DE4215208A1 - Fluidunterstütztes Spritzgießverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Wanddicke von Form­ teilen in einem fluidunterstützten Spritzgießverfahren von Thermoplasten unter Verwendung einer Injektionsdüse für die Fluidzufuhr in ein Formwerkzeug, die entweder in eine Injektionsdüse für den Thermoplasten integriert wird oder separat in das Formwerkzeug geführt wird.

Fluidunterstützte Spritzgießprozesse sind beispielsweise aus DE-A-21 06 546, DE-A-28 00 482, DE-A-39 13 109, US-A-41 01 617 und GB-A-21 39 548 bekannt. In diesen Schriften werden verschiedene Varianten von fluidunterstützten Spritzgießverfahren beschrieben. Dabei sind vor allen Dingen drei verschiedene Techniken zu unterscheiden. Zum einen wird das Fluid mittels einer speziell gestalteten Maschinendüse auf demselben Wege wie der Thermoplast in das Formwerkzeug injiziert. Die Maschinendüse ist dabei so ausgestaltet, daß vorzugsweise durch einen Ringspalt der Thermoplast zur Düsenöffnung geleitet wird, wobei der innere Rand des Ringspalts durch eine zusätzliche Düse gebildet wird, durch deren Inneres das Fluid zur Düsenmündung geführt wird. Aufgrund ihres charakteristischen Aussehens werden manche Varianten dieses Düsentyps auch als Torpedodüsen bezeichnet. In einer zweiten Variante wird auf die Kombination der Injektionsdüse für den Thermoplasten und der Fluidinjektionsdüse verzichtet. Bei dieser Technik wird die Fluidinjektion durch eine separat angebrachte Nadel ins Werkzeug geführt. In einer weiteren Variante dieses Verfahrens geschieht die Injektion durch die separate Nadel im Angußkanal (Runner) des Formwerkzeuges.

Ferner wird bei den oben aufgeführten Verfahrensvarianten noch zwischen einem Aufblas- und einem Ausblasprozeß differenziert. Beim Aufblasverfahren reicht die in das Werkzeug eingespritzte Kunststoffmasse nicht zum vollständigen Füllen der Form aus, während beim Ausblasverfahren zunächst die Form vollständig mit Kunststoff gefüllt ist und durch das nachströmende Fluid das flüssig gebliebene Innere der Kunststoffüllung (Seele) wieder aus dem Spritzling gedrängt wird.

Es ist bekannt, als Fluide Gase oder Gasmischungen wie Luft, Stickstoff, Helium oder andere Inertgase und seltener auch Flüssigkeiten einzusetzen. Die Verfahren werden daher auch häufig als Gasinjektionsverfahren oder Gasinjektionstechnik (GIT) bezeichnet. Neben dem Erzielen einer fehlerfreien Formteiloberfläche liegt eine Schwierigkeit des beschriebenen Verfahrens im Einstellen der gewünschten Formteilwanddicke. Dabei zeigte sich bei den bisher verwendeten Vorrichtungen, daß die Wanddicke sich bei gegebenem Kunststoffmaterial durch Variation von Prozeßparametern wie Gasdruck, Gasinjektionsverzögerungszeit, Werkzeug und Schmelzetemperatur nur unwesentlich beeinflussen ließ.

Obwohl aus DE-A 1-39 36 289 und DE-A1-37 34 164 Injektionsdüsen bzw. Injek­ tionsnadeln mit im Mündungsbereich veränderbarem Durchlaßquerschnitt bekannt sind, dienten diese bisher dem ausschließlichen Zweck, das Eindringen der Kunststoffschmelze in die Gaszuleitung zu verhindern. Auch die beispielsweise aus EP-A1-0 370 487 bekannten Verfahren zur Gasvolumensteuerung durch das Ein­ stellen von bestimmten Druckverhältnissen innerhalb von Kompressionszylindern lassen sich nicht zur Erhöhung des Gasvolumenstromes benutzen, da bei den bekannten, nicht variablen Gasinjektionsdüsen bereits im Bereich von oberhalb von 10⁷Pa der Lavaldruck der Düse erreicht wird. Eine Erhöhung des Systemdruckes führt daher nicht zu einer Erhöhung des Gasvolumenstroms durch die Düse.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren und Vorrichtungen für fluidunterstützte Spritzgießprozesse zu finden, mit dessen Hilfe sich die Wanddicke von Formteilen bei gegebenem Kunststoffmaterial variieren läßt.

Es wurde gefunden, daß sich die Wanddicke von Formteilen dadurch beeinflussen läßt, daß der Fluidvolumenstrom durch Veränderung des Drosselquerschnitts im Mündungsbereich der Injektionsdüse für die Fluidzufuhr variiert wird.

Typische Volumenströme durch bekannte vorkonfektionierte Düsen betragen, bezogen auf den Normaldruck, zwischen 10 bis 30 l/sec. Zur Erzielung einer nennenswerten Wanddickenverringerung bei einem gegebenen Kunststoffmaterial muß der Gasvolumenstrom jedoch von diesen Größen bis zu 3 bis 2000 l/sec veränderbar sein. Eine spezifische Korrelation zwischen Wanddicke und Gas­ volumenstrom ist für unterschiedliche Formteilgeometrien und -materialien neu zu ermitteln.

Mit der Vergrößerung des möglichen Gasvolumenstroms im Gasinjektionssystem verringert sich gleichzeitig die Zeitspanne zwischen Beendigung des Ein­ spritzvorganges für die thermoplastische Schmelze und dem Werkzeuginnen­ druckaufbau, der durch die Gasinjektion verursacht wird und führt somit zu einer Verbesserung der Formteiloberflächenqualität.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert eine Drosselung der Injektionsnadel bzw. -düse für das Fluid in unmittelbarer Nähe zum Mündungskanal. Am vorteil­ haftesten ist die Drosselstelle an der Mündung der Injektionsnadel selbst angebracht. Sollte diese Stelle, wie z. B. bei der Torpedotechnik, für eine rasche Neueinstellung zu unzugänglich sein, so bietet es sich an, die Drosselstelle in der Zuführleitung zum eigentlichen Torpedo einzusetzen. Um durch längere Leitungswege keine unvorteil­ haften Strömungs- bzw. Druckverluste zu erhalten, ist es erforderlich, die Drossel­ stelle mit einem möglichst geringen Abstand zur Mündungsöffnung anzubringen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Gasvolumenstrom durch eine Nadel geregelt, die an ihrer Spitze eine Kalibrierschraube aufweist. Durch die Wahl geeigneter Abmessungen ist es leicht möglich, den Ringspalt, durch den das Fluid in das Formnest tritt, zu variieren. Der Ringspalt weist dabei bevorzugt eine Breite von 20 µm bis 150 µm auf.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Fluidinjektionsnadel mit Drosselstelle im Mündungsbereich.

Fig. 2 zeigt die einstellbare Wanddicke für drei unterschiedliche Polycarbonate.

Die Fluidinjektionsnadel 1 wird separat von der Werkzeugdüse (nicht gezeigt) durch die Werkzeugwand 2 in den Formhohlraum 3 geführt. Die Nadel 1 weist an ihrer Spitze eine Bohrung 4 mit einem Gewinde 5 auf. Diese Bohrung 4 dient zur Aufnahme einer Kalibrierschraube 6, durch deren Außendurchmesser in Verbindung mit dem Durchmesser der Bohrung 4 ein Ringspalt definiert wird. Durch die Fläche des Ringspaltes wird der Volumenstrom in die Form festgelegt.

So demonstriert Fig. 2 die Wanddickenveränderung bei einer Vergrößerung des Fluidvolumenstromes von 300 auf 1000 l/sec. Dargestellt ist die charakteristische Wanddicke für den kleinen Volumenstrom (oberer Balken) und den großen Volumenstrom (unterer Balken) für drei Polycarbonate mit unterschiedlicher Viskosität und bei freien Strömungsquerschnitten der Form.

Die mit 21 bezeichneten Balken beschreiben das Verhalten von Polycarbonat mit einer Viskosität von 250 Pas bei einer Schergeschwindigkeit von 1000s^-1. Bei der gleichen Schergeschwindigkeit weisen die Viskositäten von 22 und 23 Werte von 300 Pas und 320 Pas auf. Durch die Balken 23 wird ein verzweigtes Polycarbonat für Extrusionsanwendungen beschrieben. Trotz der durch die Balken 24 angedeu­ teten Streuungen bei der Deckenbestimmung ist die Wanddicke bei Vergrößerung des Volumenstromes deutlich von etwa 4 auf 2,5 mm verringert.

Claims (2)

1. Verfahren zur Einstellung der Wanddicke von Formteilen in einem fluidunterstützten Spritzgießverfahren mit Thermoplasten unter Verwendung einer Injektionsdüse für die Fluidzufuhr in ein Formwerkzeug, die entweder ein eine Injektionsdüse für den Thermoplasten integriert oder separat in das Formwerkzeug geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumen­ strom des Fluides durch Variation des Drosselquerschnittes im Mündungs­ bereich der Injektionsdüse verändert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) im Mündungsbereich eine Vorrichtung zur Veränderung des Düsenquerschnittes aufweist.