Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Spritzgießherstellung von Gegenständen aus thermopla¬ stischem Material in einer an dem Gegenstand Bindenähte bewirkenden Spritzgießform.

Spritzgießformen für Gegenstände mit Durchbrüchen oder Wanddickenunterschieden als auch Spritzgießformen mit mehreren für die Befüllung vorgesehenen Anschnittöffnun- gen lassen während der Formfüllung mehrere Fließströme der Schmelze entstehen, die mit ihren Fließstromfronten aufeinanderstoßen. Da sich die Fließstromfronten der nor¬ malerweise weit über die Schmelztemperatur hinaus erwärm¬ ten Fließströme an den zur Verkürzung der Herstellungs¬ taktzeiten gekühlten Spritzgießform vorzeitig abkühlen können, entstehen entlang der Bindenähte an dem fertigen Gegenstand Kerben, die das Aussehen und die mechanischen Eigenschaften des Gegenstands beeinträchtigen.

Bei Gegenständen, an die hohe Qualitätsforderungen ge- stellt werden, wurden bisher die Bindenahtkerben durch nachträgliche Bearbeitung, wie zum Beispiel Polieren oder Lackieren, beseitigt.

Aus den US-Patenten 2 182 289 und 2 360 023 ist es be- kannt, das Aussehen und die Festigkeit von Bindenähten spritzgießhergestellter Gegenstände dadurch zu verbes¬ sern, daß die auf eine Temperatur beträchtlich unter der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials gekühl¬ te Spritzgießform im Bereich der Bindenähte beispielswei- se durch elektrische Widerstandsheizpatronen erwärmt wird. Die Temperatur, auf die diese Bereiche erwärmt wer¬ den, liegt jedoch ebenfalls beträchtlich unter der Schmelztemperatur, um die Abkühlphase nicht zu verlän¬ gern und das Aussehen und die Formteileigenschaf en nicht zu stark zu beeinträchtigen. Die Heizeinrichtungen sind bei dem bekannten Verfahren ständig eingeschaltet. Bei einer taktgesteuerten Spritzgießmaschine führt das be¬ kannte Verfahren in unerwünschter Weise zu einer be¬ trächtlichen Verlängerung der Zykluszeit.

Aus der DE-OS 1 938 496 ist es bekannt, Orientierungen

und Eigenspannungen in Spritzgußteilen aus thermoplasti¬ schem Material dadurch zu verhindern, daß die Spritzgie߬ form im Zyklustakt der Spritzgießmaschine abwechselnd aufgeheizt und wieder gekühlt wird. Die Spritzgießform enthält in ihrer Formwand Kanäle, durch die zum Aufheizen der Form heißes Öl oder Wasserdampf gepumpt wird, während zum Abkühlen ein Kühlmittel durch die Kanäle strömt. Wäh¬ rend der Aufheizphase wird die Spritzgießform zumindest teilweise auf eine beträchtlich über der Schmelztempera- tur liegende Temperatur aufgeheizt. Die beträchtliche Er¬ wärmung der Spritzgießform führt zu einer wesentlichen Verlängerung der Taktzeit zyklisch arbeitender Spritz¬ gießmaschinen.

Aus der DE-OS 2 151 697 ist es weiterhin bekannt, die

Formoberfläche von Spritzgießformen zumindest teilweise mit einem thermisch isolierenden Kunststoffmaterial zu beschichten. Die Isolationsschicht führt zu einer kurz¬ zeitigen Erhöhung der Oberflächentemperatur, wodurch der Oberflächenglanz des Gegenstands erhöht wird. Es hat sich gezeigt, daß sich dieses Verfahren nur begrenzt zur Ver¬ meidung von Bindenahtkerben eignet, da zusätzlich die Temperatur der Spritzgießform erhöht werden muß, was die Zykluszeit in unerwünschter Weise verlängert.

Schließlich ist es aus der FR-A-2 386 957, der AT-C-183955 und der JP-A-58-134 722 bekannt, die in die Spritz¬ gießform eingespritzte Schmelze zusätzlich durch eine Mikrowellenheizung, durch eine Hochfrequenzheizung oder eine Ultraschallheizung zu erwärmen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Spritzgießverfahren an¬ zugeben, nach dem Gegenstände aus thermoplastischem Mate¬ rial mit vergleichsweise kurzer Zykluszeit hergestellt werden können, ohne daß an der Oberfläche sichtbare Bin¬ denahtkerben entstehen. Es ist ferner Aufgabe der Erfin-

düng, eine Anordnung anzugeben, die es ermδglicht, von Bindenahtkerben freie Gegenstände aus thermoplastischem Material mit vergleichsweise kurzer Zykluszeit herzustel¬ len.

Die in den Ansprüchen dargestellte Erfindung nutzt den Umstand aus, daß bei zyklisch arbeitenden Spritzgießma¬ schinen zwischen dem Öffnen und Ausstoßen eines aktuell gefertigten Gegenstands einerseits und der vollständigen Füllung der wieder geschlossenen Spritzgießform im näch¬ sten Spritzzyklus andererseits ausreichend Zeit ver¬ bleibt, um die Formoberfläche auf eine Kontakttemperatur zu erwärmen, die nur wenig kleiner als die Schmelztempe¬ ratur des thermoplastischen Materials ist. Unter Kontakt- temperatur soll hier und im folgenden diejenige Tempera¬ tur verstanden werden, die die Formoberfläche bei anfäng¬ lichem Kontakt mit dem eingespritzten thermoplastischen Material hat. Bei amorphem thermoplastischen Material soll unter Schmelztemperatur die Erweichungstemperatur und bei teilkristallinem thermoplastischem Material die Kristallitschmelztemperatur verstanden werden. Da sich der zu erwärmende Bereich auf einen vergleichsweise schmalen Streifen der Formoberfläche längs der Bindenaht von einigen wenigen Millimetern beiderseits der Binde- naht beschränkt, ist die während der Nachdruck- und Abkühlphase aus dem Oberflächenbereich der Bindenaht zusätzlich abzuführende Wärmemenge vergleichsweise ge¬ ring, so daß es insgesamt zu keiner merkbaren Verlän¬ gerung der Zykluszeit kommt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird am besten auf einer taktgesteuerten oder taktgeregelten Spritzgießmaschine durchgeführt, die das thermoplastische Material plasti- fiziert, unter Druck in die Spritzgießform einspritzt und die Spritzgießform für die Entnahme des Gegenstands öffnet und danach wieder schließt. Die den streifenför-

migen Bereich der Formoberfläche der Spritzgießform im Bereich der Bindenaht erwärmende Heizeinrichtung kann dann von einer Heizzeitsteuerung gesteuert werden, die mit der Maschinensteuerung oder -regelung der Spritzgieß- maschine synchronisiert ist. Die von der Heizzeitsteue¬ rung gesteuerte Heizeinrichtung muß so ausgebildet sein, daß sie den an die Bindenaht angrenzenden streifenförmi- gen Bereich der Formoberfläche spätestens zu einem Zeit¬ punkt auf die gewünschte Kontakttemperatur im Bereich der Schmelztemperatur erwärmt hat, wenn die beiden die

Bindenaht bildenden Fließströme der Schmelze aufeinander¬ treffen und die Kompressionsphase noch nicht abgeschlos¬ sen ist, so daß thermoplastisches Material zum Ausgleich der Bindenahtkerbe in die Spritzgießform nachfließen kann. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Heizeinrichtung ausgeschaltet wird, sobald die volu- metrische Füllung der Spritzgießform erreicht ist.

Um die zugeführte Wärmemenge möglichst gering zu halten, wird angestrebt, daß die Heizeinrichtung einen dem

Oberflächenbereich der Bindenaht möglichst benachbar¬ ten Bereich der Formoberfläche oder des thermoplastischen Materials erwärmt. Die Heizeinrichtung umfaßt zweckmäßi¬ gerweise langgestreckte, elektrische Widerstandsheizpat- ronen, die möglichst dicht unter der Formoberfläche in die Wand der Spritzgießform eingebaut sind, und zwar so, daß sie sich im wesentlichen entlang der Bindenaht er¬ strecken. Einerseits sollte der Abstand zwischen der Heizpatrone und der Formoberfläche möglichst gering sein, andererseits kann jedoch der verbleibende Materialquer¬ schnitt der Wand in Folge der hohen, bei der Formfüllung auftretenden Drücke nicht beliebig klein gemacht werden. Als geeignet hat sich ein Abstand von etwa 2 mm zwischen der Formoberfläche und der Heizpatrone erwiesen.

Die Formgeometrie und insbesondere die Lage von zur Küh-

lung erforderlichen Kühlkanälen und dergleichen machen es bei manchen Anwendungsfällen unmöglich, die Heizpatrone dicht unterhalb der Formoberfläche in die Formwand einzu¬ bauen. Da eine Vergrößerung des Abstands der Heizpatrone zur Formoberfläche die Wärmekapazität und damit die Zyk¬ luszeit erhöht, ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die vorzugsweise wiederum als elektrische Widerstandsheizpatrone ausgebildete Heizeinrichtung die Wand der Spritzgießform nicht unmittelbar erwärmt, son- dern statt dessen ein Brückenteil aus einem besser als die Formwand wärmeleitendem Material. Die Heizeinrichtung kann damit in vergleichsweise großem Abstand zu dem streifenförmig der Bindenaht folgendem Bereich der Form¬ oberfläche eingebaut werden, und das Brückenteil über- trägt die Wärme zu diesem Bereich. Zweckmäßigerweise be¬ steht das Brückenteil aus Berylliu -Kupfer. Die Verwendung eines Brückenteils aus gut wärmeleitendem Material hat ferner den Vorteil, daß sein der Bindenaht benachbartes Ende problemlos auch einer komplizierteren Form des Bin- denahtverlaufs angepaßt werden kann, so daß die Heizlei¬ stung auch bei gekrümmten Formoberflächen bis dicht an die Formoberfläche herangeführt werden kann. Außerdem fängt das Brückenteil problemlos die hohen Druckkräfte auf.

Um den Einfluß der Heizeinrichtung auf die Zykluszeit möglichst gering halten zu können, und nicht zuletzt auch um eine Überlastung der Heizeinrichtungen zu verhindern, umfaßt die Heizzeitsteuerung zweckmäßigerweise einen Tem- peraturregelkreis, der mittels eines Temperatursensors die Temperatur in der Nähe der zu erwärmenden Formober¬ fläche erfaßt. Der Temperatursensor ist bevorzugt Be¬ standteil der Heizpatrone.

Der zu Bindenahtkerben neigende Bereich der Form kann nicht nur dadurch erwärmt werden, daß der daran angren-

zende Bereich der Formwand bis auf eine Kontakttemperatur etwas unterhalb der Schmelztemperatur erwärmt wird, son¬ dern es können auch Heizeinrichtungen benutzt werden, die unmittelbar die Schmelze in dem Bindebereich erwärmen. Geeignet sind streifenförmig abstrahlende Hoch requenz¬ oder Mikrowellenquellen. Besonders geeignet sind jedoch streifenförmig abstrahlende Ultraschallquellen, da hier¬ durch die Wärmekapazität des zu erwärmenden Materials sehr klein gehalten werden kann, nachdem die Formwand nicht miterwärmt werden muß. Die letztgenannte Art den Bereich der Bindenaht zu erwärmen, ist aufgrund der be¬ sonders kurzen Erwärmungszeit auch bei Verfahren und An¬ ordnungen anwendbar, bei welchen die Kontakttemperatur der Schmelze im Bereich der Bindenaht auf Werte angehoben wird, die erheblich über der Schmelztemperatur, d.h. der Erweichungs- bzw. Kristallitschmelztemperatur liegen. Außerdem wird hierdurch die Inhomogenität des Kunststoffs im Bereich der Bindenaht erheblich reduziert und damit die mechanischen Eigenschaften (z.B. Festigkeit) verbes- sert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Spritzgie߬ maschine, auf welcher das erfindungsgemäße Ver¬ fahren durchführbar ist; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Formhälfte einer im Rahmen der Erfindung verwendbaren Spritzgieß- form;

Fig. 3 eine Schnittansicht durch die Spritzgießform, gesehen entlang einer Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 eine Schnittansicht einer Variante einer im

Rahmen der Erfindung verwendbaren Spritzgieß- form mit Brückenteil und

Fig. 5 eine Schnittansicht durch die Spritzgießform,

gesehen entlang einer Linie V-V in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche, mit einem Schneckenkolben 1 ausgerüstete Spritzgießmaschine 3, die, von einer Maschinensteuerung 5 in einem Zyklus taktweise gesteuert, thermoplastisches Material durch Erwärmen und Verdichten plastifiziert und über eine Angußöffnung 7 in einem Forminnenraum einer allgemein mit 11 bezeichneten Spritzgießform einspritzt. Die Spritzgießmaschine 3 er- wärmt das thermo lastische Material hierbei auf eine er¬ heblich über der Schmelztemperatur, d.h. bei amorphen Ma¬ terialien über die Erweichungstemperatur bzw. bei teil¬ kristallinen Materialien über die Kristallitschmelztempe¬ ratur. Die Wände der Spritzgießform 11 enthalten ein System von Kühlkanälen 13, durch die Kühlmittel zirku¬ liert, welches die Wände der Spritzgießform ständig auf einer unterhalb der Schmelztemperatur liegenden Tempera¬ tur hält, um das Erstarren und Entformen des spritzgegos¬ senen Gegenstands zu ermöglichen. Die Maschinensteuerung 5 steuert hierbei nicht nur die Füllphase, sondern auch die bis zur vollständigen Füllung der Spritzgießform 11 daran anschließende Kompressionsphase sowie die nachfol¬ gende Nachdruckphase der Spritzgießmaschine 3. Die Ma¬ schinensteuerung 5 steuert ferner ein nicht näher darge- stelltes Formschließaggregat, welches die Spritzgießform 11 öffnet und wieder schließt sowie gegebenenfalls den gegossenen Gegenstand auswirft.

Die Spritzgießform 11 kann zur Bildung eines Durchbruchs oder dergleichen in dem zu gießenden Gegenstand einen

Formkern 14 enthalten, der die über die Angußöffnung 7 in die Spritzgießform 11 einströmende Schmelze in zwei Teil¬ ströme aufteilt, die sich nach dem Formkern 14 unter Bil¬ dung einer bei 15 angedeuteten Bindenaht wieder vereini- gen. Derartige Bindenähte entstehen auch bei anderen

Formkonfigurationen, beispielsweise bei der Füllung über

mehrere Angußöffnungen oder bei stufenförmigen Wandstär¬ keänderungen des zu gießenden Gegenstands. In Fig. 1 sind bei 17 zur besseren Erläuterung seitlich äquidistante Fließfronten der Schmelzeströmungen eingezeichnet. Das Feld der Fließfronten zeigt deutlich, daß die durch den

Formkern 14 geteilten Teilströme im Bereich der Bindenaht 15 aufeinanderzulaufen und in tangentialer Richtung ge¬ dehnt sowie in radialer Richtung geschert werden. Dies kann in den an die Forminnenoberfläche angrenzenden Be- reichen der Bindenaht zu einer langgestreckten, der Bin¬ denaht 15 folgenden Oberflächeneinkerbung an dem Gegen¬ stand führen. Derartige Bindenahtkerben sind unerwünscht, da sie das Aussehen und die Qualität des spritzgegossenen Gegenstands beeinträchtigen.

Um derartige Bindenahtkerben zu vermeiden, ist die Spritzgießform mit Heizeinrichtungen 19 versehen, die es ermöglichen, die Bindenaht ausschließlich im Bereich eines schmalen, nur wenige Millimeter über die Bindenaht vorstehenden Streifens der Formoberfläche zeitlich be¬ grenzt zu erwärmen. Die Heizeinrichtung 19 und der von ihr in Fig. 1 im wesentlichen deckungsgleich erwärmte streifenförmige Bereich erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Bindenaht 15.

Eine mit der Maschinensteuerung 5 synchronisierte Heiz¬ zeitsteuerung schaltet die Heizeinrichtung 19 zumindest während eines Teils eines Zeitintervalls in jedem Zyklus der Spritzgießmaschine 3 ein, welches mit dem Öffnen der Spritzgießform 11 für die Entformung eines Gegenstands beginnt und mit vollständigem Füllen der Spritzgießform 11, d.h. dem Ende der Kompressionsphase bzw. dem Beginn der Nachdruck- und Kühlphase endet. Während dieser Zeit¬ spanne hält die Heizzeitsteuerung 21 die Temperatur im Oberflächenbereich der Bindenaht auf einem an einem

Temperatureinstellglied 23 einstellbaren Wert. Die tat-

sächliche Temperatur im Oberflächenbereich der Bindenaht wird hierbei mittels eines Temperatursensors 25 erfaßt. Die HeizZeitsteuerung 21 kann ausschließlich auf das Öff¬ nen und Schließen der Spritzgießform 11 ansprechen. Zweckmäßigerweise sind jedoch über EinStellglieder 27 einstellbare Zeitglieder vorgesehen, die beim Öffnen der Spritzgießform 11 getriggert werden und eine vorgegebene Ausschaltverzögerung für die Heizeinrichtung 19 festle¬ gen.

Die Heizzeitsteuerung 21 heizt den Oberflächenbereich der Bindenaht in dem Zeitintervall zwischen Öffnen der Spritzgießform 11 und dem Ende der Kompressionsphase des nächsten Spritzgießzyklus auf eine Kontakttemperatur, die bei amorphem thermoplastischen Kunststoffmaterial nur we¬ nig, vorzugsweise etwa 5 C unter der Erweichungstempera¬ tur, liegt und bei teilkristallinem thermoplastischen Kunststoffmaterial nur wenig, vorzugsweise etwa 10 C, unter der Kristallitschmelztemperatur liegt. Oberflächen- kerben entlang der Bindenaht werden auf diese Weise voll¬ ständig vermieden. Da der zu erwärmende Bereich räumlich eng auf den Oberflächenbereich der Bindenaht begrenzt ist, ist die Wärmekapazität vergleichsweise gering, so daß sich dementsprechend die Kühlphase nicht verlängert. Da die Erwärmung bereits mit dem Öffnen der Spritzgie߬ form 11 beginnt, wird ein in dem Zyklus ohnehin vorge¬ sehener Zeitabschnitt für die Erwärmung ausgenutzt. Ins¬ gesamt wird deshalb die Zykluszeit nicht oder nur unwe¬ sentlich erhöht.

Bei der Heizeinrichtung 19 kann es sich um eine strei¬ fenförmig strahlende Hochfrequenzquelle oder eine strei¬ fenförmig strahlende Mikrowellenquelle handeln. Insbeson¬ dere kann es sich jedoch um eine streifenför ige Ultra- Schallquelle handeln, die es ermöglicht, besonders enge

Bereiche in besonders kurzer Zeit zu erwärmen, so daß ge-

gebenenfalls auch über der Schmelztemperatur liegende Takttemperaturen in den oberflächennahen Bereichen der Bindenaht erzielt werden können.

Im folgenden werden in Verbindung mit der Maschine nach Fig. 1 verwendbare Spritzgießformen erläutert, die als Heizeinrichtung langgestreckte, elektrische Widerstands¬ heizpatronen aufweisen. Gleichwirkende Teile sind mit den Bezugszahlen der Fig. 1 und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur weiteren Erläuterung wird des¬ halb auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Spritzgießform 11a, die in ihrer Wand 31 in dichtem Abstand 33 von zum Beispiel 2 mm unterhalb der die Bindenaht 15a begrenzenden inneren Formoberfläche 9a eine Bohrung 35 enthält, in welcher eine elektrische, langgestreckte, zylindrische.Wider- stands-Heizpatrone 19a sitzt. Die Heizpatrone 19a er¬ streckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Bindenaht 15a und ist austauschbar in die Bohrung 35 eingeschraubt. Sie trägt an ihrer Spitze den Temperatur¬ sensor 25a der Heizzeitsteuerung aus Fig. 1. Der Durch¬ messer der Heizpatrone 19a ist vergleichsweise klein, um das Materialvolumen der mitzuerwärmenden Wand 31 mög- liehst gering zu halten. Geeignet sind Heizpatronen mit einigen wenigen Millimetern Durchmesser.

Die Lage der Bindenaht relativ zur Spritzgießform kann es in manchen Fällen unmöglich machen, die Widerstands-Heiz- patrone unmittelbar der Oberfläche der Bindenaht benach¬ bart einzubauen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Bindenahtbereich in seiner Längsrichtung nicht von einer Außenfläche der Form her zugänglich ist, oder aber der für den Einbau am besten geeignete Ort bereits andere Konstruktionskomponenten der Form, beispielsweise Kühlkanäle, enthält. In der Spritzgießform 11b der Fig. 4

und 5 erwärmt eine elektrische Widerstands-Heizpatrone

19b den an die Bindenaht angrenzenden Bereich einer Form¬ wand 41 der Spritzgießform 11b nicht direkt, sondern über ein Brückenteil 43 aus einem Wärme besser als das Form- wandmaterial leitenden Werkstoff, beispielweise Berylli¬ um-Kupfer. Das Brückenteil 43 sitzt in einer Aussparung 45 der Formwand 41, die sich bis dicht an die innere Formoberfläche 9b im Bereich der Bindenaht 15b heraner- ^' streckt. Um die mechanische Stabilität der Spritzgießform üb nicht zu gefährden, endet auch hier die Aussparung 45 mit geringem Abstand von zum Beispiel 2 mm vom Forminnen¬ raum. Die Heizpatrone 19b sitzt mit demgegenüber großem Abstand in einer. geeignet angeordneten Bohrung 47 des ^' Brückenteils 43 und der Formwand 41. Zur Bindenaht 15b hin verjüngt sich das Brückenteil 43 keilförmig, so daß lediglich ein schmaler längs der Bindenaht 15b sich er¬ streckender Streifen im Bereich der Formoberfläche 9b er¬ wärmt wird. Das der Bindenaht 15b benachbarte Ende des Brückenteils 43 kann problemlos auch gekrümmten Bindenäh- ten angepaßt sein und insbesondere kann dieses Ende mit gleichbleibendem Abstand der inneren Formoberfläche fol¬ gen, selbst wenn diese ihrerseits gekrümmt sein sollte. Der Temperatursensor 25b sitzt zur besseren Temperatur¬ überwachung im Brückenteil 43 in der Nähe des konischen Auslaufs. Es kann aber auch ähnlich dem Temperatursensor 25a aus Fig. 3 Bestandteil der Heizpatrone 19b sein.