Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von spritzgegossenen Produkten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von spritzgegossenen Produkten durch Einspritzen eines thermoplastischen Materials in mindestens eine Kavität, wobei das Einspritzen mindestens zeitweilig unter Verwendung einer Plastifizierschnecke und mindestens zeitweilig unter Verwendung einer Nachdrückeinheit erfolgt.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Herstellung von spritzgegossenen Produkten aus einem thermoplastischen Material, die mindestens eine Kavität zur Konturvorgabe für die Produkte, mindestens eine Plastifizierschnecke, mindestens eine Nachdrückeinheit für plastifiziertes Material sowie eine Steuerung zur Koordinierung der Funktionen der Plastifizierschnecke sowie der Nachdrückeinheit aufweist.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise dazu verwendet, Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat) spritzgußtechnisch herzustellen. Nach ihrer spritzgußtechnischen Herstellung werden derartige Vorformlinge einer Blasmaschine zugeführt, um die Vorformlinge in geblasene Behälter oder Flaschen umzuformen.

Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxial Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der DE- OS 43 40 291 erläutert.

Die bereits erläuterte Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren, bei denen die Vorformlinge zunächst in einem Spritzgußverfahren hergestellt, anschließend zwischengelagert und erst später hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren, bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert und anschließend aufgeblasen werden.

Bei der Durchführung des Einstufenverfahrens erfolgt die Beeinflussung der Temperatur der Vorformlinge grundsätzlich in einer Weise, daß zunächst eine gleichmäßige Abkühlung der gespritzten Vorformlinge innerhalb der Spritzgußform derart erfolgt, daß eine Entformung möglich ist. Nach der Entformung erfolgt überwiegend eine weitere gleichmäßige Kühlung der Vorformlinge innerhalb von sogenannten Kühlhülsen. Aus den Kühlhülsen werden die Vorformlinge dann entnommen und von geeigneten Transporteinrichtungen weiterbefördert. Entlang des Verlaufes der Transporteinrichtungen sind zunächst weitere Heizelemente oder Kühlelemente für eine weitere gleichmäßige Temperierung der Vorformlinge den anschließenden Temperierelementen zur Erzeugung eines Temperaturprofiles vorgeschaltet.

Ein typischer Spritzgußvorgang läuft derart ab, daß zunächst von der Plastifizierschnecke das plastifizierte Material in den Bereich eines Schneckenvorraumes transportiert wird. Nach einem Abschluß dieses Dosiervorganges öffnet eine Verschlußdüse, die bis zu diesem Zeitpunkt einen Zugangsweg zu der zu befüllenden Kavität der Spritzgußmaschine verschließt und die plastifizierte Masse wird in die Kavität eingespritzt.

Zeitgleich mit dem Einspritzen der plastifizierten Masse in die Kavität wird auch ein Innenraum der Nachdrückeinheit gefüllt. Sowie die Kavität vollständig gefüllt ist, schließt die Verschlußdüse und die Plastifizierschnecke beginnt erneut den Dosiervorgang und fördert plastifiziertes Material in den Schneckenvorraum. Nach einem Schließen der Verschlußdüse beginnt die Nachdrückeinheit damit, das im Vorratsraum der Nachdrückeinheit enthaltene Material in die Kavität zu fördern und gleicht hierdurch die Volumenreduktion des plastifizierten Materials aus, die in Folge der Abkühlung auftritt.

Das Volumen des Innenraumes der Nachdrückeinheit ist derart bemessen, daß die aufgrund der Abkühlung hervorgerufene Volumenverminderung des Materials in der Kavität kompensiert wird und hierdurch eine vollständige Füllung der Kavität mit dem betreffenden Material gewährleistet ist.

Aufgrund des relativ hohen Preises üblicher Spritzgußeinrichtungen wird angestrebt, die Zykluszeiten bei der Herstellung der jeweiligen Produkte möglichst zu minimieren und hierdurch eine hohe Ausstoßrate zu unterstützen. Ebenfalls besteht eine wesentliche Anforderung darin, Einfallstellen an den herzustellenden Produkten zu vermeiden, die durch eine unvollständige Kompensation der Materialschrumpfung aufgrund der Abkühlvorganges hervorgerufen werden könnten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine verringerte Zykluszeit bei mindestens gleichbleibender Produktqualität erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerung eine Steuercharakteristik derart, aufweist, daß die Plastifizierschnecke und die Nachdrückeinheit mindestens zeitweise gleichzeitig zur Förderung von plastifiziertem Material in die Kavität hinein aktiviert sind.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß Einfallstellen am hergestellten Produkt bei gleichzeitig hoher Produktionsleistung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerung eine Steuercharakteristik derart aufweist, daß die Plastifizierschnecke und die Nachdrückeinheit mindestens zeitweise gleichzeitig zur Förderung von plastifiziertem Material aktiviert sind.

Durch die parallele Fahrweise der Schnecke und der im Hinblick auf ihr Füllvolumen entsprechend vergrößerten Nachdrückeinheit ist es möglich, je Zeiteinheit eine größere Menge an Material in die Kavität zu fördern und hierdurch die Zykluszeit zu verkürzen. Darüber hinaus liegt bei einem Verschließen der Verschlußdüse bereits eine Materialströmung von der Nachdrückeinheit in die Kavität hinein vor, so daß eine kontinuierliche Materialströmung in die Kavität hinein gewährleistet ist und ein Materialstillstand, der gemäß dem Stand der Technik durch die Aktivierung des Nachdruckbausteines erst nach dem Schließen der Verschlußdüse hervorgerufen wird, vermieden ist. Die kontinuierliche Materialströmung verhindert insbesondere Einfallstellen am spritzgegossenen Produkt auf der der Verschlußdüse abgewandten Seite des Produktes.

Eine optimale Funktionskoordinierung wird dadurch unterstützt, daß etwa ein Drittel der Volumenfüllung der Kavität von der Plastifizierschnecke und der Nachdrückeinheit gemeinsam gefördert werden.

Zur Gewährleistung eines kontinuierlichen Schmelzeflusses auch bei einer Beendigung des Einspritzvorganges durch die Plastifizierschnecke wird vorgeschlagen, daß etwa das letzte Drittel der Volumenfüllung der Kavität von der Plastifizierschnecke und der Nachdrückeinheit gemeinsam gefördert werden.

Eine typische Vorgabe der Zeitverläufe erfolgt derart, daß etwa während eines Drittels der für die Füllung der Kavität mit thermoplastischem Material erforderlichen Füllzeit die Plastifizierschnecke und die Nachdrückeinheit gemeinsam plastifiziertes Material in die Kavität hineinfördern.

Zur Unterstützung eines kontinierlichen Schmelzeflusses trägt ebenfalls bei, daß etwa während des letzten Drittels der für die Füllung der Kavität mit thermoplastischem Material erforderlichen Füllzeit die Plastifizierschnecke und die Nachdrückeinheit gemeinsam thermoplastisches Material in die Kavität hineinfördern.

Eine optimale Verkürzung der Zykluszeit kann dadurch erreicht werden, daß die Plastifizierschnecke und die Nachdrückeinheit etwa für 1 sec. gemeinsam plastifiziertes Material in die Kavität hineinfördern.

Ein typischer Verfahrensablauf besteht darin, daß die Nachdrückeinheit etwa 20% des für die Füllung der Kavität erforderlichen Materials in die Kavität hineinfördert.

Eine Zykluszeitverkürzung kann dadurch erreicht werden, daß die Nachdrückeinheit mit einem Vorratsraum versehen ist, der ein Volumen zur Aufnahme von mindestens 5% des für die Füllung der Kavität erforderlichen Materials aufweist.

Eine Verbesserung der Zykluszeitverkürzung wird dadurch unterstützt, daß die Nachdrückeinheit mit einem Vorratsraum versehen ist, der ein Volumen zur Aufnahme von mindestens 10%-des für die Füllung der Kavität erforderlichen Materials aufweist.

Eine optimale Zykluszeitverkürzung unter Berücksichtigung der gegebenen konstruktiven Randbedingungen wird dadurch erreicht, daß die Nachdrückeinheit mit einem Vorratsraum versehen ist, der ein Volumen zur Aufnahme von mindestens 20% des für die Füllung der Kavität erforderlichen Materials aufweist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen : Figur 1 : eine vereinfachte Seitenansicht einer Spritzgußeinrichtung, Figur 2 : einen Vertikalschnitt durch eine andere Spritzgußeinrichtung, Figur 3 : eine vergrößerte Darstellung des Werkzeugs der Spritzgußeinrichtung gemäß Fig. 2, Figur 4 : eine vergrößerte Darstellung der Plastifizierschnecke und der Nachdrückeinheit, Figur 5 : eine Draufsicht gemäß Blickrichtung V in Fig. 4.

Figur 6 : eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit VI in Fig. 4 u n d Figur 7 : ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ansteuerung der Plastifizierschnecke und der Nachdrückeinheit.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht den prinzipiellen Aufbau einer Spritzgußeinrichtung (1). Eine Einspritzeinheit (2) treibt hierbei eine Plastifizierschnecke (3) an, die innerhalb einer Hülse (4) geführt ist. Eine Zufuhr von granulatartigem Kunststoff erfolgt mit Hilfe eines Harztrichters (5).

Entlang der Hülse (4) sind nicht dargestellte Heizelemente zur Erhitzung des zugeführten Kunststoffgranulats angeordnet.

Im Bereich einer Spannplatte (6) ist ein feststehender Werkzeugteil (16) eines Spritzgußwerkzeuges (7) mit Kavitäten (8) angeordnet. Die Kavitäten (8) sind über einen Schmelzekanal (9) mit dem Innenraum der Hülse (4) verbunden. Ebenfalls mündet in den Schmelzekanal (9) ein Anschlußkanal (10) einer Nachdrückeinheit (11) ein.

Die Zufuhr des plastifizierten Kunststoffes zu den Kavitäten (8) wird über nicht dargestellte Steuereinrichtungen koordiniert.

Entlang von Holmen (12) ist eine bewegliche Spannplatte (13) positionierbar, auf der ein bewegliches Werkzeugteil (17) des Spritzgußwerkzeuges (7) montiert ist. In einem gegeneinander verfahrenen Zustand der Spannplatten (6,13) begrenzen beide Werkzeugteile (16, 17) des Spritzgußwerkzeuges (7) gemeinsam die Kavitäten (8).

Eine Positionierung der beweglichen Spannplatte (13) erfolgt mit Hilfe eines Verstellmechanismus (14), der von einem Verschlußzylinder (15) betätigt wird. Der Verstellmechanismus (14) kann unter Verwendung von Kniehebeln konstruiert sein.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 sind die Kavitäten (8) mit ihren Längsachsen in horizontaler Richtung angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kavitäten (8) mit Längsachsen im wesentlichen in vertikaler Richtung positioniert sind. Auch bei dieser Ausführungsform besteht das Spritzgußwerkzeug (7) aus einem feststehenden Werkzeugteil (16) und einem beweglichen Werkzeugteil (17). Das feststehende Werkzeugteil (16) ist mit den Kavitäten (8) versehen, in die Spritzgußkerne (18) einfahrbar sind. Nach einem Einfahren des beweglichen Werkzeugteiles (17) in das feststehende Werkzeugteil (16) sind die Kavitäten (8) mit einer Kontur ähnlich zur Form von Reagenzgläsern versehen.

Insbesondere ist aus der Darstellung in Fig. 2 auch erkennbar, daß sowohl im Bereich des feststehenden Werkzeugteiles (16) als auch im Bereich des beweglichen Werkzeugteiles (17) Anschlüsse (19) zur Zuführung und Ableitung eines oder mehrerer Kühlmedien vorgesehen sind. Die Anschlüsse (19) münden in bei dieser Darstellung nicht zu sehende Kühlkanäle ein, die durch die Werkzeugteile (16, 17) hindurch verlaufen.

Aus der vergrößerten Darstellung des Spritzgußwerkzeuges (7) in Fig. 3 ist eine mögliche Positionierung der Anschlüsse (19) für das Temperiermedium noch einmal erkennbar.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Plastifizierschnecke (3) und der Nachdrückeinheit (11). Insbesondere ist zu erkennen, wie die Nachdrückeinheit (11) von einer an der Hülse (4) befestigten Kanalummantelung (20) getragen ist. Die Kanalummantelung (20) haltert im Bereich ihrer der Plastifizierschnecke (3) abgewandten Ausdehnung auch eine Einspritzdüse (21).

Fig. 5 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 4 bei einer Blickrichtung von oben und in einer Darstellung mit zusätzlichen Baugruppen. Es ist erkennbar, daß an der Spannplatte (6) zwei Kopplungselemente (22) zur Fixierung von Verbindungsstangen (23) angeordnet sind.

Die Verbindungsstangen (23) münden im Bereich ihrer den Kopplungselementen (22) abgewandten Enden in Kolbenstangen (24) ein, die innerhalb von Zylindern (25) geführt sind. Die Zylinder (25) drücken sich bei einer Steuerdruckbeaufschlagung von den Kolbenstangen (24) ab und die Einspritzeinheit (2) und die gehalterte Plastifizierschnecke (3) können hierdurch mit einem vergrößerten Abstand zur Spannplatte (6) angeordnet werden, so daß die in Fig. 5 nicht dargestellte Einspritzdüse (21) zurückgezogen wird.

Innerhalb der Einspritzeinheit (2) ist die Plastifizierschnecke (3) mit einem Endsegment (27) gekoppelt, das über Lager (28, 29) in der Einspritzeinheit (2) geführt ist und das für eine Kopplung der Plastifizierschnecke (3) mit einem Rotationsantrieb (45) vorgesehen ist. Der Rotationsantrieb (45) kann beispielsweise als ein Hydromotor realisiert sein.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte und teilweise geschnittene Darstellung der Nachdrückeinheit (11). Die Nachdrückeinheit (11) ist mit ihrem Anschlußkanal (10) in den Schmelzkanal (9) übergeleitet, der zur Einspritzdüse (21) führt. Die Nachdrückeinheit (11) wird dabei von der Kanalummantelung (20) getragen. In einem Vorratsraum (30) der Nachdrückeinheit (11) ist ein Nachdrückkolben (31) geführt. Der Nachdrückkolben (31) kann beispielsweise hydraulisch betätigt sein.

Um eine Abkühlung des plastifizierten Materials zu verhindern, sind im Bereich der Kanalummantelung (20), der Einspritzdüse (21) sowie in einer Umgebung des Vorratsraums (30) Heizeinrichtungen (46,47, 48) angeordnet. Ein Hydraulikbereich (49) der Nachdrückeinheit (11) wird zur Vermeidung einer Aufheizung des verwendeten Hydrauliköls gegenüber dem restlichen Bereich der Nachdrückeinheit (11) thermisch isoliert.

Die Zuführung von plastifiziertem Material von der Plastifizierschnecke (3) in den Bereich des Schmelzekanals (9) wird von einer Verschlußdüse (50) gesteuert, die zwischen dem Schmelzekanal (9) und einem Schneckenvorraum (51) angeordnet ist.

Fig. 7 veranschaulicht die Betriebsweise der Plastifizierschnecke (3) sowie der Nachdrückeinheit (11). Die Betriebsweise ist in einem Diagramm veranschaulicht, das mit einer Wegachse (32) und mit einer Zeitachse (33) aufgetragen ist. Bei einem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wegachse (33) in Millimeter skaliert, die Skalierung der Zeitachse (33) erfolgt in Sekunden. Eingezeichnet sind eine Verlaufskurve (34) für die Plastifizierschnecke (3) und einer Verlaufskurve (35) für die Nachdrückeinheit (11).

Die Plastifizierschnecke (3) wird entsprechend dem Stand der Technik betrieben. Die Verlaufskurve (34) besteht aus einem Einspritzverlauf (36) und einem Dosierverlauf (37). Eine typische Zeitdauer für den Einspritzverlauf (36) beträgt etwa drei Sekunden, eine typische Zeitdauer für den Dosierverlauf (37) beträgt etwa sechs Sekunden. Die Verläufe (36,37) sind im wesentlichen linear realisiert und werden von einem Umschaltzeitpunkt (38) ineinander übergeleitet.

Die Verlaufskurve (35) für die Nachdrückeinheit (11) besteht aus einem Füllverlauf (39), einem Bereitschaftsverlauf (40), einem Primärnachdruckverlauf (41) und einem Sekundärnachdruckverlauf (42). Der Füllverlauf (39) beginnt mit einer zeitlichen Verzögerung relativ zum Beginn des Einspritzverlaufes (36) zu einem Füllstartzeitpunkt (43). Typischerweise liegt der Füllstartzeitpunkt (43) etwa 0,5 sec. nach dem Beginn des Einspritzverlaufes (36). Das Füllen der Nachdrückeinheit (11) dauert etwa 0,5 sec. Eine typische Dauer für den Bereitschaftsverlauf (40) beträgt etwa 1 sec. Zu einem Startzeitpunkt (44) beginnt die Nachdrückeinheit (11), plastifiziertes Material in Richtung auf die Kavitäten (8) zu fördern.

Zum Startzeitpunkt (44) führt die Plastifizierschnecke (3) noch den Einspritzverlauf (36) durch. Der Startzeitpunkt (44) liegt typischerweise etwa 2 sec. nach dem Beginn des Einspritzverlaufes (36).

Eine typische Dauer für den Primärnachdruckverlauf (41) beträgt etwa 1 sec. Der Primärnachdruckverlauf (41) endet zum Umschaltzeitpunkt (38) der Verlaufskurve (34). Ab dem Umschaltzeitpunkt (38) beginnt der Sekundärnachdruckverlauf (42), der typischerweise eine geringere Steigung als der Primärnachdruckverlauf (41) aufweist. Während des Primärnachdruckverlaufes (41) erfolgt eine Materialförderung durch die Nachdrückeinheit (11), um die Materialschrumpfung innerhalb der Kavitäten (8) aufgrund der Abkühlung des plastifizierten Materials zu kompensieren.

Bei der Durchführung eines Spritzgußvorganges wird nach der Dosierung des plastifizierten Materials von der Plastifizierschnecke (3) in den Schneckvorraum (51) hinein zunächst die Verschlußdüse (50) geöffnet und das plastifizierte Material wird in Richtung auf die Kavitäten (8) gedrückt. Zu Beginn dieses vorganges ist der Nachdrückkolben (31) innerhalb des Vorratsraumes (30) in Richtung auf den Schmelzekanal (9) in seine Endposition gedrückt. Nach Erreichen des in Fig. 7 eingezeichneten Füllstartpunktes (43) wird der Druck im Hydraulikbereich (49) der Nachdrückeinheit (11) reduziert und der Nachdrückkolben (31) wird aufgrund des im Schmelzekanal (9) herrschenden Druckes des plastifizierten Materials zurückgedrückt, so daß der Vorratsraum (30) mit plastifiziertem Material gefüllt werden kann. Über eine Steuerung des Druckes im Hydraulikbereich (49) wird dieser Befüllungsvorgang der Nachdrückeinheit (11) kontrolliert.

Nach einer Beendigung des Sekundärnachdrückverlaufes (42) befindet sich typischerweise noch eine Restmenge an plastifiziertem Material innerhalb des Vorratsraumes (30). Zur Vermeidung eines zu langen Aufenthaltes dieses plastifizierten Materials innerhalb des Vorratsraumes (30) wird der Nachdrückkolben (31) deshalb nach der Beendigung des Sekundärnachdruckverlaufes (42) durch den Hydraulikbereich (49) der Nachdrückeinheit (11) in eine Endpositionierung gedrückt und die Verschlußdüse (50) wird kurz geöffnet. Hierdurch gelangt eine entsprechende Materialmenge in den Schneckenvorraum (51) zurück.

Zu einem Beginn eines erneuten Einspritzvorganges wird dieses Material als erstes in den Bereich der Kavitäten (8) geleitet, da die Nachdrückeinheit (11) erst nach Erreichen des Füllstartpunktes (43) wieder befüllt wird. Durch die Realisierung dieses sogenannten FIFO- Prinzips (First-In-First-Out) kann gewährleistet werden, daß sich stets frisches Material im Bereich der Nachdrückeinheit (11) befindet.