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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug für die Herstellung von Behältern aus Kunststoff, mit wenigstens zwei relativ zueinander zwischen einer geschlossenen, einen Formhohlraum bildenden Spritzstellung und einer offenen Entformungsstellung verstellbaren Werkzeugteilen, wovon ein Werkzeugteil ein Formkern ist, durch den wenigstens ein Führungskanal mit einer darin axial verstellbar geführten Auswerferstange verläuft, deren dem Formhohlraum zugewandtes Ende mit einem oder als ein Ventilkörper ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper eine Ventilöffnung zwischen der Auswerferstange und dem Formkern verschließt und bei Betätigung mittels eines Betätigungselements freigibt und wobei der Ventilöffnung über einen zugeordneten Luftkanal Luft zuführbar ist.
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Ein Spritzgusswerkzeug der vorgenannten Art ist aus dem Dokument
EP 0 893 221 A2 bekannt. Bei diesem Werkzeug bilden zwei Konturplatten, die Ausnehmungen aufweisen, die bei Aneinanderliegen die Form eines Werkstücks ergeben, zusammen mit je einer Trägerplatte eine Werkzeughälfte, die in einer Spritzgießmaschine angeordnet werden können. Die Konturplatten sind auf den Trägerplatten mittels Spanneinrichtungen lösbar angeordnet und es sind Mittel vorgesehen, die bei Anlegen der Konturplatten in kaltem Zustand an die Trägerplatten in heißem Zustand sowie bei der folgenden Erwärmung der Konturplatten diese an den Trägerplatten zentrieren. Zum Entformen des gespritzten Werkstücks ist eine Ausdrückvorrichtung oder eine Ausblasvorrichtung vorgesehen. Weiter ist hier bevorzugt in der einen Konturplatte an der der anderen Konturplatte zugewandten Seite ein Formkern angeordnet, durch den hindurch sich ein Auswerferstift erstreckt, dessen Ende als Ventilkörper ausgebildet ist, der einen Ringspalt zwischen dem Auswerferstift und dem Formkern verschließt und bei Betätigung mittels eines Betätigungselements freigibt, wodurch dem Ringspalt zum Entformen des Werkstücks Druckluft zugeführt wird.
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Bei dem bekannten Werkzeug wird zwar die störende, häufig eine Deformation des noch nicht vollständig ausgehärteten Werkstücks verursachende Ausbildung eines Vakuums zwischen den Formkern und dem Werkstück bei dessen Entformen vermieden, jedoch kommt es nun stattdessen leicht zu einer umgekehrten Deformation des Werkstücks infolge eines zu hohen Drucks und/ oder zu großen Volumenstroms der zugeführten Druckluft.
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Für die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Spritzgusswerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die angegebenen Nachteile vermeidet und bei welchem unerwünschte Deformationen des Werkstücks bei dessen Entformen vermieden werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Spritzgusswerkzeug der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass durch den Formkern mehrere Führungskanäle mit je einer darin axial verstellbar geführten Auswerferstange und mit jeweils wenigstens einem zugeordneten Luftkanal verlaufen und dass dem Spritzgusswerkzeug eine jeweils beim Entformen eines gespritzten Behälters zuschaltbare Luftreguliereinheit zugeordnet ist, mittels welcher ausgewählten ersten Luftkanälen Druckluft zuführbar ist und ausgewählte zweite Luftkanäle mit der freien Umgebung verbindbar sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeug mit der zugeordneten Luftreguliereinheit besteht vorteilhaft die Möglichkeit, auf erste Luftkanäle Druckluft zu geben, während andere, zweite Luftkanäle zur Werkzeugaußenseite geöffnet werden. Entsteht dann ein Vakuum bei einem zu schnellem Entformen, wird die fehlende Luft durch die nach außen offenen, zweiten Luftkanäle nachgezogen. Wird zu viel Luft durch die mit Druckluft beaufschlagten ersten Luftkanäle zugeführt, so kann die überschüssige Luft durch die nach außen offenen zweiten Luftkanäle entweichen. Je nach den vorliegenden Bedingungen kann also durch die zweiten Luftkanäle die Luft in der einen oder der anderen Richtung strömen. Im Ergebnis bleibt die Behälterform beim Auswerfen immer in neutraler Position und der produzierte Behälter hat aufgrund des so erreichten Vermeidens von Deformationen eine bessere Formqualität.
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Um die Luftführung durch die Luftkanäle im Sinne einer möglichst guten Formqualität der gespritzten Behälter beeinflussen und einstellen zu können, ist weiter vorgesehen, dass jedem Luftkanal ein eigenes verstellbares Lufteinlassventil als Teil der Luftreguliereinheit zugeordnet ist.
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Zweckmäßig ist dabei über die jeweils einem ersten Luftkanal zugeordneten verstellbaren, ersten Lufteinlassventile jeweils der betreffende erste Luftkanal entweder mit einer Druckluftquelle verbindbar oder absperrbar.
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Weiter ist es zweckmäßig, dass über die jeweils einem zweiten Luftkanal zugeordneten verstellbaren, zweiten Lufteinlassventile jeweils der betreffende zweite Luftkanal entweder mit der freien Umgebung verbindbar oder absperrbar ist.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass über die jeweils einem Luftkanal zugeordneten verstellbaren Lufteinlassventile jeweils der betreffende Luftkanal entweder mit einer Druckluftquelle verbindbar oder mit der freien Umgebung verbindbar oder absperrbar ist. Hier kann also, je nach Bedarf, jeder Luftkanal wahlweise mit Druckluft beschickt oder mit der äußeren Umgebung verbunden werden.
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Um zusätzliche Einflussmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen, schlägt die Erfindung weiter vor, dass der Druck und/oder der Volumenstrom der aus der geöffneten Ventilöffnung der Luftkanäle austretenden Druckluft durch Einstellen des Drucks der Druckluftquelle und/oder durch Einstellen des Öffnungsquerschnitts des zugehörigen Lufteinlassventils einstellbar ist.
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Weiterhin kann als weitere Maßnahme zur Beeinflussung des Entformens ein Strömungswiderstand für die durch die geöffnete Ventilöffnung der zweiten Luftkanäle strömende Luft durch Einstellen des Öffnungsquerschnitts des zugehörigen zweiten Lufteinlassventils einstellbar sein, wobei, wie oben erläutert, die zweiten Luftkanäle in beiden Richtungen von Luft durchströmbar sind. Die zweiten Lufteinlassventile können unter bestimmten Betriebsbedingungen also auch als Luftauslassventile fungieren.
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Um auf technisch einfache und zuverlässige Art und Weise zu gewährleisten, dass im Spritzgusswerkzeug die Auswerferstangen das Auswerfen des gespritzten Behälters wirksam unterstützen, wird vorgeschlagen, dass die Auswerferstangen an ihrem vom Formhohlraum entfernten Ende mechanisch an einen Auswerferrahmen des Spritzgusswerkzeugs angekoppelt und gemeinsam mit dem Auswerferrahmen verstellbar sind. Zum Ausgleich von Toleranzen und zur Sicherstellung einer definierten Schließstellung der Ventilkörper der Auswerferstangen kann diese mechanische Ankopplung federnd ausgebildet sein.
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Eine Weiterbildung des Spritzgusswerkzeugs sieht vor, dass der Auswerferrahmen mechanisch an einen relativ zum Formkern bewegbaren Werkzeugteil angekoppelt ist und mittels einer Federanordnung mit einer in Entformungsrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt ist. Hiermit kann allein durch Öffnen des Spritzgusswerkzeugs der Auswerferrahmen in seine Auswerfbewegung versetzt werden.
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Alternativ dazu kann der Auswerferrahmen mittels einer pneumatischen oder hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer in Entformungsrichtung wirkenden Kraft beaufschlagbar und relativ zum Formkern verstellbar sein.
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Je nach gewünschtem Automatisierungsgrad des Spritzgusswerkzeugs ist vorgesehen, dass alle Lufteinlassventile manuell verstellbar sind oder mittels der Luftreguliereinheit fernbetätigt verstellbar sind.
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Zwecks weiterer Automatisierung des Entformens des gespritzten Behälters wird vorgeschlagen, dass die Luftreguliereinheit einen Datenspeicher aufweist und dass für unterschiedliche zu spritzende Behälter unterschiedliche Datensätze für eine angepasste Einstellung der Lufteinlassventile und/oder des Drucks der Druckluft im Datenspeicher speicherbar und aus dem Datenspeicher abrufbar sind. Die benötigten Datensätze werden dabei vorzugsweise jeweils durch Versuche ermittelt.
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Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Spritzgusswerkzeug Detektionsmittel zum Erkennen von Deformationen des vom Formkern abgeschobenen gespritzten Behälters, insbesondere von Deformationen eines Behälterbodens, aufweist, dass die Detektionsmittel mit der Luftreguliereinheit verbunden sind und dass die Luftreguliereinheit eine Auswerteeinheit umfasst, mittels welcher nach Maßgabe von von den Detektionsmitteln erfassten Deformationsmesswerten die Lufteinlassventile und/oder der Druck der Druckluft im Sinne einer Minimierung der Deformationen verstellbar sind. Die Detektionsmittel zum Erkennen von Deformationen des Behälters können dabei optische Detektoren, wie eine Videokamera mit nachgeschalteter Bildauswerteeinheit, sein. Damit können dann auch eventuell auftretende Veränderungen des Entformungsverhaltens der Behälter im laufenden Spritzbetrieb automatisch korrigiert werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
- 1 ein geöffnetes Spritzgusswerkzeug in einem schematischen Längsschnitt und
- 2 das Spritzgusswerkzeug aus 1 in einem vergrößerten schematischen Teil-Längsschnitt.
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In der folgenden Figurenbeschreibung sind gleiche Teile in den verschiedenen Zeichnungsfiguren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass nicht zu jeder Zeichnungsfigur alle Bezugszeichen erneut erläutert werden müssen.
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1 zeigt ein Spritzgusswerkzeug 1 zum Herstellen von Behältern in einem geöffneten Zustand, in einem schematischen Längsschnitt. Hier ist ein erster, unterer Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeugs 1 mit einem Formkern 10 sichtbar. Ein zweiter, oberer Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeugs 1 ist hier vom ersten Werkzeugteil entfernt, um einen im Spritzgusswerkzeug 1 gespritzten, hier nicht dargestellten Behälter zu entformen. Der zweite, obere Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeugs 1 ist von an sich bekannter Ausführung und deshalb hier nicht eigens dargestellt.
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Während des Spritzvorgangs sind der erste und der zweite Werkzeugteil miteinander verbunden und bilden einen inneren Formhohlraum, der mit zunächst flüssigem, z. B. thermoplastischem, Kunststoff gefüllt wird. Nach einer gewissen Abkühlzeit wird der zweite Werkzeugteil von dem ersten Werkzeugteil gelöst und entfernt, um den gespritzten, dann ausreichend erstarrten Behälter, der mit seiner Innenseite an der äußeren Formkernoberfläche 11 anliegt und in gewissem Maße anhaftet, von dem Formkern 10 abnehmen zu können.
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Zum Abnehmen des Behälters vom Formkern 10 dienen zum einen ein Auswerferrahmen 5, der an einem äußeren Behälterrand angreift, und zum anderen mehrere Auswerferstangen 2, die in Führungskanälen 12 innerhalb des Formkerns 10 axial beweglich bis zur Oberseite des Formkerns 10 geführt sind. An ihrem unteren Ende sind die Auswerferstangen 2 mechanisch an den Auswerferrahmen 5 angekoppelt, um eine synchrone Auswerfbewegung, gemäß 1 nach oben hin, von Auswerferrahmen 5 und Auswerferstangen 2 zu gewährleisten. Der Auswerferrahmen 5 ist hier mittels einer Kolben-Zylinder-Anordnung 50, bestehend aus einem Paar von hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten, in und gegen die Auswerfrichtung, d. h. in Längsrichtung der Auswerferstangen 2, verstellbar.
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Beim Entformen von geschlossenen Kunststoffbehältern entsteht zumindest beim Beginn des Entformens ein Vakuum zwischen dem Formkern 10 und dem Behälter, was häufig zu unerwünschten Deformationen des Behälters, insbesondere seines Bodens, führt.
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Um diese Deformationen zu vermeiden, wird beim Entformungsvorgang Luft in den Bereich zwischen dem Formkern 10 und dem Behälter eingeleitet, was nachfolgend anhand der 2 erläutert wird.
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2 zeigt das Spritzgusswerkzeug 1 aus 1 in einem vergrößerten schematischen Teil-Längsschnitt, zusammen mit den zur Luftzuführung in den Bereich zwischen dem Formkern 10 und einem darauf befindlichen, auch in 2 nicht eigens dargestellten Behälter dienenden Mitteln.
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Wie zuvor erläutert, verlaufen durch den Formkern 10 mehrere Führungskanäle 12 mit je einer darin axial verstellbar geführten Auswerferstange 2, wobei in 2 nur einer der Führungskanäle 12 mit der zugehörigen Auswerferstange 2 sichtbar ist. Jedem Führungskanal 12 ist wenigstens ein Luftkanal 31, 32 zugeordnet, wobei im Ausführungsbeispiel nach 2 dem dort sichtbaren Führungskanal 12 zwei Luftkanäle 31, 32 zugeordnet sind. Die Luftkanäle 31, 32 verlaufen parallel zu dem Führungskanal 12 durch den Formkern 10 und münden unmittelbar vor der Formkernoberfläche 11 in den Führungskanal 12.
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Das der Formkernoberfläche 11 zugewandte Ende der Auswerferstange 2 ist mit einem oder als ein Ventilkörper 20 ausgebildet, der, je nach axialer Stellung der Auswerferstange 2, eine Ventilöffnung 21 zwischen dem oberen Ende der Auswerferstange 2 und dem Formkern 10 entweder verschließt oder bei Betätigung mittels des Auswerferrahmens 5 freigibt. In der Freigabestellung ist der Ventilöffnung 21 über die zugeordneten Luftkanäle 31, 32 Luft zuführbar oder es ist, unter bestimmten Bedingungen, Luft durch einen der Luftkanäle 31, 32 abführbar.
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Weiterhin ist dem Spritzgusswerkzeug 1 hier eine jeweils beim Entformen eines gespritzten Behälters zuschaltbare Luftreguliereinheit 6 zugeordnet, mittels welcher ausgewählten ersten Luftkanälen 31 Druckluft aus einer Druckluftquelle 40 zuführbar ist und ausgewählte zweite Luftkanäle 32 mit der freien Umgebung verbindbar sind. Dazu ist jedem Luftkanal 31, 32 ein eigenes verstellbares Lufteinlassventil 41, 42 als Teil der Luftreguliereinheit 6 zugeordnet. Das Lufteinlassventil 42 am zweiten Luftkanal 32 kann, in bestimmten Betriebszuständen, auch als Luftauslassventil fungieren.
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Über das dem ersten Luftkanal 31 zugeordnete verstellbare, erste Lufteinlassventil 41 ist der erste Luftkanal 31 entweder mit der Druckluftquelle 40 verbindbar oder absperrbar. Über das dem zweiten Luftkanal 32 zugeordnete verstellbare, zweite Lufteinlassventile 42 ist der zweite Luftkanal 32 entweder mit der freien Umgebung verbindbar oder absperrbar.
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Der Druck und/oder der Volumenstrom der aus der geöffneten Ventilöffnung 21 des ersten Luftkanals 31 austretenden Druckluft sind durch Einstellen des Drucks der Druckluftquelle 40 und/oder durch Einstellen des Öffnungsquerschnitts des zugehörigen Lufteinlassventils 41 einstellbar. Der Strömungswiderstand für die durch die geöffnete Ventilöffnung 21 des zweiten Luftkanals 32 strömende Luft ist durch Einstellen des Öffnungsquerschnitts des zugehörigen zweiten Lufteinlassventils 42 einstellbar.
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Die Lufteinlassventile 41, 42 können manuell verstellbar sein oder, wie in 2 dargestellt, mittels der Luftreguliereinheit 6 über Signal- und Steuerleitungen 60, 61, 62, alternativ auch drahtlos, fernbetätigt verstellbar sein.
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Die Luftreguliereinheit 6 kann einen Datenspeicher aufweisen, um für unterschiedliche zu spritzende Behälter unterschiedliche Datensätze für eine angepasste Einstellung der Lufteinlassventile 41, 42 und/ oder des Drucks der Druckluft speichern und passend zum jeweiligen Bedarf aus dem Datenspeicher abrufen zu können.
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Weiterhin kann das Spritzgusswerkzeug 1 in der Zeichnung nicht dargestellte Detektionsmittel zum Erkennen von Deformationen des vom Formkern 10 abgeschobenen gespritzten Behälters, insbesondere von Deformationen eines Behälterbodens, aufweisen. Zweckmäßig sind die Detektionsmittel dann mit der Luftreguliereinheit 6 verbunden und die Luftreguliereinheit 6 umfasst eine Auswerteeinheit, mittels welcher nach Maßgabe von von den Detektionsmitteln erfassten Deformationsmesswerten die Lufteinlassventile 41, 42 und/oder der Druck der Druckluft im Sinne einer Minimierung der Deformationen verstellbar sind.
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Der Druck und die Menge der zugeführten Druckluft werden je nach Bedarf so geregelt, dass Deformationen des gespritzten Behälters bei dessen Entformen minimiert werden. Die Ventilkörper 20 öffnen mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Auswerferrahmen 5 den gespritzten Behälter an seinem äußeren Rand vom Formkern 10 abschiebt. Wird der Auswerferrahmen 5 vor dem Schließen des Spritzgusswerkzeugs 1 wieder in seine Grundstellung zurückbewegt, drückt er dabei immer die Ventilkörper 20 in ihre geschlossene Position zurück.
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Vorteilhaft kann bei dem erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeug 1 aufgrund der speziellen Luftkanäle 31, 32 und Ventile 20, 21, 41, 42 ein gespritzter Behälter schneller entformt werden als bei bekannten Spritzgusswerkzeugen und der Behälter wird, obwohl er beim Entformen noch etwas weich ist, nicht oder zumindest weniger deformiert.
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Bezugszeichenliste
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| Zeichen |
Bezeichnung |
| 1 |
Spritzgusswerkzeug |
| 10 |
Formkern |
| 11 |
Formkernoberfläche |
| 12 |
Führungskanäle in 10 für 2 |
| 2 |
Auswerferstangen |
| 20 |
Ventilkörper |
| 21 |
Ventilöffnung |
| 31 |
erste Luftkanäle |
| 32 |
zweite Luftkanäle |
| 40 |
Druckluftquelle |
| 41 |
erste Lufteinlassventile an 31 |
| 42 |
zweite Lufteinlassventile an 32 |
| 5 |
Auswerferrahmen |
| 50 |
Kolben-Zylinder-Anordnung |
| 6 |
Luftreguliereinheit |
| 60, 61, 62 |
Signal- und Steuerleitungen |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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