Die Erfindung betri f ft eine Kunststof f-Spritzgießmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kunststof f-Sprit zgießma- schine .

In Kunststof f-Spritzgießmaschinen wird ein Kunststof fmaterial in flüssigem oder pastösem Zustand in eine Kavität einer Spritzguss form eingespritzt . In der Kavität der Spritzguss form kühlt das Kunststof fmaterial ab und geht in einen festen Zustand über . Es entsteht ein Spritzgussteil , das eine der Kavität entsprechende Form hat . Die Spritzguss form kann geöf fnet werden, um das Spritzgussteil aus der Form zu entnehmen .

In bestimmten Anwendungs fällen umfasst die Spritzguss form einen Formkern, der in die Kavität der Spritzguss form hineinragt . Innerhalb des Formkerns kann eine Verdampfungskammer angeordnet sein, in der beim Abkühlen des Kunststof fmaterials eine Flüssigkeit verdampft wird, um dem Kunststof fmaterial in der Umgebung des Formkerns Wärme zu entziehen . Es ist bekannt , dass durch Einstellen des Drucks in der Verdampfungskammer Einfluss genommen werden kann auf die Temperatur, bei der die Flüssigkeit verdampft , WO 2019/ 158521 Al .

Liegt in der Verdampfungskammer ein Überdruck an, so verdampft die Flüssigkeit bei einer höheren Temperatur, sodass dem Kunststof fmaterial eine geringere Wärmemenge entzogen wird . Eine verminderte Kühlwirkung kann beispielsweise in Anwendungs fällen zweckmäßig sein, bei denen die Struktur des Kunststof fmaterials sich durch zu starke und zu schnelle Kühlung nachteilig verändern würde . Es hat sich herausgestellt , dass es nicht ganz einfach ist , die Druckverhältnisse in der Verdampfungskammer so einzustellen, dass das Kunststof fmaterial in geeignetem Maß gekühlt wird .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Spritzgießmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Spritzgießmaschine vorzustellen, mit denen diese Nachteile vermieden werden . Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche . Vorteilhafte Aus führungs formen sind in den Unteransprüchen angegeben .

Die erfindungsgemäße Kunststof f-Spritzgießmaschine umfasst eine Spritzguss form, eine Zuführeinheit zum Einspritzen eines Kunststof fmaterials in eine Kavität der Spritzguss form und eine Kühlvorrichtung für die Spritzguss form . Die Spritzgussform weist einen in die Kavität hineinragenden und mit einer Verdampfungskammer versehenen Formkern auf . An die Verdampfungskammer ist eine Druckquelle angeschlossen, die dazu ausgelegt ist , einen Überdruck in der Verdampfungskammer zu erzeugen . Die Kühlvorrichtung umfasst eine stromaufwärts der Verdampfungskammer angeordnete Hochdruckpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit in die Verdampfungskammer und ein stromabwärts der Verdampfungskammer angeordnetes Überströmventil . Der Öf f- nungsdruck des Überströmventils ist höher als der von der Druckquelle erzeugte Druck .

Die Erfindung hat erkannt , dass es durch die Kombination aus der Druckquelle und dem Überströmventil möglich ist , in der Verdampfungskammer die gewünschten Druckverhältnisse für den Verdampfungsvorgang zu erzeugen . Ausgehend von einem Zustand, bei dem in der Verdampfungskammer der von der Druckquelle erzeugte Druck anliegt , kommt es zu einer Druckerhöhung, sobald mit der Hochdruckpumpe Flüssigkeit in die Verdampfungskammer gefördert wird . Der erhöhte Druck breitet sich bis zu dem Überströmventil aus , sodass das Überströmventil öf fnet und dass der Druck in der Verdampfungskammer anhand des Öf fnungsdrucks des Überströmventils begrenzt wird . Damit liegen in der Verdampfungskammer definierte Druckverhältnisse an, aus denen sich die Temperatur des Verdampfungsvorgangs ergibt . Auf diese Weise kann die Kühlwirkung auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden, so dass eine übermäßige Kühlung des Kunststof fmaterials vermieden wird .

Eine Hochdruckpumpe im Sinne der Erfindung ist dazu auslegt , die Flüssigkeit mit einem Druck von mindestens 5 bar in Richtung der Verdampfungskammer zu fördern . Eine Wirkung des erhöhten Drucks in der Verdampfungskammer ist es , dass Menge der Flüssigkeit sich reduziert , die in einem gegebenen Betriebs zustand der Hochdruckpumpe zu der Verdampfungskammer zugeführt wird .

Der mit der Druckquelle in der Verdampfungskammer erzeugte Druck kann um 0 , 5 bar bis 10 bar, vorzugsweise um 1 bar bis 5 bar höher sein als Atmosphärendruck . I st die Flüssigkeit Wasser, so liegt die Verdampfungstemperatur bei Atmosphärendruck bei 100 ° C . Die Verdampfungstemperatur erhöht sich auf etwa 120 ° C bei einem Druck von 2 bar und auf etwa 133 ° C bei einem Druck von 3 bar . Der Öf fnungsdruck des Überströmventils kann leicht höher liegen als der Druck in der Verdampfungskammer, sodass das Überströmventil zügig nach Beginn des Fördervorgangs öf fnet . Beispielsweise kann der Öf fnungsdruck des Überströmventils zwischen 2 % und 20 % höher sein als der mit der Druckquelle erzeugte Überdruck in der Verdampfungskammer . In einem Beispiel , in dem der Druck in der Verdampfungskammer um 2 bar höher ist als Atmosphärendruck und das Überströmventil bei 2 , 2 bar öf fnet , wäre der Öf fnungsdruck um 10 % höher als der Druck in der Verdampfungskammer . Als Überströmventil wird ein Ventil bezeichnet , das öf fnet , wenn der Di f ferenzdruck über dem Überströmventil größer ist als ein vorgegebener Öf f- nungsdruck, und das schließt , wenn der Di f ferenzdruck kleiner ist als der Öf fnungsdruck . Auf der von der Druckkammer abgewandten Seite des Überströmventils kann Atmosphärendruck anliegen .

In einer Aus führungs form ist zwischen der Verdampfungskammer und dem Überströmventil eine Verzweigung ausgebildet ist , wobei die Druckquelle an die Verzweigung angeschlossen ist . Die zwischen der Verdampfungskammer und dem Ventil angeordnete Verzweigung kann mit anderen Worten so ausgebildet sein, dass das Überströmventil in einem ersten Arm der Verzweigung und das Ventil in einem zweiten Arm der Verzweigung angeordnet ist . Zwischen der Verzweigung und der Druckquelle kann ein Ventil angeordnet sein, das in einem ersten Zustand geöf fnet ist und das in einem zweiten Zustand geschlossen ist . Das Ventil kann geöf fnet werden, um aus der Druckquelle heraus einen Überdruck in der Verdampfungskammer anzulegen . Das Ventil kann geschlossen werden, wenn ein Überdruck in der Verdampfungskammer über das Überströmventil abgebaut wird . Das Ventil kann zusätzlich oder alternativ dazu geschlossen werden, wenn aus der Verdampfungskammer unter Umgehung des Überströmventils Gas und/oder Flüssigkeit abgelassen wird . Von der Of fenbarung umfasst sind auch Aus führungs formen, bei denen es zwischen der Verdampfungskammer und der Druckquelle weder ein Ventil noch eine Verzweigung gibt .

Das Ventil kann ein zwischen der Verdampfungskammer und der Druckquelle angeordnetes Ventil sein, das einer Rückströmung aus der Verdampfungskammer in die Druckquelle entgegenwirkt . Das Ventil kann als Rückschlagventil ausgestaltet sein, das schließt , wenn der Druck auf der der Verdampfungskammer zugewandten Seite höher ist als der Druck auf der der Druckquelle zugewandten Seite . Möglich ist auch ein schaltbares Ventil , das über Steuerbefehle in geeigneter Weise angesteuert wird . Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine mit dem Fördervorgang ausgelöste Druckerhöhung nicht in die Druckquelle hineinwirkt .

Das Ventil kann ein zwischen der Verdampfungskammer und der Druckquelle angeordnetes Sperrventil sein . Das Sperrventil kann dazu ausgelegt sein, durch ein Steuersignal zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet zu werden . Zum Erzeugen des Überdrucks in der Verdampfungskammer aus der Druckquelle heraus kann das Sperrventil geöf fnet werden . Das Sperrventil kann geschlossen werden, um ein Ablassen eines Überdrucks aus der Verdampfungskammer zu ermöglichen, ohne dass auf dem gleichen Weg Gas aus dem Druckbehälter entweichen kann .

In einer Aus führungs form sind zwischen der Verzweigung und der Druckquelle ein Rückschlagventil und ein Sperrventil in Reihe geschaltet , sodass das Gas auf seinem Weg von der Druckquelle in die Verdampfungskammer durch das Rückschlagventil und das Sperrventil hindurchtritt . Wenn eines der beiden in Reihe geschalteten Ventile geschlossen ist , kann kein Gas hindurchtreten . Die Wirkung der in Reihe geschalteten Ventile kann in einem schaltbaren Ventil vereinigt sein, wenn das schaltbare Ventil zusätzlich zu den im Zusammenhang des Sperrventils beschriebenen Schaltvorgängen so angesteuert wird, dass das schaltbare Ventil schließt , während der Überdruck aus der Verdampfungskammer über das Überströmventil abgebaut wird .

Die Druckquelle kann einen Quellbereich umfassen, in dem ein Ausgangsdruck anliegt , der höher ist als der in der Verdampfungskammer anzulegende Druck . Der Quellbereich kann beispielsweise ein Druckreservoir sein oder eine unter dem entsprechenden Druck stehende Leitung . Zwischen dem Quellbereich und der Verdampfungskammer kann ein Druckminderer angeordnet sein, der auf den Druck eingestellt ist , der in der Verdampfungskammer anliegen soll . Über einen solchen Druckminderer kann der Druck in der Verdampfungskammer mit der gewünschten Genauigkeit eingestellt werden . Der Druckminderer kann einstellbar sein, sodass der Druck innerhalb des Verstellbereichs des Druckminderers frei gewählt werden kann . Der Druck kann in Stufen oder stufenlos einstellbar sein . Der Verstellbereich kann den Bereich von 1 bar bis 5 bar, vorzugsweise den Bereich von 0 , 5 bar bis 7 bar umfassen . Die Angaben beziehen sich auf den Überdruck, um den der Druck höher ist als Atmosphärendruck .

Die Kühlvorrichtung kann ein Zentralmodul umfassen, aus dem heraus die Flüssigkeit zu einer in die Verdampfungskammer mündenden Austrittsöf fnung zugeführt wird . Die Zufuhr der Flüssigkeit kann durch eine Flüssigkeitsleitung erfolgen, die sich zwischen dem Zentralmodul und der Austrittsöf fnung erstreckt . Das Zentralmodul kann eine Hochdruckpumpe umfassen, mit der die Flüssigkeit zu der Austrittsöf fnung gefördert wird .

Der Formkern kann sich von einem an den Körper der Spritzgussform anschließenden proximalen Ende bis zu einem distalen Ende erstrecken . Das distale Ende kann ein freies Ende in der Kavität bilden . Die Vorteile der Erfindung kommen besonders zur Geltung, wenn der Formkern schlank ausgebildet ist . Ein zu dem distalen Ende benachbarter distaler Abschnitt des Formkerns hat vorzugsweise einen größten Durchmesser von nicht mehr als 20 mm, vorzugsweise nicht mehr als 10 mm, weiter vorzugsweise nicht mehr als 7 mm . Kleiner als 3 mm ist der größte Durchmesser in der Regel nicht . Der zum distalen Ende benachbarte Abschnitt kann sich über wenigstens 30 % , vorzugsweise wenigstens 50 % , weiter vorzugsweise wenigstens 70 % der Länge erstrecken, die der Formkern in die Kavität hineinragt . Die Verdampfungskammer kann benachbart zu dem distalen Ende des Formkerns angeordnet sein . Innerhalb des Formkerns kann ein erster Kanal ausgebildet sein, durch den die Flüssigkeit zu der Verdampfungskammer zugeführt wird . Der erste Kanal bildet einen Abschnitt der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Zentralmodul und der Austrittsöf fnung . Innerhalb des Formkerns kann ein zweiter Kanal ausgebildet sein, durch den das Gas- Flüssigkeit-Gemisch aus der Verdampfungskammer abgeführt wird . Die Querschnitts fläche des zweiten Kanals kann größer sein als die Querschnitts fläche des ersten Kanals , vorzugsweise wenigstens um den Faktor zwei , weiter vorzugsweise wenigstens um den Faktor fünf , weiter vorzuweisen wenigstens um den Faktor zehn größer . In einer Aus führungs form erstreckt sich der erste Kanal im Inneren des Rohrs und der zweite Kanal innerhalb des Ringkanals . Möglich ist auch die umgekehrte Gestaltung .

Das Rohr kann als Kapillarrohr ausgebildet sein, innerhalb dessen sich der erste Kanal erstreckt . Das Kapillarrohr kann eine in die Verdampfungskammer mündende Austrittsöf fnung umfassen . Der Durchmesser des in dem Kapillarrohr ausgebildeten Kanals kann beispielsweise zwischen 0 , 5 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0 , 8 mm und 1 , 2 mm liegen . Ein zwischen der Eingangsseite des Kapillarrohrs und dem Zentralmodul angeordneter Abschnitt der Flüssigkeitsleitung kann einen Durchmesser haben, der deutlich größer ist als der Durchmesser des Rohrs .

In einer Förderphase fördert die Hochdruckpumpe Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsleitung zu der Austrittsöf fnung . Dabei kann die Flüssigkeit unter einem Druck stehen, der deutlich höher ist als der mit der Druckquelle erzeugte Druck in der Verdampfungskammer . Beispielsweise kann der Druck der Flüssigkeit um wenigstens 5 bar, vorzugsweise wenigstens 10 bar, weiter vorzugsweise wenigstens 20 bar höher sein als der Druck in der Verdampfungskammer . Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Flüssigkeit schon vor dem Eintritt in die Verdampfungskammer verdampft .

Zu Beginn eines Arbeits zyklus der Spritzgießmaschine wird die Spritzguss form geschlossen, sodass die Kavität einen geschlossenen Hohlraum bildet . In einer Einspritzphase wird das Kunst- stof fmaterial mit der Zuführeinheit in flüssigem oder pastösem Zustand in die Kavität eingespritzt , sodass die Kavität mit dem Kunststof fmaterial gefüllt wird . Die Einspritzphase kann wenige Sekunden dauern, beispielsweise zwischen 0 , 2 s und 5 s . Nach dem Ende der Einspritzphase wird während einer Nachdrückphase weiterhin Druck aus der Zuführeinheit heraus auf das Kunststof fmaterial in der Kavität ausgeübt . Die Nachdrückphase endet , wenn zu der Zuführeinheit benachbarte Mengen des Kunst- stof fmaterials ausgehärtet sind, sodass der Druck nicht mehr auf von der Zuführeinheit entfernte Mengen des Kunststof fmaterials wirkt . Die Länge der Nachdrückphase kann beispielsweise zwischen 2 s und 50 s liegen . Die verbleibende Zeit , in der das Kunststof fmaterial aushärtet , wird als Restkühl zeit bezeichnet . Die Länge der Restkühl zeit kann beispielsweise zwischen 2 s und 50 s liegen . Wenn das Kunststof fmaterial ausreichend ausgehärtet ist , kann die Spritzguss form geöf fnet werden und das Spritzgussteil entnommen werden . Damit ist ein Arbeits zyklus der Spritzgießmaschine abgeschlossen und der nächste Arbeits zyklus kann beginnen .

Die Förderphase , in der mit der Hochdruckpumpe Flüssigkeit in die Verdampfungskammer gefördert wird, beginnt nach dem Beginn des Arbeits zyklus und endet vor dem Ende des Arbeits zyklus . Der Beginn der Förderphase liegt vorzugsweise nach dem Ende der Einspritzphase . Die Förderphase ist vorzugsweise beendet , bevor die Spritzguss form wieder geöf fnet wird . Die Hochdruckpumpe kann so eingerichtet sein, dass zwischen dem Beginn der Förderphase und dem Ende der Förderphase ununterbrochen Flüssigkeit in die Verdampfungskammer gefördert wird . Zwischenzeitliche Unterbrechungen der Förderung wären zwar grundsätzlich möglich . Diese Vorgehensweise wäre aber mit dem Nachteil verbunden, dass die Kühlwirkung nicht sehr genau eingestellt werden könnte , weil kurze Förderpulse nur schwer dosiert werden können .

Verglichen mit einem Zustand, bei dem in der Verdampfungskammer Atmosphärendruck anliegt , ist die Kühlwirkung durch den erfindungsgemäßen Überdruck in der Verdampfungskammer reduziert . Dies liegt zum einen daran, dass sich die Verdampfungstemperatur mit steigendem Druck erhöht . Zum anderen vermindert sich die Druckdi f ferenz gegenüber dem von der Hochdruckpumpe angelegten Druck, was zur Folge hat , dass die in Verdampfungskammer eintretende Flüssigkeitsmenge sich reduziert .

Nimmt man an, dass die Menge der austretenden Flüssigkeit sowie die Dauer der Phase , in der gekühlt werden soll , im Wesentlichen vorgegeben sind, so ist der Druck in der Verdampfungskammer die wesentliche Größe , mit der der Kühlvorgang beeinflusst werden kann . Gemäß der Erfindung wird der Druck in der Verdampfungskammer so eingestellt , dass einerseits die Taktzeit für einen Arbeits zyklus der Spritzgießmaschine möglichst kurz gehalten werden kann, während andererseits eine übermäßige Kühlung des Kunststof fmaterials in der Umgebung des Formkerns vermieden wird . Der passende Wert für den Druck wird anhand dieser Kriterien von Anwendungs fall zu Anwendungs fall ermittelt .

Für eine präzise Einstellung der Kühlwirkung ist es von Vorteil , wenn die Ausgangsbedingungen zu Beginn einer Förderphase bekannt sind . I st beispielsweise die Flüssigkeitsleitung zwischen dem Zentralmodul und der Austrittsöf fnung vollständig mit Flüssigkeit gefüllt , so tritt die Flüssigkeit ohne Verzögerung in die Verdampfungskammer aus , sobald die Flüssigkeit in dem Zentralmodul unter Druck gesetzt wird .

Um zu verhindern, dass die Flüssigkeit unter dem von der Druckquelle angelegten Druck durch die Flüssigkeitsleitung zurück in Richtung Zentralmodul gedrängt wird, kann in der Flüs- sigkeitsleitung ein zweites Ventil angeordnet sein . Das zweite Ventil kann in der Förderphase geöf fnet sein . Das zweite Ventil kann außerhalb der Förderphase geschlossen sein, wenn in der Verdampfungskammer ein Überdruck anliegt . Das zweite Ventil kann als zweites Rückschlagventil ausgebildet sein, das schließt , wenn der Druck auf der der Verdampfungskammer zugewandten Seite höher ist als der Druck auf der dem Zentralmodul zugewandten Seite . Möglich ist auch, dass das zweite Ventil ein schaltbares Ventil ist , das mit Steuersignalen in geeigneter Weise angesteuert wird .

In der Flüssigkeitsleitung kann zwischen der Austrittsöf fnung und dem Zentralmodul eine zweite Verzweigung ausgebildet sein, sodass ein zwischen der zweiten Verzweigung und der Austrittsöf fnung liegender Abschnitt der Flüssigkeitsleitung ausgeblasen werden kann . An die Verzweigung kann eine Gasleitung angeschlossen sein, deren anderes Ende aus dem Zentralmodul gespeist wird . Uber die Gasleitung kann zwischen dem Ende einer ersten Förderphase und dem Beginn einer nachfolgenden Förderphase die Verdampfungskammer ausgeblasen werden, sodass definierte Ausgangsbedingungen für den nächsten Fördervorgang vorlegen . Zu den definierten Ausgangsbedingungen gehört , dass der zwischen der zweiten Verzweigung und der Austrittsöf fnung liegende Abschnitt der Flüssigkeitsleitung nicht mit Flüssigkeit gefüllt ist .

Das zweite Ventil kann zwischen der Austrittsöf fnung und der Verzweigung angeordnet sein . I st das zweite Ventil zwischen der Verzweigung und dem Zentralmodul angeordnet , so kann in der Gasleitung ein drittes Ventil vorgesehen sein, um auch dort einen Rückfluss des Gases in Richtung des Zentralmoduls zu verhindern, wenn in der Verdampfungskammer ein Überdruck anliegt . Das dritte Ventil kann als drittes Rückschlagventil ausgebildet sein . Von Vorteil ist es , wenn das zweite Ventil nahe dem Förderkern angeordnet ist . Der Abschnitt der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Zentralmodul und dem zweiten Ventil ist vorzugsweise größer, weiter vorzugsweise wenigstens doppelt so groß , weiter vorzugsweise wenigstens dreimal so groß wie der Abschnitt der Flüssigkeitsleitung zwischen dem zweiten Ventil und der Austrittsöf fnung .

Nach einem Fördervorgang kann der Druck in der Verdampfungskammer höher sein als der zuvor mit der Druckquelle erzeugte Druck . Es kann von Vorteil sein, vor dem nächsten Fördervorgang den Druck aus der Verdampfungskammer abzulassen . Dazu kann ein zweites Sperrventil vorgesehen sein, durch das das Gas-Flüssigkeit-Gemisch unter Umgehung des Überströmventils aus der Verdampfungskammer austreten kann . Das zweite Sperrventil kann so gestaltet sein, dass es durch Steuersignale zwischen einem geöf fneten Zustand und einem geschlossenen Zustand umgeschaltet werden kann .

Die Kühlvorrichtung kann eine Rücklauf leitung umfassen, die sich zwischen der Verdampfungskammer und dem Zentralmodul erstreckt . Das Überströmventil kann in der Rücklauf leitung angeordnet sein, sodass durch das Überströmventil durchtretende Mengen des Gas-Flüssigkeit-Gemischs zu dem Zentralmodul zurückgeführt werden . Das zweite Sperrventil kann innerhalb der Rücklauf leitung parallel zu dem Überströmventil geschaltet sein . Das Zentralmodul kann einen Kondensator umfassen, in dem die Flüssigkeit zurückgewonnen wird, sodass sie von dem Zentralmodul für einen weiteren Fördervorgang verwendet werden kann . Die erste Verzweigung, über die die Druckquelle an die Rückleitung angeschlossen ist , kann zwischen der Verdampfungskammer und dem Überströmventil angeordnet sein . Zwischen der ersten Verzweigung und der Druckquelle kann ein erstes Sperrventil angeordnet sein, um zu verhindern, dass der Druck aus der Druckquelle entweicht , wenn das zweite Sperrventil geöf fnet ist . Das erste Sperrventil kann so angesteuert werden, dass es in einem geschlossenen Zustand ist , wenn das zweite Sperrventil geöf fnet ist .

Die Kunststof f-Spritzgießmaschine kann eine Steuereinheit umfassen . Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, das Zusammenspiel der Komponenten während eines Arbeits zyklus der Kunststof f-Spritzgießmaschine anzusteuern . Dazu kann die Steuereinheit Steuersignale geben, die ein oder mehrere der nachfolgenden Schritte auslösen . Die Schritte können in der nachfolgend angegebenen Reihenfolge oder in anderer Reihenfolge durchgeführt werden . Die Steuereinheit kann einen Aktuator ansteuern, mit dem die Spritzguss form in einen geschlossenen Zustand gebracht wird . Die Steuereinheit kann ein zwischen der Druckquelle und der Verdampfungskammer angeordnetes erstes Sperrventil öf fnen, sodass die Verdampfungskammer aus der Druckquelle heraus unter Überdruck gesetzt wird . Die Steuereinheit kann die Zuführeinheit ansteuern, sodass in einer Einspritzphase ein Kunststof fmaterial in die Kavität der Spritzguss form eingespritzt wird . Die Steuereinheit kann die Zuführeinheit ansteuern, sodass in einer an die Einspritzphase anschließenden Nachdrückphase Druck auf das Kunststof fmaterial in der Kavität ausgeübt wird . Die Steuereinheit kann die Hochdruckpumpe ansteuern, so dass in einer Förderphase kontinuierlich Flüssigkeit in die Verdampfungskammer gefördert wird . Die Steuereinheit kann das Zentralmodul ansteuern, sodass der Fördervorgang beendet wird, bevor die Spritzguss form geöf fnet wird . Die Steuereinheit kann den Aktuator der Spritzguss form ansteuern, sodass die Spritzguss form in einen geöf fneten Zustand gebracht wird . Die Steuereinheit kann das zwischen der Druckquelle und der Verdampfungskammer angeordnete erste Sperrventil schließen . Die Steuereinheit kann ein das Überströmventil überbrückendes zweites Sperrventil in einen geöf fneten Zustand bringen, sodass der in der Verdampfungskammer anliegende Überdruck sich abbauen kann . Die Steuereinheit kann das Zentralmodul ansteuern, sodass die Verdampfungskammer mit einem Gasstoß ausgeblasen wird . Die Steuereinheit kann das zweite Sperrventil ansteuern, sodass dieses schließt . Die Steuereinheit kann das erste Sperrventil ansteuern, sodass dieses öf fnet . Die Steuereinheit kann die Spritzgießmaschine so ansteuern, dass ein Arbeits zyklus dieser Art mehrfach durchgeführt wird .

Es ist nicht erforderlich, dass die Steuereinheit eine bauliche Einheit ist . Möglich ist beispielsweise auch, dass der Spritzgießvorgang mit einem ersten Steuermodul angesteuert wird und die Kühlvorrichtung mit einem zweiten Steuermodul angesteuert wird . Es kann sich um eine Master-Slave-Konf igura- tion handeln, bei der das erste Steuermodul als Master und das zweite Steuermodul als Slave eingesetzt wird .

Die Erfindung betri f ft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Kunststof f-Spritzgießmaschine . Die Kunststof f-Sprit zgießma- schine umfasst eine Spritzguss form . Die Spritzguss form hat einen in die Kavität der Spritzguss form hineinragenden und mit einer Verdampfungskammer versehenen Formkern . Mit einer Zuführeinheit wird ein Kunststof fmaterial in die Kavität eingespritzt . In der Verdampfungskammer wird aus einer Druckquelle heraus ein Überdruck angelegt . Zum Kühlen des Kunststof fmaterials in der Kavität wird eine Flüssigkeit in die unter Überdruck stehende Verdampfungskammer gefördert . Ein aus dem Fördervorgang und aus einem Verdampfen der Flüssigkeit resultierender Druckanstieg in der Verdampfungskammer wird über ein Überströmventil abgebaut, dessen Öf fnungsdruck höher ist als der in der Verdampfungskammer angelegte Überdruck. Der Druck in der Verdampfungskammer kann angelegt werden, während ein zwischen der Druckquelle und der Verdampfungskammer angeordnetes Ventil geöffnet ist. Der Druck in der Verdampfungskammer kann abgebaut werden, während das Ventil geschlossen ist.

Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen des Verfahrens mit Merkmalen, die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Kunst- stof f-Sprit zgießmaschine beschrieben sind. Die Offenbarung umfasst Weiterbildungen der Kunststoff-Spritzgießmaschine, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind .

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Aus führungs formen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine;

Fig. 2: den Formkern der Spritzgießmaschine aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3: eine Darstellung der Druckquelle aus Fig. 1;

Fig. 4-7: weitere Details der Spritzgießmaschine aus Fig.

1.

Eine in Fig. 1 gezeigte Spritzgießmaschine umfasst einen Rahmen 14, der eine aus zwei Formhälften 11, 12 bestehende Spritzgussform 15 trägt. In Fig. 1 ist die Spritzgussform 15 im geöffneten Zustand gezeigt. Zum Schließen der Spritzgussform 15 werden die beiden Formhälften 11, 12 aufeinander zu bewegt, sodass im Inneren der Spritzgussform 15 eine rundherum abgeschlossene Kavität 16 gebildet wird. In die Kavität 16 ragt ein mit der ersten Formhäl fte 11 verbundener Formkern 18 hinein . Die Spritzgießmaschine umfasst Aktuatoren (nicht dargestellt ) , mit denen ein oder beide Formhäl ften 11 , 12 in geeigneter Weise relativ zu dem Rahmen 14 bewegt werden können .

Nach dem Schließen der Spritzguss form 15 wird eine Kolbenschnecke 13 einer Zuführeinheit 17 in Gang gesetzt , um ein Kunststof fmaterial in flüssigem Zustand in den Innenraum der Spritzguss form 15 einzuspritzen, sodass die Kavität 16 vollständig mit dem Kunststof fmaterial gefüllt ist . In einer unmittelbar daran anschließenden Nachdrückphase hält die Kolbenschnecke den auf das Kunststof fmaterial wirkenden Druck aufrecht , bis das Kunststof fmaterial in einem Bereich 40 zwischen der Zuführeinheit 17 und der Kavität 16 ausgehärtet ist . In einer anschließenden Restkühlphase härtet das Kunststof fmaterial in der Kavität 16 vollständig aus , ohne dass noch Druck von außen ausgeübt wird . Nach dem vollständigen Aushärten des Kunststof fmaterials wird die Spritzguss form 15 geöf fnet . Ein Spritzgussteil , dessen Form der Kavität 16 entspricht , wird aus der Spritzguss form 15 entnommen . Das Spritzgussteil hat eine Vertiefung, die dem Formkern 18 entspricht .

Gemäß der Erfindung wird dem Kunststof fmaterial in der Umgebung des Formkerns 18 während des Aushärtens gezielt Wärme entzogen . Im Inneren des Formkerns 18 ist eine Sackbohrung ausgebildet , die sich fast bis zum distalen Ende des Formkerns 18 erstreckt , siehe Fig . 2 . Das Ende der Bohrung bildet eine im Inneren des Formkerns 18 angeordnete Verdampfungskammer 28 . Im Zentrum der Bohrung erstreckt sich ein Kapillarrohr 30 , an dessen distalem Ende eine in die Verdampfungskammer 28 mündende Austrittsöf fnung 43 ausgebildet ist . Ein proximales Ende des Kapillarrohrs 30 ist an eine Zuleitung 32 angeschlossen . Zwischen dem Kapillarrohr 30 und der Wand 29 des Formkerns 18 ist ein ringförmiger Rückkanal ausgebildet , der an eine Rückleitung 33 angeschlossen ist . Die Zuleitung 32 und die Rückleitung 33 sind an ein Zentralmodul 19 angeschlossen, das zusammen mit der Verdampfungskammer 28 und weiteren Komponenten eine Kühlvorrichtung der Spritzgießmaschine bildet . Das Zentralmodul 19 umfasst eine Hochdruckpumpe 42 , die an das andere Ende der Zuleitung 32 angeschlossen ist . Die Hochdruckpumpe 42 ist dazu ausgelegt , in einer Förderphase unter einem hohen Druck, der beispielsweise um 20 bar höher als Atmosphärendruck sein kann, Wasser in Richtung des Kapillarrohrs 30 zu fördern . Das Wasser tritt als feiner Strahl aus der Austrittsöf fnung 43 des Kapillarrohrs 30 aus und verteilt sich in der Verdampfungskammer 28 . Die Temperatur in der Verdampfungskammer 28 und in dem distalen Bereich des ringförmigen Rückkanals ist so hoch, dass die Flüssigkeit verdampft . Durch den Verdampfungsvorgang wird dem Kunststof fmaterial in der Umgebung des Formkerns 18 Wärme entzogen .

Würde der Verdampfungsvorgang bei Atmosphärendruck stattfinden, so würde das Kunststof fmaterial zu stark gekühlt . Bei der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine liegt deswegen in der Verdampfungskammer 28 ein Druck an, der höher ist als Atmosphärendruck . Dies wirkt sich in doppelter Hinsicht aus . Erstens erhöht sich mit steigendem Druck die Verdampfungstempera- tur, wodurch die Temperaturdi f ferenz gegenüber dem Kunststof fmaterial abnimmt . Zweitens reduziert sich die aus dem Kapillarrohr 30 austretende Flüssigkeitsmenge . Beides hat zur Folge , dass dem Kunststof fmaterial weniger Wärme entzogen wird .

Um den gewünschten Druck in der Verdampfungskammer 28 anlegen zu können, ist eine Druckquelle 27 über einen einstellbaren Druckminderer 26 und eine erste Ventilkombination 25 an eine Verzweigung 45 in der Rückleitung 33 angeschlossen . Die erste Ventilkombination 25 umfasst gemäß Fig . 3 ein Rückschlagventil 34 und ein schaltbares Sperrventil 35 , das im geöf fneten Zustand einen freien Durchgang zwischen der Rückleitung 33 und dem Rückschlagventil 34 bietet und das im geschlossenen Zustand den Durchgang verschließt .

In der Druckquelle 27 , bei der es sich beispielsweise um einen Druckspeicher oder eine unter Druck stehende Leitung handeln kann, liegt ein Druck PI an, der mit dem einstellbaren Druckminderer 26 auf einen niedrigeren Druck P2 reduziert wird . Der mit dem Druckminderer 26 vorgegebene Druck P2 breitet sich bei geöf fnetem Sperrventil 35 über die Rückleitung 33 zu der Verdampfungskammer 28 aus , sofern in der Rückleitung 33 und der Verdampfungskammer 28 ein Druck anliegt , der geringer ist als der Druck P2 . I st umgekehrt der Druck in der Rückleitung 33 höher als der vom Druckminderer 26 vorgegebene Druck P2 , so schließt das Rückschlagventil 34 und es findet kein Druckausgleich statt .

Zu Beginn eines Arbeits zyklus der Spritzgießmaschine liegt in der Verdampfungskammer 28 Atmosphärendruck an . Nach Öf fnen des Sperrventils 35 breitet sich der Druck P2 bis in die Verdampfungskammer 28 aus . Beginnt nach dem Einspritzen des Kunst- stof fmaterials in die Kavität 16 der Spritzguss form 18 das Aushärten des Kunststof fmaterials , so wird dies durch eine aktive Kühlung begleitet , indem mit der Hochdruckpumpe 42 Wasser die Verdampfungskammer gefördert wird . Der Druck P2 ist so eingestellt , dass die Förderphase sich ohne Unterbrechung über die gesamte Dauer des Aushärtens erstrecken kann, also vom Beginn der Nachdrückphase bis zum Ende der Restkühlphase , ohne dass die Struktur des Kunststof fmaterials durch übermäßige Kühlung Schaden nimmt .

Mit dem Fördervorgang steigt der Druck in der Verdampfungskammer an, weil der Druck, mit dem die Flüssigkeit in die Verdampfungskammer gefördert wird, höher ist als der in der Verdampfungskammer anliegende Druck P2 . Mit dem Verdampfungsvor- gang einher geht eine Expansion, die ebenfalls eine Druckerhöhung in der Verdampfungskammer 28 bewirkt . Der erhöhte Druck breitet sich durch die Rückleitung 33 aus und bewirkt , dass das Rückschlagventil 34 der ersten Ventilkombination 25 schließt . In der Rückleitung 33 ist eine zweite Ventilkombination 24 angeordnet , die gemäß Fig . 4 ein Überströmventil 36 und ein dazu parallel geschaltetes schaltbares Sperrventil 37 umfasst . Das Sperrventil 37 ist geschlossen . Das Überströmventil 36 hat einen Öf fnungsdruck, der etwas höher ist als der mit dem Druckminderer 26 vorgegebene Druck P2 , sodass das Überströmventil 36 bei einer von der Verdampfungskammer 28 ausgehenden Druckerhöhung zügig öf fnet . Auch während der Förderphase steigt der Druck in der Verdampfungskammer 28 deswegen nicht wesentlich an .

Nach dem Ende der Förderphase wird das zweite Sperrventil 37 geöf fnet und das erste Sperrventil 35 geschlossen, sodass über die Rückleitung 33 ein Druckausgleich auf Atmosphärendruck stattfindet . Dabei wird das Wasser-Gas-Gemisch aus der Verdampfungskammer zurück zu dem Zentralmodul 19 geführt . In dem Gemisch enthaltene Wasseranteile werden in dem Zentralmodul 19 kondensiert und können in einer nachfolgenden Förderphase erneut verwendet werden .

Die zwischen dem Zentralmodul 19 und der Verdampfungskammer 18 angeordnete Zuleitung 32 umfasst eine Verzweigung 46 , an die eine Druckluftleitung 22 angeschlossen ist . Nachdem der Druckausgleich auf Atmosphärendruck in der Verdampfungskammer 28 stattgefunden hat , kann aus dem Zentralmodul 19 ein Druckluftstoß in die Druckluftleitung 22 geleitet werden, der sich durch das Kapillarrohr 33 hindurch zu der Verdampfungskammer 28 ausbreitet , sodass dort verbliebene Flüssigkeitsreste durch die Rückleitung 33 ausgeblasen werden . Auf diese Weise können definierte Ausgangsbedingungen für den nachfolgenden Arbeits- zyklus der Spritzgießmaschine erzeugt werden, falls dies gewünscht ist . In der Zuleitung 32 ist ein zweites Rückschlagventil 38 angeordnet , sodass der Druckluf tstoß aus der Druckluftleitung 22 sich nicht in Richtung des Zentralmoduls 19 ausbreiten kann, siehe Fig . 6 . Umgekehrt ist in der Druckluftleitung 22 ein drittes Rückschlagventil 39 angeordnet , um in der Förderphase einen unerwünschten Rückfluss in Richtung des Zentralmoduls 19 zu verhindern, siehe Fig . 7 .

Ein viertes Rückschlagventil 21 ist in der Zuleitung 32 benachbart zu dem Formkern 18 angeordnet , siehe Fig . 5 . Das vierte Rückschlagventil 21 wird wirksam, wenn zu Beginn eines Arbeits zyklus der Spritzgießmaschine der Druckausgleich zwischen dem Druck P2 des Druckminderers und der Verdampfungskammer 28 durchgeführt wird . Der gegenüber Atmosphärendruck erhöhte Druck P2 breitet sich nur bis zur dem vierten Rückschlagventil 21 aus . Auf diese Weise kann die Flüssigkeit in der nachfolgenden Förderphase leichter zu der Verdampfungskammer 28 vordringen .

Die Spritzgießmaschine umfasst eine Steuereinheit 41 , die das Zusammenspiel der Komponenten steuert . Zu Beginn eines Arbeits zyklus der Spritzgießmaschine wird die Spritzguss form 15 geschlossen und das erste Sperrventil 35 geöf fnet , sodass der Druck in der Verdampfungskammer von Atmosphärendruck auf den mit dem Druckminderer 26 vorgegebenen Druck P2 ansteigt . Die Zuführeinheit 17 wird aktiviert , um die Kavität 16 der Spritzguss form 15 mit Kunststof fmaterial zu füllen . Der von der Zuführeinheit 17 ausgeübte Druck wird während der anschließenden Nachdrückphase aufrechterhalten . Die Hochdruckpumpe 42 wird angesteuert , sodass während der Nachdrückphase und der nachfolgenden Restkühlphase Wasser in die Verdampfungskammer 28 gefördert wird . Mit dem Ende der Restkühlphase wird die Hochdruckpumpe 42 deaktiviert . Die Spritzguss form 15 wird geöf fnet , sodass das Spritzgussteil entnommen werden kann . Parallel wird das erste Sperrventil 35 geschlossen und das zweite

Sperrventil 37 geöf fnet , um den Druck in der Verdampfungskammer 28 über das Zentralmodul 19 auf Atmosphärendruck aus zugleichen . Mit einem von dem Zentralmodul 19 abgegebenen Druck- luftstoß werden definierte Ausgangsbedingungen für den nachfolgenden Arbeits zyklus der Spritzgießmaschine geschaf fen .