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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kunststoffspritzgießsysteme
und, insbesondere, auf Gasstifte zur Verwendung in gasunterstützten Kunststoffspritzgießsystemen
und -verfahren.
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Es
sind zahlreiche bekannte Systeme für ein Kunststoffspritzgießen vorhanden.
In herkömmlichen Kunststoffspritzgießsystemen
werden Kunststoff-Pellets in einer Spritzgießmaschine geschmolzen und durch
einen Schneckenkolben in einen Formhohlraum vorgeschoben, typischerweise über eine
oder mehrere Angussbuchsen, einen Verteiler und/oder ein System
mit einem beheizten Angusskanal. Der Formhohlraum ist zwischen zwei
Formhälften
(einem Kern-Element und einem Hohlraum-Element) gebildet. Die zwei
Hälften
der Form werden, typischerweise unter hohem Druck, zusammengeklemmt,
und der Kunststoff wird in den Formhohlraum, wiederum unter wesentlichem
Druck in den meisten Fällen,
eingespritzt. Dem geschmolzenem Kunststoffmaterial in dem hohlen
Raum wird ermöglicht,
abzukühlen
und in dem hohlen Raum zu härten, typischerweise
durch ein Kühlsystem,
das ein Kühlfluid
durch ein oder mehrere der Formelemente) zirkuliert. Wenn das Teil
ausreichend gehärtet
ist, wird die Form geöffnet
und das Teil wird entnommen, typischerweise durch einen oder mehrere
Auswurfstift(e).
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Einige
der bekannten Systeme verwenden ein Gas in dem Spritzgießvorgang
und sind herkömmlich
als „gasunterstützte Spritzgieß-Systeme" bekannt. In diesen
Systemen wird das Gas in das geschmolzene Kunststoffmaterial über die
Kunststoffeinspritzdüse
selbst, oder über
einen oder mehrere Stiftmechanismen, strategisch in der Form positioniert, über Angussbuchsen,
einen Verteiler oder Systeme mit beheiztem Angusskanal eingespritzt.
Es ist auch möglich,
das Gas direkt in den geschmolzenen Kunststoff in der Trommel der
Spritzgießmaschine einzuspritzen.
Das Gas, das typischerweise ein inertes Gas, wie beispielsweise
Stickstoff, ist, wird unter Druck eingespritzt und bildet einen
oder mehrere hohle Räume
oder Kanäle
in dem geformten Teil. Das unter Druck gesetzte Gas bringt einen
nach außen gerichteten
Druck auf, der den Kunststoff gegen die Formflächen drückt, während sich der Gegenstand verfestigt.
Dies hilft dabei, eine bessere Oberfläche an dem geformten Gegenstand
zu bilden und verringert auch Einsinkmarkierungen und andere Oberflächendefekte
oder beseitigt sie. Die Verwendung von unter Druck gesetztem Gas
verringert auch die Zykluszeit, wenn das Gas eingeführt wird
und/oder zu dem flüssigeren,
inneren Volumen des Kunststoffes eindringt und Kunststoff in diesen
Teilen ersetzt, die ansonsten einen ausgedehnten Kühlzyklus
erfordern würden.
Die Vorteile von mittels Gas unterstützten Spritzgießvorgängen sind
ausreichend bekannt und umfassen die Kosteneinsparungen über die
Verwendung von weniger Kunststoffmaterial, die Herstellung von Teilen,
die leichter im Gewicht sind, und die Herstellung von Teilen, die
bessere Oberflächendefinitionen
und Endbearbeitungen haben.
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Auf
dem Gebiet des Kunststoffspritzgießens umfassen die gewöhnlichen
Herausforderungen, die sich dem Produkt-Designer stellen, das Gestalten
eines Gegenstands, der die ausreichende Festigkeit für die Produktanwendung
und ein zufriedenstellendes Oberflächenfinish besitzt, ebenso
wie ein übermäßiges Gewicht,
Oberflächenbeschädigungen
und eine erhöhte
Zykluszeit vermieden werden. Für
flache oder dünne
Produkte ist es typisch, ein oder mehrere Rippenelemente) in dem
Design einzuschließen,
um eine relative Festigkeit und Struktur für einen geformten Gegenstand
zu erreichen. Die Rippenelemente sind typischerweise dicker als
der geformte Gegenstand, und die Rippenelemente, zusammen mit irgendwelchen
anderen, erwünschten, dickeren
Bereichen, erhöhen
das Gewicht des Materials, das verwendet ist, und die Zykluszeit
des Kunststoffgegenstands. Diese Elemente und/oder Bereiche bringen
auch oftmals Einsinkmarkierungen und andere Oberflächendefekte
aufgrund von thermischen Gradienten in dem Bereich der verdickten
Bereiche mit sich.
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Wenn
die Rippenelemente oder andere Bereiche des Gegenstands, in die
das Gas eingeführt werden
soll, langgestreckt sind, ist es oftmals schwierig, einen zufriedenstellend
geformten Gegenstand, aus zusätzlichen
Gründen,
zu erzielen. Zum Beispiel ist, falls der Druck des Gases zu groß ist, wenn
es in den Formhohlraum eindringt, ein Risiko vorhanden, dass er
brechen kann, oder den Kunststoff innerhalb des Formhohlraums herausbläst, d.h.
das Gas wird nicht innerhalb des geschmolzenen Kunststoffmaterials
gehalten. Oftmals ist es auch schwierig, Gas zu haben, das entlang
der vollständigen
Länge eines langgestreckten,
dickeren Kunststoffabschnitts eindringt, so dass ein Produkt erzeugt
wird, das eine ungleichmäßige Dicke
und einen ungleichmäßigen Kühlzyklus
besitzt. Dies kann zu unerwünschten Spannungen
und/oder einer Deformation des geformten Teils führen.
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Einige
gasunterstützte
Kunststoffspritzgießsysteme
und -vorgänge
sind entwickelt worden, um einige der vorstehend erwähnten Probleme
zu beseitigen. In einigen dieser Prozesse sind sekundäre Reservoire
oder Hohlräume,
benachbart zu dem geformten Teil oder den langgestreckten Rippenelementen,
vorgesehen, um das Kunststoffmaterial zu sammeln oder darin aufzunehmen,
das aus dem Gegenstand oder dem Rippenelement durch das unter Druck
gesetzte Gas herausgedrückt
wird. Obwohl viele dieser gasunterstützten Spritzgießsysteme
und -verfahren zufriedenstellend arbeiten und kommerziell akzeptierbare
spritzgegossene Kunststoffteile und Komponenten hergestellt haben,
verwenden diese Prozesse übermäßiges Kunststoffmaterial
und erfordern übermäßige Verarbeitungsschritte.
Es ist ein Bedarf nach verbesserten Systemen und Verfahren auf dem
Gebiet des gasunterstützten
Spritzgießens vorhanden,
die keine sekundären
Hohlräume
verwenden, insbesondere da solche Verfahren übermäßigen Kunststoff verwenden,
der oftmals nicht wiederverwendet werden kann, oder der erfordert,
aufgefangen zu werden und wieder gemahlen zu werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes, gasunterstütztes Spritzgießsystem
und ein -verfahren zu schaffen. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes, gasunterstütztes Spritzgießverfahren
und -system zum Herstellen von Kunststoffteilen und Komponenten
zu schaffen, in denen ein sekundärer, hohler
Raum nicht verwendet wird oder erforderlich ist.
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Es
ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren und System zum Spritzgießen von Kunststoffteilen mit
strukturellen Rippenelementen, und dergleichen, insbesondere mit
langgestreckten Elementen, zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein gasunterstütztes Spritzgießsystem
und ein -verfahren zu schaffen, in denen die Einführung von
Gas und Kunststoff in die Form so gesteuert wird, um ein zufriedenstellendes
Produkt in einer verbesserten und vorteilhafteren Art und Weise
zu schaffen.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gasunterstütztes Kunststoffspritzgießsystem
und ein -verfahren zu schaffen, die nicht von Zeit-Abstand oder
Druck abhängen,
um die Injektion von Gas in das Kunststoffmaterial auszulösen. Einige herkömmliche
Verfahren verwenden ein lineares Positionieren eines Kolbens oder
einer Maschinenschnecke in der Spritzgießmaschine, um zu bestimmen,
wann das Gas in die Form zu injizieren ist. Dies ist oftmals unzuverlässig und
ist durch den Zustand der Gießmaschine
und irgendwelchen Abnutzungseigenschaften deren Bauteilen begrenzt.
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Gemäß den Aufgaben
der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren für ein gasunterstütztes Spritzgießen geschaffen,
wobei ein Gasreservoir mit festgelegtem Volumen verwendet wird,
und wobei die Aktivierung des Einspritzens von Gas durch ein Thermoelement
oder eine äquivalente Vorrichtung
in dem Gasstift gesteuert wird, die die Schmelzentemperatur des
eingespritzten Kunststoffmaterials erfasst. Nachdem das Einspritzen
des Kunststoffmaterials in die Form eingeleitet ist, wird eine Gasvorratskammer
mit einem festgelegten Volumen/einem variablen Druck oder ein Reservoir
aktiviert, um Gas in den fließenden
Strom aus erwärmtem
Kunststoffmaterial einzuspritzen. Das Gas von dem Reservoir mit
festgelegtem Volumen tritt in das Kunststoffmaterial bei einem relativ
niedrigen Druck ein und bildet einen Anfangshohlraum in dem Kunststoffmaterial,
insbesondere in dem angegebenen Rippenelement oder einem dickeren
Bereich. Bei einer vorab eingestellten Temperatur, wie sie durch
das Thermoelement in dem Gasstift gemessen ist, wird das Gasvolumen
in dem Reservoir in die Form freigegeben. Dies ermöglicht,
dass die Masse in dem Rippenelement oder dem dickeren Abschnitt
in andere Bereiche des Formhohlraums hinein verschoben werden.
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Die
Aktivierung der Gaseinspritzung von dem Reservoir mit festgelegtem
Volumen wird durch eine temperaturempfindliche Vorrichtung oder
einen Sensor gesteuert, wie beispielsweise ein Thermoelement, der
die Schmelzentemperatur des Kunststoffmaterials erfasst, wenn das
Kunststoffmaterial darüber,
oder angrenzend dazu, vorbeiführt.
Die temperaturempfindliche Vorrichtung oder der Sensor ist in dem
Gasstift eingesetzt. In dieser Hinsicht kann der Gasstift ein modifizierter
Ejektorstift, modifiziert mit einer Platzierung eines Thermoelements,
positioniert in seiner Mitte, sein.
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Die
temperaturempfindliche Vorrichtung kann auch einstellbar sein oder
relativ zu dem Kunststoffmaterial bewegbar sein, wie dies notwendig
ist, um in der Lage zu sein, effektiv die Aktivierung der Gaseinspritzung
von dem Reservoir mit festgelegtem Volumen zeitlich abzustimmen.
Die Temperatur und die Zeitabstimmung hängen von einer Anzahl von Faktoren
ab, wie beispielsweise der Größe des geformten
Bauteils, dem Typ des Kunststoffmaterials, das verwendet ist, dem
Volumen des hohlen Abschnitts, der in dem Rippenelement oder dem
dickeren Bereich erzeugt werden soll, der Geschwindigkeit und dem
Druck des Einspritzens des Kunststoffs, und dergleichen.
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Wenn
einmal das Gas von dem Reservoir mit festgelegtem Volumen in das
Kunststoffmaterial eingespritzt ist, wird der Rest des Kunststoffmaterials
in den Formhohlraum eingespritzt. Vorzugsweise ist der Kunststoffeinspritzvorgang
kontinuierlich. Wenn einmal die Form mit Kunststoffmaterial gefüllt ist,
wird zusätzliches
Kunststoffmaterial in den Formhohlraum hineingepackt. In dieser
Hinsicht wird sich, wenn das Kunststoffmaterial durch den Formhohlraum
fließt, um
ihn zu füllen,
das Gasvolumen unter niedrigem Druck in dem Rippenelement oder dem
dickeren Bereich im Wesentlichen entlang der vollständigen Länge des
Rippenelements oder des dickeren Bereichs ausdehnen, was den notwendigen,
hohlen Bereich des Bauteils oder des geformten Teils erzeugt.
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Danach
wird das unter Druck gesetzte Gas in das geformte Teil über ein
oder mehrere Gasstift(e) eingeführt,
der bzw. die den hohlen Raum in dem Rippenelement oder dem dickeren
Teil unter Druck setzen und vollständig formen, und gleichzeitig
das Kunststoffmaterial gegen die Wände oder die Oberflächen des
Formhohlraums drücken,
was die erwünschten,
ausgezeichneten Oberflächen-Charakteristika
an dem geformten Teil erzeugt.
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Nachdem
das Druckgas in das geformte Teil eingeführt ist, wird das Reservoir
mit festgelegtem Volumen wieder befüllt. Wenn sich das Kunststoffmaterial
abgekühlt
und ausreichend verfestigt hat, und das Gas von den hohlen Bereichen
des geformten Teils abgelassen ist, wird die Form geöffnet und
das Teil wird ausgeworfen (vorzugsweise durch einen oder mehrere
der Ejektorstifte).
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In
einer alternativen Ausführungsform
könnte
ein faseroptischer Sensor oder ein Element anstelle der Temperaturfühlvorrichtung
verwendet werden, und verwendet das Vorhandensein von Kunststoffmaterial,
das darüberführt, dazu,
um die Freisetzung von Gas aus dem Behälter mit festgelegtem Volumen auszulösen.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von sekundären Reservoiren
nicht notwendig und störende
Marken an den geformten Teilen werden beseitigt. Das erfindungsgemäße System und
das Verfahren hängen
auch nicht von der Zeit, dem Weg bzw. Abstand oder dem Druck ab,
um das Einspritzen des Gases auszulösen. Die Verwendung von Druck,
um das Einspritzen von Gas auszulösen, ermöglicht, zum Beispiel, oftmals,
dass sich Gas über die
Schmelzenfront hinaus bewegt, was ein nicht akzeptierbares Produkt
erzeugt.
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Die
vorstehenden Einwände
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden leicht aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
zum Ausführen
der Erfindung ersichtlich werden, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
und den beigefügten
Ansprüchen
betrachtet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Elemente einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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3A–3E stellen
Schritte bei der Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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4 stellt
die Verwendung eines Gasstifts und eines zugeordneten Thermoelements
gemäß einem
dazu in Bezug stehenden Verfahren und System dar.
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4A und 4B zeigen
Querschnitte des Gasstiftelements, dargestellt in 4,
wobei die Querschnitte entlang von Linien AA und BB, jeweils, vorgenommen
sind.
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5 stellt
einen alternativen Thermoelement-Mechanismus dar.
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6 stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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7 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines bevorzugten Gasstifts zur Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist besonders dazu geeignet, hohle Rippenstrukturen
für eine
strukturelle Verstärkung
von dekorativen oder nicht dekorativen Verkleidungselementen und
Platten unter Verwendung von gasunterstützten Kunststoffspritzgießsystemen
und -verfahren zu schaffen. Ein Verfahren zur Verwendung der vorliegenden
Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. In dieser Hinsicht sollte,
sogar obwohl die vorliegende Erfindung gemäß einer oder mehreren bevorzugten
Ausführungsformen)
des erfindungsgemäßen Systems
und Verfahrens dargestellt und offenbart ist, und unter Verwendung
von Rippenstrukturen beschrieben ist, verständlich werden, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf solche bevorzugten Ausführungsformen oder Verwendungen
beschränkt
ist. An stelle davon sollte die vorliegende Erfindung in dem Schutzumfang,
wie der durch die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche angegeben
ist, gesehen werden.
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Das
System 10, dargestellt in 1, umfasst eine
Form 12, die in einer Spritzgießmaschine 14 angeordnet
ist und ein Teil davon ist. Wie es herkömmlich im Stand der Technik
bekannt ist, existiert eine Anzahl von Spritzgießmaschinen, die dazu verwendet
werden können,
Kunststoffmaterial in einen Formhohlraum einzuspritzen. Kunststoff-Pellets werden in
der Spritzgießmaschine
geschmolzen und durch einen Schneckenförderer in den Formhohlraum 14 hinein
vorgeschoben. In dieser Hinsicht ist, in dem Beispiel, das in 1 dargestellt
ist, der Formhohlraum in der Form einer Inntentürverkleidungsplatte 16 für ein Kraftfahrzeug
oder ein anderes Fahrzeug vorgesehen. Der Türhohlraum umfasst eine Kartentasche 18,
die ein Rippenelement 20 entlang der offenen, oberen Oberfläche davon
besitzt. Entsprechend zu der Formung dieses bestimmten Produkts
wird das Rippenelement 20 vorzugsweise mit einem hohlen
Raum darin aus verschiedenen ästhetischen
und Herstellungsgründen
geformt.
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Der
Formhohlraum 14 in der Form 12 wird in der präzisen Form
der abschließenden
Kunststoffkomponenten, die hergestellt werden soll, gebildet oder
bearbeitet, die, in diesem Fall, die Innentürverkleidungsplatte 16 ist.
Die zwei Formhälften
der Form sind mit Platten (nicht dargestellt) in der Spritzgießmaschine
verbunden, die sich entsprechend dem Spritzgießzyklus und dem System voneinander
trennen und schließen.
Die Spritzgießmaschine 14 umfasst
auch ein Düsenelement
(siehe 6), das in Kontakt mit der Form platziert ist
und das geschmolzenes Kunststoffmaterial, geschmolzen in der Kunststoffgießmaschine,
in den Formhohlraum über
die Düse
einspritzt. Auch wird, in den Beispielen, die dargestellt sind,
das Kunststoffmaterial in ein Ende 22 des Rippenelements 20 eingespritzt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Gasstiftelements ist in den 6 und 7 dargestellt.
Das Gasstiftelement 24 ist vorzugsweise an dem oder benachbart
zu dem Ende 22 des Rippenelements 20 positioniert.
Auch erstreckt sich das Gasstiftelement vorzugsweise in den Formhohlraum 14 in
einer herkömmlichen
Art und Weise hinein, was in weiterem Detail nachfolgend beschrieben
ist.
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Unter
Druck gesetztes Gas von einem Gasvorrat oder einem Generatormechanismus 30 wird mittels
einer Drucksteuereinheit 32 in das Kunststoffmaterial in
dem Form hohlraum über
das Gasstiftelement 24 eingespritzt. Das Gas kann zu der
Drucksteuereinheit 32 von irgendeiner herkömmlichen Quelle,
wie beispielsweise einem Gasgenerator, einer Druckgasflasche, oder
dergleichen, zugeführt werden.
Alle diese sind im Stand der Technik bekannt und sind herkömmlich und
müssen
nicht diskutiert oder in weiterem Detail hier angegeben werden.
In dem System 10, das in 1 dargestellt
ist, ist ein Absperrventil 34 zwischen der Drucksteuereinheit und
dem Gasstift 24 so vorgesehen, dass das Gas nur in einer
Richtung fortschreitet und nicht zu der Steuereinheit zurückkehren
kann. Die Drucksteuereinheit 32 reguliert den Gasfluss über den
Kanal 33 zu dem Gasstift und demzufolge in das Kunststoffmaterial
in dem Formhohlraum hinein.
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Das
unter Druck gesetzte Gas kann irgendein herkömmliches Gas sein, das herkömmlich in
gasunterstützten
Spritzgießsystemen
und -verfahren verwendet wird, wie beispielsweise Luft, Kohlendioxid,
Stickstoff, oder dergleichen. Vorzugsweise ist allerdings das Gas
ein inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, das heutzutage üblicherweise
verwendet wird.
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Die
Drucksteuereinheit 32 wird auch dazu verwendet, ein Reservoir 40 mit
festgelegtem Volumen mit einer definierten Menge oder Volumen eines Gases
zu befüllen.
Das Reservoir 40 kann von irgendeinem herkömmlichen
Typ sein. Eine zentralisierte Steuereinheit 42 wird dazu
verwendet, ein Zweiwegeventil 44 zu betätigen und um zu ermöglichen,
dass das Gas von der Drucksteuereinheit das Reservoir 40 mit
festgelegtem Volumen während
jedem Zyklus des gasunterstützten
Spritzgießverfahrens
füllt.
Die Steuereinheit 42 steuert auch ein zweites Ventilelement 46,
das in dem Kanal 48 positioniert ist, der von dem Reservoir 40 mit
festgelegtem Volumen zu dem Gasstift 24 und dem Formhohlraum 14 führt. Die
Steuereinheit 42 kann von irgendeinem Typ einer herkömmlichen
Steuereinheit, die heutzutage in Verwendung ist, sein, und ist vorzugsweise
eine kundenspezifische Steuereinheit, die so programmiert werden
kann, um in der Art und Weise zu arbeiten, die hier beschrieben
ist.
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Das
System 10 umfasst auch eine variable Fließsteuerung
oder eine Begrenzungseinrichtung 50 und ein Absperrventil 52.
Die Fließbegrenzungseinrichtung 50 und
das Absperrventil 52 sind in dem Kanal 48 zwischen
dem Reservoir mit festgelegtem Volumen und dem Gasstiftelement 24 positioniert.
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Ein
Temperatursensor oder eine Fühlvorrichtung,
wie beispielsweise ein Thermoelement, ist in der Form 12 positioniert,
um die Temperatur des geschmolzenen Kunst stoffmaterials zu fühlen, wenn
es aus der Düse
heraus und in den Formhohlraum hineinfließt. Das Thermoelement ist mit
der Steuereinheit 42 über
einen Draht oder eine elektrische Leitung 62 verbunden.
Vorzugsweise ist das Thermoelement in den Gasstift eingesetzt, wie
nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6 und 7 diskutiert
ist. In dieser Hinsicht kann das Gasstiftelement 24 ein
modifizierter Ejektorstiftmechanismus sein.
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Die
Gasstiftanordnung, wie sie in 4 dargestellt
ist, besteht aus einer entnehmbaren Gabel- und Wellenkombination
mit einer unterteilenden Leitung mit einem zugeordneten, angrenzend
dazu positionierten Thermoelement für eine Temperaturerfassung.
Die Gasstiftanordnung umfasst auch eine konisch zulaufende Dichtung
zusammen mit O-Ring-Dichtungen
für eine
verbesserte Fähigkeit, einen
Druck aufzubauen.
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Ein
Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens oder Prozesses gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 2 dargestellt und ist allgemein
mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Form 12 durch die Spritzgießmaschine geschlossen. Dies
ist in dem Kasten 72 dargestellt. Danach wird das Kunststoffspritzen
durch die Spritzgießmaschine
in den Formhohlraum 14 in die Form hinein eingeleitet. Dies
ist in dem Kasten 74 dargestellt. Danach betätigt, wenn
einmal der Temperatursensor oder das Thermoelement eine vorab eingestellte
Temperatur des Schmelzenflusses aus dem Kunststoffmaterial in den
Formhohlraum hinein, wenn es eingespritzt wird, fühlt, die
Steuereinheit 42 das Ventil 46 und ermöglicht,
dass Gas von dem Reservoir mit festgelegtem Volumen oder der Kammer 40 in
das Kunststoffmaterial hinein eingespritzt wird. Dies ist in dem
Kasten 76 dargestellt. Das Gas von dem Reservoir mit festgelegtem
Volumen tritt in das Kunststoffmaterial unter einem im Wesentlichen
niedrigen Druck ein, nur die Reibung der Wand der Form und ein leichtes
Abkühlen
des Kunststoffes überwindend.
Dies bildet eine anfängliche,
hohle Kammer oder einen leeren Raum in dem Kunststoffmaterial und
verhindert, dass Kunststoff durch das Kunststoffmaterial hindurch
in den Formhohlraum hineinführt
oder „aufplatzt".
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Wenn
das gesamte Gas von dem Reservoir 40 mit festgelegtem Volumen
in die Form eingeführt ist,
wird das Spritzen des Kunststoffmaterials von der Spritzgießmaschine
fortgeführt,
bis die Form vollständig
gefüllt
ist. Dies ist in dem Kasten 78 dargestellt. Vorzugsweise
ist dabei keine Verzögerung oder
Unterbrechung des Einspritzens des Kunststoffs während der Einführung des
Gases von dem Reservoir 40 vorhanden. Anstelle davon wird
das Gas einfach von dem Reservoir eingeführt, während das Kunststoffspritzen stattfindet.
Wenn die Form vollständig
gefüllt
ist, wird zusätzliches
Kunststoffmaterial in den Formhohlraum in einer herkömmlichen
Art und Weise dicht hineingepackt. Dies ist in dem Kasten 80 dargestellt.
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Das
unter Druck gesetzte Gas von der Drucksteuereinheit 32 wird
dann über
den Kanal 33 in das geformte Teil über den Gasstift 24 eingeführt. Das
Einweg-Absperrventil 52 in dem Kanal 48 verhindert,
dass Gas von der Drucksteuereinheit in das Reservoir mit festgelegtem
Volumen hinein gerichtet wird. Die Einführung des unter Druck gesetzten
Gases in das geformte Teil hinein ist in dem Kasten 82 dargestellt.
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Der
volumetrische Zylinder, der das Reservoir 40 mit festgelegtem
Volumen ist, wird dann erneut mit Gas von der Drucksteuereinheit
gefüllt.
Die Steuereinheit 42 schließt das Ventil 46 und öffnet das Ventil 44,
was ermöglicht,
dass die Drucksteuereinheit das Reservoir mit festgelegtem Volumen
füllt und ein
vorab eingestelltes Volumen des Gases für den nächsten Zyklus einrichtet. Dies
ist in dem Kasten 84 dargestellt.
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Wenn
einmal das Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum ausreichend gekühlt und
verfestigt ist, wird das Gas entlüftet oder von dem Formhohlraum abgelassen.
Dies ist in dem Kasten 86 dargestellt. Das Gas kann von
dem Formhohlraum in irgendeiner herkömmlichen Art und Weise abgelassen
werden, wie beispielsweise zurück über den
Gasstift 24 abgelassen oder entleert werden.
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Die
Form wird dann geöffnet,
wie dies in dem Kasten 88 dargestellt ist, und das Teil
wird von dem Formhohlraum ausgeworfen, wie dies in dem Kasten 90 dargestellt
ist. Das Teil wird von dem Formhohlraum in einer herkömmlichen
Art und Weise ausgeworfen, wie beispielsweise durch die Verwendung von
einem oder mehreren Auswurfstift(en) (nicht dargestellt). Danach
wird der Kunststoffspritzgießzyklus wiederholt,
wie dies in dem Kasten 92 dargestellt ist. An diesem Punkt
ist das Reservoir 40 mit festgelegtem Volumen wiederbefüllt worden
und die Form 12 ist erneut geschlossen worden, so dass
der Kunststoffspritzgießvorgang
erneut eingeleitet werden kann.
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Die
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
und des Verfahrens, wie sie vorstehend beschrieben ist, ist schematisch
in den 3A–3E dargestellt.
In diesen Figuren ist ein Teil des Formhohlraums 14 dargestellt,
zusammen mit einer Kartentasche 18 und einem zugeordneten Rippenelement 20.
Das Kunststoffmaterial, das in den Formhohlraum von der Spritzgießmaschine
eingespritzt ist, ist schematisch mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet,
das Gas, das in den Formhohlraum durch einen Gasstift eingeführt ist,
ist schematisch mit dem Bezugszeichen 102 bezeichnet, und
das Thermoelement, das angrenzend in dem Gasstift positioniert ist,
ist schematisch mit dem Bezugszeichen 104 bezeichnet.
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Wie
in 3A dargestellt ist, wird, nachdem die Form geschlossen
ist, das Einspritzen des Kunststoffmaterials 120 eingeleitet.
Das Kunststoffmaterial 120 füllt zu Anfang einen Teil des
Kartentaschenbereichs in dem Formhohlraum, wie dies dargestellt
ist. Danach ist, wie in 3B dargestellt
ist, die Temperatur des Kunststoffmaterials 120 durch das
Thermoelement 104 ausgelesen worden, und das Gas von dem
Reservoir mit festgelegtem Volumen ist in das Rippenelement 20 eingespritzt
worden. Der hohle Bereich in dem Kunststoffmaterial in dem Rippenelement,
gebildet durch das Gas von dem Reservoir mit festgelegtem Volumen,
ist mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet.
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Wenn
zusätzliches
Kunststoffmaterial 120' in den
Formhohlraum durch die Spritzgießmaschine hineingedrückt wird,
expandiert Gas von dem Reservoir mit festgelegtem Volumen, das den
anfänglichen,
hohlen Bereich 110 bildet, so, wie dies dargestellt ist,
um einen größeren, hohlen
Raum 110' zu bilden.
Dies ist in 3C dargestellt.
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Danach
bildet, wenn das Kunststoffmaterial vollständig den Formhohlraum 14 füllt, der
die Türverkleidungsplatte 16 bildet,
und die Bildung der Kartentasche 18 abschließt, wie
dies in 3D dargestellt ist, der hohle
Bereich 110'' den erwünschten hohlen
Raum mit vollständiger
Länge in
dem Rippenelement. Das Kunststoffmaterial wird dann in den Formhohlraum
dicht hineingepackt, was vollständig die
Türverkleidungskomponente 16 bildet
und füllt.
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Abschließend wird,
wie in 3E dargestellt ist, das unter
Druck gesetzte Gas über
den Gasstift von der Drucksteuereinheit 32 eingespritzt,
was den Druck des Gases in der hohlen Kammer 110'' erhöht. Dies drückt das Kunststoffmaterial
gegen die Wände des
Formhohlraums in dem Bereich des Rippenelements 20.
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Der
primäre
Zweck des Temperaturfühlers
ist derjenige, die Strömung
aus geschmolzenem Kunststoff in dem Formhohlraum zu erfassen. Der
Fühler ist
so positioniert und kalibriert, dass ein ausreichendes Volumen aus
Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum vorhanden ist, so dass Gas
von dem hohlen Raum mit festgelegtem Volumen in das Kunststoffmaterial
in einer ungestörten
und ununterbrochenen Art und Weise eintreten kann, und nicht über die Schmelzenfront „herausgeblasen" wird. Dies stellt auch
sicher, dass dort nicht irgendwelche Unterbrechungsmarkierungen
an dem geformten Produkt vorhanden sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es auch möglich,
andere Typen von Fühlvorrichtungen zu
verwenden, um den Fluss aus Kunststoffmaterial zu fühlen und
das Einspritzen des Gases mit festgelegtem Volumen einzuleiten.
Zum Beispiel könnten faseroptische
Sensoren oder Spiegel verwendet werden. Irgendein Teil davon könnte in
dem Formhohlraum positioniert werden und könnte in dem Steuersystem verwendet
werden, um die Freigabe des ersten Gasvolumens auszulösen. Falls
ein faseroptisches Element verwendet wird, sollte es bündig mit der
Oberfläche
des Formhohlraums oder oberhalb davon positioniert sein, um das
Vorhandensein des Kunststoffmaterials zu erfassen.
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Mit
dem ersten Gasvolumen, das von dem Reservoir oder der Kammer mit
festgelegtem Volumen zugeführt
wird, wird sich der Gasdruck in dem hohlen, leeren Raum, gebildet
in dem Kunststoffmaterial, verringern, wenn das Gas eingespritzt
wird und in dem Kunststoffmaterial enthalten ist. Dies beseitigt die
Möglichkeit,
dass das Gas über
den eingespritzten Kunststoff hinausführt, wenn es eingespritzt wird, und
ein Abblasen verursacht.
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Eine
Ausführungsform
eines, Gasstiftelements und eines zugeordneten Thermoelements, in dem
das Thermoelement nicht innerhalb des Gasstifts integriert ist,
ist in 4 dargestellt. Das Gasstiftelement 24A ist
in einer Bohrung oder einem hohlen Raum 130 in der Form 12 positioniert.
Das Gasstiftelement 24 umfasst ein äußeres Schaftelement oder Gehäuseelement 132 und
ein inneres Schaftelement 134. Das Schaftelement 134 ist
in dem äußeren Gehäuseelement 132 durch
passende Gewindeelemente 136 befestigt. Das obere Ende 132A des Gehäuseelements 132 und
das obere Ende 134A des Schaftelements 134 sind
so maschinell bearbeitet, um eine kleine, ringförmige Öffnung D, wie dies in 4B dargestellt
ist, zu bilden. Die Öffnung
D ermöglicht,
dass Gas in den Formhohlraum 14 eingespritzt werden kann,
ist allerdings zu klein, um zuzulassen, dass Kunststoffmaterial
zurück
in den Gasstift eintritt.
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Das äußere Gehäuseelement 132,
das vorzugsweise zylindrisch ist, ist in einem Einsatz oder einem
Buchsenelement 138 durch eine Reihe von passenden Gewindeelementen 142 aufgenommen
und befestigt. Dichtungselemente, wie beispielsweise ein O-Ring-Element 144,
werden dazu verwendet, das Gasstiftelement 124 in dem Einsatzelement 138 abzudichten.
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Ein
Thermoelement 60 ist in einer Bohrung oder einem Kanal 150 in
dem Einsatzelement 138 positioniert. Das Thermoelement 60 ist
vorzugsweise angrenzend an das Gasstiftelement 24, ebenso
wie angrenzend zu dem Eintritt des Kunststoffmaterials in den Formhohlraum,
positioniert, um effektiv die Temperatur der Schmelzenfront zu erfassen
und die Freigabe des Gases mit niedrigem Druck von dem Reservoir 40 mit
festgelegtem Volumen auszulösen.
In dieser Hinsicht kann das Thermoelement 60 unter irgendeinem
erwünschten
oder akzeptierbaren Abstand 152 von der Oberfläche des
Formhohlraums 14 positioniert sein. Der Abstand 152 wird
in Abhängigkeit
von vielen Faktoren ausgewählt,
wie beispielsweise dem Typ des Kunststoffmaterials, das verwendet
wird, der Form des Teils, der Größe des Formhohlraums
und des hohlen Bereichs, und dergleichen. Das Thermoelement ist
durch eine geeignete elektrische Leitung oder einen Draht 154 mit
der Steuereinheit 42 verbunden.
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Um
zu ermöglichen,
dass Gas von der Leitung oder dem Kanal 33 durch das äußere Gehäuseelement 132 und
um das innere Schaftelement 134 hindurchfährt, ist
bzw. sind eine oder mehrere Öffnungen)
oder „Abflachungen" 160 an
dem unteren Ende 134B des Schaftelements 134 vorgesehen. Dies
ist in 4A dargestellt.
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Um
zu ermöglichen,
dass das Thermoelement 60 genau relativ zu der Oberfläche des
Formhohlraums für
verschiedene Teile und Materialien positioniert werden kann, ist
es möglich,
einen Mechanismus vorzusehen, der eine Bewegung des Thermoelements
in seinem Kanal oder seiner Bohrung zulässt. Dies ist in 5 dargestellt.
Das Thermoelement 160 ist in einer Bohrung oder einem hohlen Raum 162 positioniert
und ist durch einen Mechanismus 164 in der Richtung der
Pfeile 166 bewegbar. Die Oberfläche des Formhohlraums ist mit
dem Bezugszeichen 14' bezeichnet.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in den 6 und 7 dargestellt.
In dieser Ausführungsform 175 ist
ein Thermoelement 180 als Teil des Gasstiftelements 182 vorhanden.
Das Gasstiftelement 182 ist in der Form 184 so
positioniert, dass sein oberes Ende 182A in den Formhohlraum 186 hinein
vorsteht. Gas wird in das Gasstiftelement 182 über einen
Kanal oder eine Leitung 188 eingeführt.
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In
der Ausführungsform 175,
dargestellt in 6, wird das Kunststoffmaterial 190 von
der Spritzgießmaschinendüse 192 in
den Formhohlraum 186 über
einen Angusskanal 194 hinein eingespritzt. Kunststoffmaterial
in dem Formhohlraum ist in 7 dargestellt
und ist mit dem Bezugszeichen 190' bezeichnet.
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In
der Ausführungsform,
die in den 6 und 7 dargestellt
ist, kann das Gasstiftelement aus einem modifizierten Ejektorstiftmechanismus
gebildet sein.
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Durch
Verwendung eines Zylinders mit vorgefülltem Volumen an Gas mit einem
Strömungssteuer-
und einem Absperrventil in Verbindung mit einem Thermoelement (oder
einer anderen Temperaturfühlvorrichtung),
angeordnet in der Form, wird das Kunststoffmaterial von dem dickeren
Abschnitt des Formhohlraums in die nominale Wand ohne eine Gaseindringung
in die nominale Wand hinein verschoben. Das Volumensteuersystem
ist von dem Drucksteuersystem durch eines oder mehrere Absperrventile)
getrennt.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte verständlich werden, dass die spezifischen
Mechanismen, Verfahren und Vorgänge, die
beschrieben worden sind, nur erläuternd
für die Prinzipien
der Erfindung sind, wobei allerdings zahlreiche Modifikationen in
Bezug auf die Verfahren und die Vorrichtungen, die beschrieben sind,
vorgenommen werden können,
ohne den Gedanken und den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert ist, zu verlassen.