DE102005020038B4

DE102005020038B4 - Verfahren zur Herstellung eines spritzgegossenen hohlen Teils

Info

Publication number: DE102005020038B4
Application number: DE102005020038A
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Canton Holmann; James W. Brooksville Hendry
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2025-04-30
Also published as: GB0507546D0; GB2413521A; DE102005020038A1; US7320765B2; GB2413521B; US20050242475A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines spritzgegossenen hohlen Teils in einem Formhohlraum (14, 186), das folgende Schritte aufweist:
Einfüllen eines ersten Gasvolumens in ein Reservoir (40) mit festgelegtem Volumen; Einführen eines ersten Teilvolumens aus Kunststoffmaterial (100, 190) in den Formhohlraum (14, 186) hinein;
Bestimmen der Temperatur des Kunststoffmaterials in dem Formhohlraum (14, 186) durch eine in eine Gasdüse (24, 182) eingebaute Temperaturmesseinrichtung (60, 180);
Einführen des ersten Gasvolumens in das erste Volumen des Kunststoffmaterials hinein, wenn die Temperatur des Kunststoffmaterials einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei das erste Gasvolumen einen hohlen Raum (110) in dem Kunststoffmaterial bildet;
weiteres Füllen des Formhohlraums (14, 186) mit Kunststoffmaterial;
Einspritzen eines zweiten Gasvolumens in den hohlen Raum (110) hinein in das Kunststoffmaterial;
Abkühlen des Kunststoffmaterials;
Entlüften mindestens des zweiten Gasvolumens aus dem Kunststoffmaterial; und
Entformen des gekühlten Kunststoffmaterials aus dem Formhohlraum (14, 186).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines spritzgegossenen Teils nach den Patentansprüchen 1, 6 und 11.
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 Formelement(e) zirkuliert. Wenn das Teil ausreichend gehärtet ist, wird die Form geöffnet und das Teil wird entnommen, typischerweise durch einen oder mehrere Auswurfstift(e).
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.
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 Rippenelement(e) 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.
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.
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 erfordem 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.

Aus der DE 39 91 547 C2 geht ein vergleichsweise einfaches Verfahren zum Spritzgießen hohler Kunststoffgegenstände hervor, bei dem lediglich das zum Ausbilden des Hohlraums eingesetzte Druckgas zurückgewonnen werden soll.

Ein ebenso einfaches Verfahren und eine entsprechende Spritzvorrichtung gehen aus der DE 692 15 361 T3 hervor. Die Steuerung der Gasinjektion in den Formhohlraum erfolgt dort in Abhängigkeit von der seit dem Einspritzen des Kunststoffes verstrichenen Zeitspanne.

Ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zum Spritzgießen werden in der DE 44 02 818 A1 beschrieben. Die dort verwendete Gasinjektionsdüse ist vergleichsweise simpel aufgebaut, weist jedoch auf ihrer Außenseite einen Temperatursensor auf. Bei einer Kollision mit den übrigen Komponenten der Spritzgießvorrichtung kann der Temperatursensor leicht beschädigt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, gasunterstütztes Spritzgießverfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffteilen und Komponenten zu schaffen, in denen ein sekundärer, hohler Raum nicht erforderlich ist und
wobei die Auslösung der Gasinjektion unabhängig ist von Zeit-Abstand oder Druck. 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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 bzw. durch eine Gasdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Aufgabe der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung 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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

Mit der 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.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das die Elemente einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
3A–3E stellen Schritte bei der Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar.
4 stellt die Verwendung eines Gasstifts und eines zugeordneten Thermoelements gemäß einem dazu in Bezug stehenden Verfahren und System dar.
4A und 4B zeigen Querschnitte des Gasstiftelements, dargestellt in 4, wobei die Querschnitte entlang von Linien AA und BB, jeweils, vorgenommen sind.
5 stellt einen alternativen Thermoelement-Mechanismus dar.
6 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines bevorzugten Gasstifts zur Verwendung mit der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die 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 Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Die Vorrichtung 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 Innentürverkleidungsplatte 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.
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.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Gasstiftelements ist in den 6 und 7 dargestellt. Das Gasstiftelement bzw. die Gasdüse 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.
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.
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.
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.
Die Vorrichtung 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.
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.
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.
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".
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.
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.
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.
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.
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.
Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß der 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.
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.
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.
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.
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.
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 Öffnung(en) oder „Abflachungen" 160 an dem unteren Ende 134B des Schaftelements 134 vorgesehen. Dies ist in 4A dargestellt.
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.
Eine bevorzugte Ausführungsform der 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.
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.
In der Ausführungsform, die in den 6 und 7 dargestellt ist, kann das Gasstiftelement aus einem modifizierten Ejektorstiftmechanismus gebildet sein.
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 Absperrventil(e) getrennt.
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.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines spritzgegossenen hohlen Teils in einem Formhohlraum (14, 186), das folgende Schritte aufweist: Einfüllen eines ersten Gasvolumens in ein Reservoir (40) mit festgelegtem Volumen; Einführen eines ersten Teilvolumens aus Kunststoffmaterial (100, 190) in den Formhohlraum (14, 186) hinein; Bestimmen der Temperatur des Kunststoffmaterials in dem Formhohlraum (14, 186) durch eine in eine Gasdüse (24, 182) eingebaute Temperaturmesseinrichtung (60, 180); Einführen des ersten Gasvolumens in das erste Volumen des Kunststoffmaterials hinein, wenn die Temperatur des Kunststoffmaterials einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei das erste Gasvolumen einen hohlen Raum (110) in dem Kunststoffmaterial bildet; weiteres Füllen des Formhohlraums (14, 186) mit Kunststoffmaterial; Einspritzen eines zweiten Gasvolumens in den hohlen Raum (110) hinein in das Kunststoffmaterial; Abkühlen des Kunststoffmaterials; Entlüften mindestens des zweiten Gasvolumens aus dem Kunststoffmaterial; und Entformen des gekühlten Kunststoffmaterials aus dem Formhohlraum (14, 186).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Gasvolumen einen ersten Druck aufweist und das zweite Gasvolumen einen zweiten Druck aufweist, wobei der erste Druck geringer als der zweite Druck ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Druck so gering ist, dass das Gas nicht durch das Kunststoffmaterial im Formhohlraum (14, 186) hindurch bricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einführen des ersten Gasvolumens in das Kunststoffmaterial hinein durch Betätigen eines ersten Ventilmechanismus (46) ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt eines Variierens der Position der Temperaturfühlvorrichtung (60, 180) relativ zu dem Formhohlraum (14, 186) umfasst.
Vorrichtung zur Herstellung eines spritzgegossenen hohlen Teils in einer Form (12) durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Gasdüse (24, 182), positioniert in der Form (12); eine Messvorrichtung, positioniert in der Gasdüse (24, 182) zum Ermitteln des Vorhandenseins von Kunststoffmaterial im Formhohlraum; ein Gasreservoir (40) mit festgelegtem Volumen zur Bereitstellung eines ersten in das Kunststoffmaterial einzuführenden Gasvolumens, eine Steuereinheit (42) zum Steuern der Zufuhr des ersten Gasvolumens in den Formhohlraum (14, 186); eine Gaszuführeinrichtung (30) zur Zuführung eines zweiten Gasvolumens in das Kunststoffmaterial hinein; und eine Steuereinheit (32) in einer Gaszuleitung (33) für ein zweites Gasvolumen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Messvorrichtung (60, 180) ein Thermoelement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Gasdüse (24, 182) ein äußeres Gehäuseelement (132) und ein inneres Schaftelement (134) aufweist, und wobei die Messvorrichtung (60, 180) in dem inneren Schaftelement (134) positioniert ist.
System nach Anspruch 6, wobei die Messvorrichtung (60, 180) ein faseroptisches Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Messvorrichtung (60, 180) eine Temperaturmessvorrichtung ist und die Temperatur des Kunststoffmaterials misst.
Gasdüse (24, 182), die ein äußeres Gehäuseelement (132) und ein inneres Schaftelement (134) aufweist, wobei das Schaftelement (134) innerhalb des Gehäuseelements (132) positioniert ist, wobei die Außendimension eines ersten Endes (134A) des inneren Schaftelements und die Innendimension eines entsprechenden ersten Endes (132A) des Gehäuseelements eine Gasdurchgangsöffnung (D) erzeugen, und eine Messvorrichtung (60, 180), positioniert in dem ersten Ende (134A) des Schaftelements.
Gasdüse nach Anspruch 11, wobei die Messvorrichtung (60, 180) ein Thermoelement ist und die Temperatur des Kunststoffmaterials misst.
Gasdüse nach Anspruch 11, wobei die Messvorrichtung (60, 180) ein faseroptisches Element ist.