DE102005052997A1

DE102005052997A1 - Prozeßsteuerung für Gas-unterstützte Spritzgußanwendungen

Info

Publication number: DE102005052997A1
Application number: DE102005052997A
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Canton Homann; James Brooksville Hendry
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2006-05-24
Also published as: US20060097418A1; US7255818B2; GB0522551D0; GB2419843A; GB2419843B

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Fluid-unterstützten Spritzgußverfahrens zur Herstellung eines gegossenen Kunststoffgegenstandes. Das Fluid kann Gas, Wasser oder ein anderes Fluid sein. Ein oder mehrere Druckwandler sind in der Formkavität positioniert und erzeugen Signale, um das Einleiten des Druckfluids, das Verdichten des Materials in der Form und/oder das Umschalten von der Verdichtungsphase zu der Haltephase zu steuern. Die Wandler können an oder nahe dem Einguß oder Vor-Einguß, an oder nahe dem Fluidkanalbereich und/oder an oder nahe dem Ende des Füllbereichs positioniert sein.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Gas-unterstützte Kunststoffspritzgußsysteme und spezieller die Steuerung von Gas-unterstützten Kunststoffspritzgußsystemen und -prozessen.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt zahlreiche bekannte Systeme für das Kunststoffspritzgießen. Bei herkömmlichen Kunststoffspritzgußsystemen werden Kunststoffpellets in einer Spritzgußmaschine geschmolzen und durch einen Schneckenkolben in einen Formhohlraum vorgeschoben. Der Formhohlraum ist zwischen zwei Formhälften gebildet (ein Kernbauteil und ein Hohlraumbauteil), typischerweise durch eine oder mehrere Eingußbuchsen, eine Leitung und/oder ein Heißeingußkanalsystem. Die zwei Hälften der Form werden verspannt, typischerweise unter hohem Druck, und der Kunststoff wird in den Formhohlraum eingespritzt, in den meisten Fällen unter einem beträchtlichen Druck. Das geschmolzene Kunststoffmaterial in dem Hohlraum kühlt ab und erhärtet in dem Hohlraum, typischerweise durch ein Kühlsystem, das ein Kühlfluid durch eines oder mehrere der Formelemente zirkuliert. Wenn das Teil ausreichend erhärtet ist, wird die Form geöffnet, und das Teil wird typischerweise durch einen oder mehrere Ausstoßstifte entfernt.

Einige der bekannten Systeme verwenden ein Gas bei dem Spritzgußprozeß und sind allgemein als „Gas-unterstützte Spritzguß"-Systeme bekannt. Bei diesen Systemen wird das Gas durch die Kunststoffeinspritzdüse selbst in das geschmolzene Kunststoffmaterial injiziert, oder durch einen oder mehrere Stiftmechanismen, die strategisch in der Form positioniert sind, Eingußbuchsen, Leitung und/oder Eingußkanalsysteme. Es ist auch möglich, das Gas direkt in den geschmolzenen Kunststoff in der Trommel der Spritzgußmaschine zu injizieren. Das Gas, das typischerweise ein inertes Gas wie Stickgas ist, wird unter Druck eingeblasen und bildet eine oder mehrere Hohlräume oder Kanäle in dem gegossenen Teil. Die Vorteile der Gas-unterstützten Spritzgußprozesse sind bekannt und enthalten Kostenersparnisse durch die Verwendung von weniger Kunststoffmaterial, die Herstellung von Teilen, die ein geringeres Gewicht haben, die Herstellung von Teilen auf eine schnellere Weise und die Herstellung von Teilen, die bessere Flächenabgrenzungen und Oberflächenzustände haben. Ein anderes Kunststoffspritzgußsystem, das Gas verwendet, bläst das Gas in den Formhohlraum entlang einer oder beider Außenflächen des gegossenen Teils ein. Das Druckgas zwängt den Kunststoff gegen die gegenüberliegende Fläche oder Flächen des Formhohlraums und formt ein Teil mit besseren Oberflächeneigenschaften an den Erscheinungsflächen.

Ein bestimmtes Gas-unterstütztes Spritzgußsystem verwendet eine verbindende Überlaufkavität, die mit dem Formhohlraum gekoppelt ist. Ein solches System ist beispielsweise in dem US-Patent 5,098,637 gezeigt. In diesem System wird ein Teil des Kunststoffs aus dem Formhohlraum in die Überlaufkavität verlagert, wenn die Ladung des Druckgases eingeführt wird. Dieses Verfahren hat eine besondere Anwendung bei Tür- und Handgriffen.

Obwohl viele dieser Gas-unterstützten Spritzgußsysteme zufriedenstellend arbeiten und kommerziell akzeptable Kunststoffspritzgußteile und -komponenten hergestellt haben, gibt es ein Bedürfnis nach verbesserten Systemen und Verfahren und insbesondere nach solchen, die keine Überlaufkavitäten verwenden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes „Gasunterstütztes Spritzguß"-System- und Verfahren anzugeben. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gas-unterstütztes Spritzgusverfahren und System zur Herstellung von Kunststoffteilen und -komponenten anzugeben, bei denen eine Überlaufkavität nicht verwendet wird oder erforderlich ist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gas-unterstütztes Spritzgußsystem und -verfahren anzugeben, bei denen die Menge des in die Form eingespritzten Kunststoffs und die Drücke des eingeblasenen Gases gesteuert sind. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gas-unterstütztes Spritzgußsystem und -verfahren anzugeben, bei denen die Gasdrücke in der Form auf bestimmte Arten gesteuert werden, um ein zufriedenstellendes Produkt auf eine verbesserte und vorteilhafte Weise bereit zu stellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Form vorgesehen, die einen Hohlraum hat, der zum Spritzgießen geeignet ist. Ein Kunststoffmaterialverteilungssystem ist eingeschlossen zum Fördern des geschmolzenen Kunststoffs zu einer Eintrittsöffnung oder einem Einguß in den Hohlraum. In vielen Fällen hat der Hohlraum einen dicken Querschnitt, der zwischen dem Einguß und dem letzten Punkt in dem Hohlraum liegt, um mit Kunststoff zu füllen, wobei der dicke Querschnitt in dem Bereich liegt, dessen geschmolzenes Inneres durch ein unter Druck stehendes Gas evakuiert wird.

Ein oder mehrere Druckwandler sind in der Form oder Kavität angeordnet. Die Druckwandler messen den Kavitätsdruck an verschiedenen Punkten bei dem Spritzgußprozeß und werden verwendet, um beispielsweise die Einleitung der Gasinjektion, das Verdichten des Materials in der Form und den Punkt zu steuern, an dem das Verfahren von der Verdichtungsphase in die Haltedruckphase umschaltet, und/oder die Entlüftung des Gases.

Die Druckwandler können nahe dem Kunststoffeintrittspunkt oder Einguß oder den dickeren Querschnitten benachbart positioniert sein, die von dem Gas entkernt werden. Die Wandler können auch nahe dem Ende des Füllbereichs des Formhohlraums zum Zwecke der Überwachung des Prozesses installiert sein.

Dieser Wandler ist bevorzugt zwischen dem dickeren Querschnitt des gegossenen Teils und dem Ende der Füllkavität angeordnet.

Der Druckwandler kann auch in einer Vor-Eingußposition angeordnet sein, wenn ein Sub-Eingußkanal in dem System verwendet wird.

Die Gasinjektion in das Kunststoffmaterial in der Form wird bevorzugt durch einen festgesetzten Druck eingeleitet. Dieser Druck wird beibehalten, bis die Gasinjektion beendet ist. In einer Ausführungsform steigt der Kavitätsdruck weiterhin zunehmend an, wenn das Kunststoffmaterial schrumpft. Das Gas kann auch aus dem Inneren des Kanals an diesem Punkt entlüftet werden. Es ist auch möglich, den Kavitätsdruck auf ein bestimmtes Niveau abklingen zu lassen, um das Entlüften des Gasdrucks zu verzögern.

In einer anderen Ausführungsform kann der Gasdruck auf eine ansteigende oder absinkende Weise profiliert sein, wenn es injiziert wird. Prozeßtimer oder andere Arten der Steuerung der Vorgänge in dem Prozeß können bei dieser Ausführungsform erforderlich sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Druckwandler vorgesehen, einer an oder nahe dem Einguß, einer an oder auf dem Gaskanalbereich und einer an dem Ende des Füllbereichs. Andere Verfahren oder Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung können einen einzigen Wandler oder ein Paar Wandler verwenden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kunststoff in den Formhohlraum eingespritzt und füllt diesen mit Ausnahme eines hohlen Querschnitts oder Querschnitte, wo das Gas injiziert wird oder innerhalb des Produktes verbleibt. Wenn der Kunststoff vollständig in den Formhohlraum injiziert worden ist und der Gasdruck in den hohlen Abschnitten in dem Teil entlüftet oder ausgelassen worden ist, darf das Kunststoffmaterial erhärten oder kühlt ausreichend ab, so daß es selbst-tragend wird. An diesem Punkt wird die Form geöffnet und das Teil wird aus der Form entfernt. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Ausstoßstifte verwendet, um das Entfernen des Teils aus der Form zu unterstützen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein gegossenes Kunststoffteil bereit, das verbesserte Oberflächeneigenschaften hat, das auf kommerziell akzeptable Weise hergestellt und produziert werden kann und das keine Überlaufkavitäten oder Reservoirs verwendet. Mit der vorliegenden Erfindung sind Zeitglieder und Linearpositionserfassung nicht erforderlich. Die vorliegende Erfindung minimiert oder eliminiert Unbeständigkeiten in dem Gas-unterstützten Spritzgußprozeß, wobei solche Unbeständigkeiten typischerweise durch das Volumen des Kunststoffs in dem Hohlraum, die Länge der Gaskanäle in dem Teil und die Restwanddicke hervorgerufen werden.

Weitere Ausführungsformen, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und den angefügten Ansprüchen gesehen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 bis 4 sind schematische Darstellungen von Formhohlräumen, die verschiedene Druckwandlerausführungsformen und -stellen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung verwendet Gas-unterstützte Kunststoffspritzgußtechniken, um ein Kunststoffteil mit kommerziell akzeptabler Qualität zu erzeugen. Das Teil kann produziert oder benutzt werden in einem akzeptablen Zeitzyklus und benötigt oder verwendet keine Überlaufkavitäten.
Kavitätendruckwandler werden verwendet, die den Druck des Gases in der Formkavität an verschiedenen Punkten oder Stufen in dem Gießzyklus oder Prozeß messen. Die Rückmeldung von den Druckwandlern lösen verschiedene Schritte in dem Gießprozeß aus, wie das Einleiten des Druckgases, das Entlüften des Gases, verschiedene Änderungen in dem Gasdruck, wie erforderlich, und/oder die Profilierung des Gases, wie dies für den bestimmten Prozeß erforderlich ist.
Druckwandler, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind herkömmliche kommerziell erhältliche Vorrichtungen und können beispielsweise Kraft, Dehnungsmesser oder piezoelektrisch sein.
Wie bei jedem herkömmlichen Kunststoffspritzgußprozeß wird eine Form mit zwei Hälften verwendet, die, wenn sie geschlossen sind, eine Kavität formen, die für das Spritzgießen geeignet ist. Ein Materialverteilungssystem und eine Spritzgußmaschine werden verwendet, um den geschmolzenen Kunststoff zu einem Eintrittspunkt oder Einguß in die Formkavität zu liefern.
Typischerweise hat das herzustellende Teil einen oder mehrere dicke Querschnitte wie ein Rippenelement, das durch injiziertes Gas als Teil des Prozesses evakuiert oder entkernt wird.
Es versteht sich, daß jeder Typ eines gegossenen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Außerdem kann jeder Typ einer Gasstiftanordnung oder -anordnungen, Ausstoßstiftanordnung oder -anordnungen, Entlüftungsventilmechanismen, Spritzgußmaschinen und Maschinendüsen, bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, solange die Gegenstände und Zwecke der vorliegenden Erfindung getroffen werden. Verschiedene Komponenten dieses Typs liegen im Wissen des Fachmanns des Gebiets. Außerdem kann jeder herkömmlich Typ von Gas oder Gaszufuhrquellen verwendet werden. Das Gas selbst ist bevorzugt ein inertes Gas wie Stickgas. Es ist auch möglich, die vorliegende Erfindung mit einem Wasser-unterstützten Spritzgußverfahren anzuwenden.
Das Gas, Wasser oder andere Fluid für das Gas-unterstützte Spritzgußverfahren kann durch jede konventionelle Weise einschließlich der Maschinendüse vorgesehen sein. Außerdem versteht es sich, daß jede Anzahl von Gasstiftanordnungen bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der Typ der Gaspinanordnung und die Anzahl der verwendeten Anordnungen hängen von der Größe und Gestalt der Formkavität und dem resultierenden Teil oder der herzustellenden Komponente ab. Außerdem kann der Typ des Kunststoffharzes oder -materials, der bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, von jedem herkömmlichen Typ sein. Der Typ des Kunststoffs hängt typischerweise von dem herzustellenden Teil und seinen Anwendungen sowie von den Spezifikationen für das sich ergebende Produkt ab.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Kavitätsdruckwandler nahe dem Kunststoffeintrittspunkt oder Einguß der Formkavität positioniert. Dies ist in 3 gezeigt, wo der Druckwandler mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und nahe dem Eingußelement 12 der Formkavität 8 positioniert ist. Für praktische Zwecke ist der Wandler 10 an dem Eingußbereich angeordnet, jedoch ist dies nicht auf diesen Bereich beschränkt. Es ist bevorzugt, daß der Druckwandler in dem Bereich zwischen dem dickeren Querschnitt des gegossenen Teils positioniert ist, der später durch das Gas und den Anguß 12 entkernt wird. Beispielsweise kann der Druckwandler an Punkt 10a oder 10b oder 10c angeordnet sein. Es wird jedoch angenommen, daß eine höhere Genauigkeit und größere Steuerung leichter zu erreichen sind, wenn der Druckwandler näher an dem Eingußbereich angeordnet ist.
Der Wandler könnte auch in einer Vor-Eingußposition angeordnet sein, vor dem Eintritt in die Formkavität. Der Wandler könnte beispielsweise in einem Sub-Eingußkanal in der Spritzgußmaschine oder in einer Heißeingußkanaldüse angeordnet sein.
Es ist auch möglich, einen zweiten Wandler 14 an oder auf dem dickeren Querschnitt in der Formkavität vorzusehen, der durch den Gasinjektionsprozeß entkernt wird. Dies ist in 4 gezeigt. Der Druckwandler 14 kann die „Aus"-Funktion der Gasinjektion steuern sowie die Entlüftungsfunktion des Gases von dem Inneren des dicken Querschnitts, nachdem die Gasinjektion beendet ist. Der Druckwandler 14 kann auch verwendet werden, um die Einleitung der Gasinjektion zu steuern, vorausgesetzt, daß in diesem Bereich Kavitätsdruck vorhanden ist, wenn es gewünscht ist, das Gas „ein" zu schalten.
Ein zusätzlicher Druckwandler 16 kann nahe dem Ende 18 des Füllbereichs der Formkavität zum Zwecke der Überwachung des Prozesses positioniert werden. Dies ist in den 3 und 4 gezeigt. Obwohl der Wandler 16 näher zu dem Ende der Füllkavität zur Genauigkeit angeordnet werden kann, kann er auch irgendwo zwischen dem dicken Querschnitt und dem Ende der Füllkavität angeordnet werden.
Die Wandler senden elektrische Signale an eine Fluidsteuereinrichtung, die typischerweise am nächsten zu der Spritzgußmaschine positioniert ist. Wenn Gas verwendet wird, wird das Gas von der Gasquelle, wie einem Stickgasgenerator, Flasche, Reihe von Flaschen oder Verstärker (Zusatzmaschine) oder dergleichen durch die Steuereinrichtung geliefert. Wenn Wasser geliefert wird, kann die Flüssigkeit durch jede konventionelle Quelle geliefert werden. Die Steuereinrichtung ihrerseits ist angeordnet, um das Fluid zu injizieren, zu profilieren und aus der Formkavität entsprechend den Besonderheiten des Prozesses zu ventilieren, wie dies erforderlich ist, um das Teil herzustellen. Die Steuereinrichtung kann von jedem herkömmlichen Typ sein, wie solche, die von Cinpres, Alliance oder Epcon geliefert werden. Beide Wandler 14 und 16 können verwendet werden, um den Fluidinjektionsprozeß einzuleiten, vorausgesetzt, daß der Kavitätsdruck in einer Höhe vorhanden ist, der zu Steuerzwecken geeignet ist. In dieser Hinsicht wird vorweggenommen, daß während der Verdichtungsphase die Höhe des Kavitätsdrucks, der in diesen Bereichen herrscht, relativ gering ist. Als ein Ergebnis hängt die Verwendung dieser Stellen zur Erzeugung eines Steuersignals für die Gasinjektion von einer Empfindlichkeit und Teilung des Wandlers ab, da er sich auf die Höhe des Kavitätsdrucks bezieht, der vorhanden ist.
Wenn der Kunststoff beginnt, die Formkavität zu füllen, wird ein zunehmender Anstieg des Kavitätsdrucks in dem Eingußbereich erfaßt. Wenn die Kavität gefüllt ist, wird die Gießmaschine von der Hochdruckfüllstufe zu einer Verdichtungsphase geringer Geschwindigkeit umgeschaltet. Während der Verdichtungsphase gibt es einen scharfen Anstieg in dem Kavitätsdruck, da zusätzliches Material unter Druck in die Formkavität gezwängt wird. Es kann auch einen leichten fortschreitenden Anstieg des Kavitätsdrucks an dem dickeren Querschnitt und ebenfalls an dem Ende der Füllkavität an dem Wandler 16 geben. Dies ist durch die tatsächliche Lage des Wandlers bestimmt sowie durch die Höhe des Kavitätsdrucks, der an dieser Stelle während des Verdichtens herrscht. Kavitätsdruck wird nicht an dem extremen Ende des Füllens vorhanden sein, bis die Kavität vollständig gefüllt ist. Die Druckhöhen in der Kavität, wie sie von den Wandlern aufgenommen werden, werden als elektrische Signale zu einer Gassteuereinrichtung rückgeführt, die dann den Strom des Gases wie gewünscht einleiten, ändern oder stoppen kann.
Wenn der Kavitätsdruck an der gewählten Stelle die gewünschte Höhe erreicht, wird von dem Wandler ein Signal erzeugt, das die Injektion des Gases oder anderen Fluids in den dicken Querschnitt des Teils initiiert. Die Steuereinrichtung führt den Druck des Fluids fort und/oder profiliert ihn, das in die Formkavität injiziert wird. Die Verdichtung der Kavität setzt sich mit der gewünschten Höhe des Kavitätsdrucks fort, an welchem Punkt ein Signal erzeugt wird, das die Gießmaschine von der Verdichtungsphase zu der Druckhaltephase umschaltet. Die Haltephase wird über eine vorbestimmte Zeitspanne beibehalten.
In dieser Hinsicht ist es nicht erforderlich, daß die Verdichtung der Kavität durch Steuerung der Geschwindigkeit der Schnecke bewirkt wird. Statt dessen kann die Verdichtung bewirkt werden durch Umschalten von der Geschwindigkeitssteuerung für die Kavitätsfüllung auf einen konstanten Verdichtungsdruck. Es ist auch möglich, die Gießmaschine von der Verdichtungsdruckphase auf die Druckhaltephase durch Verwendung eines Prozeßtimers umzuschalten.
Die Fluidinjektion wird bei einem vorbestimmten festgesetzten Druck eingeleitet, der von den Parametern der Spezifikation für das gegossene Produkt abhängt. Dies ist typischerweise der Fall, nachdem etwa 90 bis 99% des Kunststoffs eingespritzt worden ist. Es ist möglich, die restlichen 10 bis 1 % des Kunststoffmaterials einzuspritzen, nachdem die Fluidinjektion beendet wurde, oder gleichzeitig mit der Fluidinjektion. Der Kavitätendruck an oder nahe dem Fluidkanal wird bei einer Höhe liegen, die nahe dieser Einstellung liegt, aber kann genau den eingestellten Punktwert wiedergeben. Der eingestellte Druck wird beibehalten, bis die Fluidinjektion beendet ist. In einer Ausführungsform wird der Druck an oder nahe dem Fluidkanal fortgeführt, um zunehmend anzusteigen, wenn das umgebende Kunststoffmaterial schrumpft, solange, wie der Druck auf der gewünschten Höhe gehalten wird. Dies macht die Verwendung einer Kavitätsdruckhöheneinstellung möglich, um die Injektion des Fluids zu beenden. An diesem Punkt kann es wünschenswert sein, das Fluid aus dem Inneren des Kanals, der durch das Fluid gebildet ist, zu der Atmosphäre zu entlüften, was zu einem plötzlichen Abfall des Kavitätsdrucks an dieser Stelle führt. Ein zusätzlicher Schritt, der zuläßt, daß der Kavitätsdruck auf ein vorbestimmtes Maß absinkt, kann ebenfalls verwendet werden, um das Entlüften des Fluiddrucks von dem Inneren zu der Atmosphäre zu verzögern.
Es ist auch möglich, den Fluiddruck auf eine ansteigende oder absinkende Weise zu profilieren, wenn dieser injiziert wird. Der Gasdruck kann auch sowohl ansteigend als auch abfallend sein, wie gewünscht wird. Dies kann erfolgen, um die verwendete Gasmenge zu minimieren, aus Gründen der Abmessungen und dergleichen. Die Profilierung des Gases kann oder kann nicht die Beendigung des Gases oder Steuerung des Entlüftens des Gases durch die Verwendung von Kavitätsdruckeinstellpumpen zulassen. Es kann noch erforderlich sein, Prozeßtimer oder andere Arten von Steuerereignissen in den Prozeß in diesen Fällen einzubauen, oder wenn ein Wandler an dieser Stelle nicht verfügbar ist.
Ein Druckgradient existiert von dem Eingußbereich oder Harzeintrittspunkt zu dem letzten Bereich der zu füllenden Form. Der Druckgradient hängt von Faktoren wie Wanddicke, Teilegeometrie, Fließlänge und dergleichen ab. Da der Kavitätsdruck ein Maß des Volumens des Materials ist, das sich in der Kavität befindet, auf der Basis seines Widerstandes zu fließen, sollte der Druck des Gases, wenn es injiziert wird, in einer Höhe sein, die das gewünschte Resultat hervorruft. Es wird erwartet, daß die Höhe größer ist als diejenige des Kavitätsdrucks, der an oder auf dem dickeren Querschnitt des Teils exisitiert. Es wird auch erwartet, daß der Druck bei einer Höhe liegt, die niedriger ist als der Kavitätsdruck an dem Einguß, und höher als der Kavitätsdruck an dem Ende der Fließlänge. Dies hängt von vielen Variablen ab wie Teilegeometrie, Art des Kunstharzes, Stelle des Eingusses, Lage und Dimensionen des dicken Querschnitts.
Ungeachtet der Stelle des Wandlers, der verwendet wird, um die Gasinjektionsphase einzuleiten, liegt der Start der Gasinjektion bevorzugt vor dem Abklingen des Kavitätsdrucks, das beginnt, wenn das Harz zu Schrumpfen beginnt. Dies ist zwischen dem Anfang der Verdichtungsphase und dem Punkt der Fall, an dem der Kavitätsdruck seine Spitze erreicht.
Die Injektion des Gases in das Kunststoffmaterial trägt dazu bei, den Kunststoff in alle Bereich der Form zu zwängen, und erzeugt einen hohlen Querschnitt in dem dickeren Querschnitt des gegossenen Gegenstandes. Das Material, das aus dem dickeren Querschnitt herausgezwängt wird, wird beispielsweise in die nominale Wanddicke des Teils verlagert. Es ist auch möglich, ein bewegbares Element in der Form vorzusehen, das mechanisch oder durch den Gasdruck bewegt wird, um das verlagerte Material von dem dickeren Querschnitt zu verlegen. Außerdem kann ein Signal entweder durch den Kavitätsdruck oder durch die Verwendung von Zeitgliedern erzeugt werden, um einen Vorgang innerhalb der Kavität hervorzurufen, um die Harzverlagerung zu ermöglichen.
Der Haltedruck wird über eine gewünschte Zeitspanne ausgeübt, wie dies durch die Teilespezifikation bestimmt ist, zu welcher Zeit er beendet wird. Die Beendigung des Haltedrucks kann durch die Verwendung von Prozeßzeitgliedern oder Kavtitätsdrucksteuerung hervorgerufen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden drei Wandler verwendet. Einer der Wandler 10 ist nahe dem Einguß 8 positioniert, ein anderer Wandler 14 ist an oder auf dem Gaskanalbereich 15 positioniert, und der andere Wandler 16 ist an dem Ende 18 des Füllbereichs positioniert. Dies ist in 3 gezeigt. Dies führt zu einem zuverlässigen Gas-unterstützten Kunststoffeinspritzverfahren.
2 ist ein Diagramm des Druckes über der Zeit für eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Der hydraulische Injektionsdruck ist durch die Linie 20 angezeigt, der Nach-Eingußkavitätsdruck (CP) ist durch die Linie 22 angezeigt, der Kavitätsdruck an dem Ende der Füllung ist durch die Linie 24 wiedergegeben, und der Gaskanalkavitätsdruck ist durch die gestrichelte Linie 26 gegeben.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Kavität bis zu einem Level gefüllt, der durch eine lineare Position bestimmt ist, an welchem Punkt die Gießmaschine von der Hochdruck/Hochgeschwindigkeitsfüllung auf eine gesteuerte Verdichtung mit geringer Geschwindigkeit umgeschaltet wird. Dies ist ein Punkt A auf der Linie 20 (T₀–T₄). Bei dem gewünschten Kavitätsdruck entweder in dem Nach-Eingußbereich oder dem Ende des Füllbereichs wird das Gas mit einem gewünschten Level (T₄–T₆) injiziert. Dies ist bei Punkt B gezeigt. An diesem Punkt wird Material von dem dickeren Querschnitt des Teils in die nominale Wanddicke des Teils verlagert oder in ein gegossenes Merkmal des Teils, das innerhalb der Kavität erzeugt wird.
Bei dem gewünschten Drucklevel D wird ein Signal erzeugt, und die Gießmaschine wird von der gesteuerten Geschwindigkeit/niedrige Geschwindigkeit-Verdichtungsphase in die Haltedruckphase C umgeschaltet. Die Gasinjektion wird mit einem konstanten Druck fortgesetzt, bis der Kavitätsdruck an oder auf dem Gaskanal den gewünschten Level H erreicht hat, an welchem Punkt der Kavitätsdruck an dieser Stelle auf einen gewünschten Level I abzuklingen beginnt, wenn er zur Atmosphäre entlüftet wird. Der anfängliche Abfall kann nicht erwünscht sein, und somit kann der Gasdruck in der Kavität direkt zu der Atmosphäre entlüftet werden, wenn der gewünschte Level H erreicht ist.
Der Haltedruck wird fortgesetzt, bis er durch einen Prozeßtimer oder durch ein Signal beendet wird, das von einem Ansteigen oder Abfallen des Kavitätsdrucks an der Stelle G hervorgerufen wird. Das Ende des Füllkavitätsdrucks wird entweder zur Erzeugung von Steuerinputs für Prozeßereignisse oder für Überwachungszwecke verwendet.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet nur zwei Wandler, einen an dem Eingußbereich und einen an oder nahe dem Gaskanalbereich. Bei dieser Ausführungsform wird die Kavität bis zu einem Level gefüllt, der durch eine lineare Position an der Gießmaschinenschnecke bestimmt ist, an welchem Punkt die Gießmaschine vom Füllen zu einem Verdichten niedriger Geschwindigkeit mit gesteuerter Schnelligkeit umschaltet. Dies ist wieder Punkt A auf der Linie 20 in 2. Bei dem gewünschten Kavitätsdruck in dem Nach-Eingußbereich wird das Gas mit einem gewünschten Level B injiziert. Dies ist auf der Linie 22 gezeigt. Dies verlagert Material von dem dickeren Querschnitt des Teils und zwängt das verlagerte Material in andere Bereiche. Bei dem gewünschten Level des Kavitätsdrucks, der bei Punkt D auf der Linie 22 gezeigt ist, wird die Gießmaschine von der Verdichtungsphase zu der Haltephase umgeschaltet. Dies ist bei Punkt C auf der Linie 20 gezeigt.
Die Gasinjektion setzt sich fort, bis der gewünschte Kavitätsdruck an oder auf dem Gaskanal erreicht ist. Dies ist Punkt H. An diesem Punkt wird der Kavitätsdruck zu der Atmosphäre entlüftet oder der Druck kann auf den gewünschten Level I absinken, wenn er dann zu der Atmosphäre entlüftet wird. Der Haltedruck setzt sich fort, bis er entweder durch einen Prozeßtimer oder durch ein Signal beendet wird, das von einem Ansteigen oder Absinken des Kavitätsdrucks an irgendeiner Stelle wie der Stelle G erzeugt wird.
Ein anderes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet nur einen einzigen Wandler, der in dem Eingußbereich der Formkavität angeordnet ist. Bei diesem Verfahren wird die Kavität bis zu einem Level gefüllt, der durch eine lineare Position an der Gießmaschinenschnecke begrenzt ist, an welchem Punkt die Gießmaschine von der Füllphase zu der Verdichtungsphase umgeschaltet wird. Bei dem gewünschten Kavitätsdruck in dem Nach-Eingußbereich wird das Gas bei dem gewünschten Level B injiziert. Dies verlagert Material von dem dickeren Querschnitt des Teils in die nominale Wanddicke des Teils oder in ein gegossenes Merkmal des Teils, das innerhalb der Kavität erzeugt wird.
Bei dem gewünschten Level des Kavitätsdrucks D wird die Gießmaschine von der Verdichtungsphase zu der Haltephase C umgeschaltet. Die Gasinjektion wird dann fortgesetzt, bis sie durch einen Prozeßtimer beendet wird. Die Haltephase wird auch fortgesetzt bis sie durch einen Prozeßtimer beendet wird.
Ein noch weiteres Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen einzigen Wandler verwenden, der an oder auf dem Gaskanalbereich angeordnet ist. Dieses Verfahren ist abhängig von dem Kavitätsdruck, der in Höhen vorhanden ist, die geeignet für Kontrollzwecke sind. Bei diesem Verfahren wird die Kavität bis zu einem Level gefüllt, der durch eine lineare Position an der Gießmaschinenschnecke bestimmt ist, an welchem Punkt die Gießmaschine von der Füllphase zu der Verdichtungsphase umgeschaltet wird, die druckkontrolliert ist und einen Prozeßtimer verwendet.
Bei dem gewünschten Kavitätsdruck an oder auf dem Gaskanalbereich wird das Gas mit dem gewünschten Level B injiziert. Dies verlagert Material von dem dickeren Querschnitt des Teil in andere Bereiche. Der Verdichtungsdruck wird über eine feststehende Zeitspanne beibehalten, die von einem Prozeßtimer gesteuert wird, zu welcher Zeit die Gießmaschine entweder die Aufbringung des Injektionsdrucks beendet oder mit einem anderen, niedrigeren Druck für die Haltephase fortsetzt, die ebenfalls von einem Prozeßtimer reguliert wird. Wenn ein zweiter niedriger Druck nicht verwendet wird, was einen zusätzlichen Schritt erfordert, wird der erste Druckschritt zum Verdichten und Halten fortgesetzt.
Die Gasinjektion setzt sich dann fort, bis der gewünschte Kavitätsdruck an oder auf dem Gaskanal erreicht ist (H), an welchem Punkt der Kavitätsdruck zu der Atmosphäre entlüftet wird, oder der Druck kann auf einen gewünschten Level (I) abfallen, wenn er dann zu der Atmosphäre entlüftet wird.
Ein Fließdiagramm, das schematisch die Verfahrensschritte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist in 1 gezeigt und wird allgemein durch das Bezugszeichen 100 bezeichnet. In dem Schritt 110 ist die Form geschlossen und der Schließdruck wird bis zu einem gewünschten, vorbestimmten Level aufgebaut. Danach startet, wie in dem Schritt 120 gezeigt, die Hochdruckinjektion. An diesem Punkt würde die Schmelzefront durch den nominalen Wandquerschnitt vorrücken, und der Kavitätsdruck befindet sich an oder nahe dem Einguß bei einem niedrigen Level.
Danach, wie in Schritt 130 gezeigt, wird die Spritzgußmaschine von der Hochdruckinjektionsphase zu der Verdichtungsphase umgeschaltet. Dies ist die Vorwärtsinjektion mit niedriger Geschwindigkeit. Der Kavitätsdruck an oder nahe dem Eingußbereich des Teils steigt scharf an, wenn der Kunststoff in der Formkavität zusammengedrückt wird. Dies ist in Schritt 140 gezeigt. Wie in Schritt 150 gezeigt ist, startet dann die Gasinjektion bei dem gewünschten Level des Kavitätsdruckanstiegs. Der Gasdruckanstieg wird von einem Druckwandler gemessen und zu der Masterkontrolleinrichtung für das System weitergegeben.
Wenn die Spritzgußmaschine von der Verdichtungsphase zu der Haltephase umschaltet, wobei die Injektionsposition konstant gehalten wird, endet die Kompressionsphase. Dies ist in Schritt 160 gezeigt. Der Gasdruck wird dann konstant gehalten, bis der gewünschte Kavitätsdruck an oder nahe dem Gaskanal erreicht ist. Dies ist in Schritt 170 gezeigt. Der Gasdruck wird von dem gegossenen Gegenstand entlüftet, wie in Schritt 180 gezeigt, und die Spritzgußmaschine schaltet von der Haltephase zu der Ausbringungsphase entsprechend den Eingußdichtungsanforderungen um. Dies ist in Schritt 190 gezeigt. An diesem Punkt ist die Ausbringungsphase beendet. Dies ist in Schritt 200 gezeigt. Wenn der Kunststoff ausreichend gekühlt ist, so daß das Kunststoffgießteil selbsttragend ist, wird die Form geöffnet, wie in Schritt 210 gezeigt, und das Teil wird ausgestoßen. Dies ist in Schritt 220 gezeigt. Danach wird der Zyklus wiederholt, wie in Schritt 230 gezeigt ist.
Während spezielle Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, erkennen Fachleute des Gebiets zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen. Es ist daher beabsichtigt, daß die Erfindung nur gemäß den beigefügten Ansprüchen eingeschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils unter Verwendung eines Fluid-unterstützten Kunststoffspritzgußverfahrens: Vorsehen einer Formkavität in einer Form zur Ausbildung eines gegossenen Kunststoffteils, das wenigstens einen dickeren Querschnitt hat, wobei die Formkavität einen Einguß zum Eintritt von Kunststoffmaterial hat; Positionieren eines ersten Druckwandlers in der Formkavität, wobei der Druckwandler zwischen dem Einguß und dem dickeren Querschnitt positioniert wird; Einspritzen einer Quantität Kunststoffmaterial in die Formkavität, wobei die Quantität kleiner ist als eine Menge, die nötig ist, um die Formkavität vollständig zu füllen; Erfassen einer ersten vor-feststehenden Druckablesung von dem ersten Druckwandler; und Injizieren eines Druckfluids von einer Steuereinrichtung in das Kunststoffmaterial in der Formkavität auf der Basis der Erfassung des vor-feststehenden Drucks, wobei das Druckfluid einen Hohlraum in dem wenigstens einem dickeren Querschnitt der Formkavität bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen der vor-feststehenden Druckablesung ein elektrisches Signal erzeugt, wobei das elektrische Signal zu der Gassteuereinrichtung übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend den Schritt des Verdichtens des Kunststoffmaterials in der Formkavität.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend den Schritt des Haltens des Drucks in der Formkavität über eine vorbestimmte Zeitspanne.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Haltedruck aufrechterhalten wird, bis das Injizieren des Fluids beendet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend die Schritte des Entlüftens des Fluids aus der Formkavität, des Öffnens der Form und des Ausstoßens des Teils aus der Formkavität.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner enthaltend das Zulassen, daß der Druck des Fluids vor dem Entlüften des Fluids aus der Formkavität absinkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck des Fluids, das in die Formkavität injiziert wird, auf eine ansteigende oder abfallende Weise oder beides profiliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend den Schritt der Positionierung eines zweiten Druckwandlers nahe dem dickeren Querschnitt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend den Schritt der Positionierung eines dritten Druckwandlers nahe dem Ende der Formkavität, am weitesten weg von dem Einguß.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fluid ein Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fluid eine Flüssigkeit ist.
System zum Gießen von Kunststoffgegenständen durch ein Fluidunterstütztes Spritzgußverfahren, wobei das System umfaßt: eine Spritzgußmaschine; eine Form, die in der Spritzgußmaschine positioniert wird, wobei die Form eine einen Gegenstand bildende Formkavität hat und wobei die Formkavität einen Einguß, einen dickeren Querschnitt und ein extremes Ende enthält; eine Düse zum Einspritzen von Kunststoffmaterial von der Spritzgußmaschine in die Formkavität; eine Quelle des Druckfluids; eine Steuereinrichtung zum Steuern des Injizierens von Fluid aus der Fluidquelle und in die Formkavität, wobei die Steuereinrichtung auch das Einleiten, Entlüften, Zeiteinstellung und den Druck des Fluids steuert; wenigstens einen Druckwandler in der Formkavität zum Messen der Formkavität und übertragen zu der Steuereinrichtung.
System nach Anspruch 13, wobei der Druckwandler nahe dem Einguß der Formkavität positioniert ist.
System nach Anspruch 13, wobei der Druckwandler zwischen dem Einguß der Formkavität und dem dickeren Querschnitt positioniert ist.
System nach Anspruch 13, wobei drei Druckwandler vorgesehen sind, ein Druckwandler nahe dem Einguß, ein zweiter Druckwandler nahe dem dickeren Querschnitt und ein dritter Druckwandler nahe dem extremen Ende.
System nach Anspruch 13, wobei der Druckwandler nahe dem dickeren Querschnitt positioniert ist.
System nach Anspruch 13, wobei der Druckwandler nahe dem extremen Ende positioniert ist.
System nach Anspruch 13, wobei wenigstens zwei Druckwandler vorgesehen sind und Signale zu der Steuereinrichtung senden, um die Injektion von Gas in die Formkavität einzuleiten.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils unter Verwendung eines Fluid-unterstützten Kunststoffspritzgußverfahrens: Vorsehen einer Formkavität in einer Form zur Ausbildung eines gegossenen Kunststoffteils mit wenigstens einem dickeren Querschnitt, wobei die Formkavität einen Einguß zum Eintritt von Kunststoffmaterial hat; Positionieren eines ersten Wandlers in einer Vor-Einguß-Position; Einspritzen einer Quantität Kunststoffmaterial in die Formkavität, wobei die Quantität kleiner ist als eine Menge, die erforderlich ist, um die Formkavität vollständig zu füllen; Erfassen einer ersten vor-feststehenden Druckablesung von dem ersten Druckwandler; und Injizieren eines Druckfluids von einer Steuereinrichtung in das Kunststoffmaterial in der Formkavität auf der Basis der Erfassung des vor-feststehenden Drucks, wobei das Druckfluid einen Hohlraum in dem wenigstens einen dickeren Querschnitt der Formkavität ausbildet.