DE10357745B4

DE10357745B4 - Kunststoffspritzgießen mit rotierenden Einsatzelementen

Info

Publication number: DE10357745B4
Application number: DE2003157745
Authority: DE
Inventors: James Brooksville Hendry; Gregory Canton Homann; David Highland Turczynski
Original assignee: INT AUTOMOTIVE COMPONENTS; International Automotive Components Group North America Inc
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: GB2403684A; DE10357745A1; GB2403684B; GB0413736D0

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines spritzgegossenen Kunststoffartikels (50) mit wenigstens einem hohlen Bereich (46), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
– Einspritzen einer Menge eines Kunststoffmaterials in einen Formhohlraum (40), wobei die Menge des Kunststoffmaterials ausreichend ist, um den Formenhohlraum (40) vollständig zu füllen;
– Nachdrücken des Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum (40);
– Einblasen eines fluiden Materials in das gepackte Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum (40);
– Erhöhen des Volumens des Formhohlraums (40) durch Rotieren eines Einsatzelementes (300, 410) mit einer Nut (304) darin;
– Verlagern eines Bereiches des Kunststoffmaterials in die Nut (304) durch das fluide Material und dadurch Erzeugen eines hohlen Bereiches in dem Kunststoffmaterial, das den Artikel (50) ausbildet;
– Abkühlen und Verfestigen des fertigen Kunststoffartikels im Formhohlraum (40);
– Ablassen des fluiden Materials aus dem hohlen Bereich des Kunststoffartikels (50); und
– Entfernen des Kunststoffmaterials aus dem Formhohlraum (40).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf Kunststoffspritzgießen unter Zuhilfenahme von Gas und die Ausbildung von hohlen Rippenelementen an kunststoffspritzgegossenen Teilen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Auf dem Gebiet des Kunststoffspritzgießens umfassen die an den Produktentwickler gerichteten Anforderungen das Entwickeln eines Artikels mit einer erforderlichen Festigkeit für die Produktanwendung und einer ausreichenden Oberflächenbeschaffenheit, als auch das Vermeiden überschüssigen Gewichts, Oberflächenstörungen und einer erhöhten Zykluszeit. Bei flachen oder dünnen Produkten ist es typisch, ein oder mehrere Rippenelemente in das Design aufzunehmen, um eine relative Festigkeit und Struktur für den geformten Artikel zur Verfügung zu stellen. Die Rippenelemente sind typischerweise dicker als der geformte Artikel, was das Gewicht, die Materialverwendung und die Zykluszeit des Artikels erhöht und oft Einfallstellen oder andere Oberflächendefekte durch thermische Gradienten in dem Bereich des verdickten Abschnittes verursacht.
In der Technik des Kunststoffgießens ist bekannt, unter Druck gesetztes Gas, wie z.B. Stickstoff, in Verbindung mit dem Kunststoffspritzgießen von Artikeln zu verwenden. Unter Druck gesetztes Gas dient verschiedenen Zwecken. Das Gas erlaubt es dem Artikel oder der Rippenstruktur, hohle Innenbereiche zu haben, was in Einsparungen von Gewicht und Material resultiert, wodurch die Kosten reduziert werden. Das unter Druck gesetzte Gas übt auch einen nach außen gerichteten Druck aus, um den Kunststoff gegen die Formoberflächen zu zwingen, während sich der Artikel verfestigt. Dies hilft, um eine bessere Oberfläche an dem geformten Artikel zur Verfügung zu stellen, und reduziert oder eliminiert auch Einfallstellen und andere Oberflächendefekte. Die Verwendung von unter Druck gesetztem Gas reduziert auch die Zykluszeit, wenn das Gas eingeführt wird und/oder zu dem am meisten flüssigen Innenvolumen des Kunststoffs abwandert und den Kunststoff in denjenigen Bereichen ersetzt, was andernfalls einen ausgedehnten Kühlzyklus erfordern würden. Der Druck des Gases, der den Kunststoff gegen die Formoberflächen drückt, erhöht weiter den Kühleffekt der Form auf das Teil, wodurch sich das Teil in einer schnelleren Weise verfestigt und die Gesamtzykluszeit reduziert wird.
Wo die Rippenelemente und andere Bereiche des Artikels, in welche das Gas eingeführt wird, gestreckt sind, ist es oft schwierig, einen zufriedenstellenden geformten Artikel zur Verfügung zu stellen. Wenn beispielsweise der Druck des Gases zu groß ist, wenn es in den Formenhohlraum eintritt, besteht ein Risiko, dass es den Kunststoff in dem Formenhohlraum zerreißen oder ausblasen kann, d.h., das Gas ist nicht in dem Kunststoff enthalten. Es ist auch oft schwierig, das Gas entlang der gesamten Länge eines gestreckten, dickeren Kunststoffabschnittes wandern zu lassen, wodurch ein Produkt erzeugt wird, dessen Dicke und Kühlzyklus ungleichmäßig sind.
Eine Methode, welche entwickelt wurde, um einige der oben genannten Probleme zu lösen, ist in der US 5,098,637 A gezeigt. In diesem Verfahren ist ein zweiter Hohlraum (auch bekannt als "Überlauf"-Hohlraum) an einem Ende des geformten Teils oder gestreckten Rippenelementes vorgesehen, um das überschüssige flüssige Kunststoffmaterial, welches aus dem Artikel oder Rippenelement durch das unter Druck gesetzte Gas herausgedrückt wird, zusammen und aufzubewahren. Ein anderes System ist in der US 5,885,518 A gezeigt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines spritzgegossenen Kunststoffartikels mit wenigstens einem hohlen Bereich ist auch aus der DE 40 02 503 C1 bekannt. Während gemäß diesem Verfahren Kunststoff in eine Gussform eingespritzt wird, liegt ein Kern oder Zusatzwerkzeug in der Gussform. Bevor in dem Innenraum der Gussform Gas eingeblasen wird, um Hohlräume herzustellen, wird das Zusatzwerkzeug mittels eines Linearantriebes aus der Gussform herausgefahren. Unter bestimmten Prozessparametern ist es denkbar, dass das Herausfahren des Zusatzelementes zu einer Beschädigung des sich bildenden Kunststoffkörpers führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, das aus der DE 40 02 503 C1 bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass eine potentielle Beschädigung des sich bildenden Kunststoffkörpers vermieden wird. Insbesondere soll das Verfahren in dieser Hinsicht zur Herstellung von Spritzgegossenen Kunststoffteilen mit strukturellen Rippenelementen verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7, indem jeweils ein rotierendes Einsatzelement in der Gussform vorgesehen wird. Durch das rotierende Einsatzelement verringert sich die Gefahr eine Beschädigung des sich bildenden Kunststoffkörpers, und das rotierbare Einsatzelement erlaubt ein Verdichten des Kunststoffmaterials in der Form zum Erzielen besserer Maß- und Oberflächeneffekte.
Gemäß der Erfindung werden ein oder mehrere rotierbare Einsatzelemente in dem Formenhohlraum vorgesehen. Die Einsatzelemente befinden sich speziell in Bereichen von gestreckten Rippenelementen, in welche unter Druck gesetztes Gas einzuführen ist, um in ihnen hohle Bereiche zur Verfügung zu stellen. Die Einsatzelemente können an der Stelle durch Feder- oder andere Vorspannelemente oder -mechanismen gehalten werden, welche angepasst sind, um durch die Kraft des Kunststoffs und des unter Druck gesetzten Gases überwunden zu werden, wenn das Gas in die Rippenelemente eingeführt wird.
Ein Vollschuss bzw. eine Volleinspritzung von Kunststoffmaterial wird zuerst in dem Formenhohlraum eingespritzt. Das Kunststoffmaterial wird dann in der Form durch zusätzlichen Druck und/oder Kunststoffeinspritzung von der Formmaschine gepackt. Danach wird unter Druck gesetztes Gas in wenigstens eines der Rippenelemente eingeführt. Wenn der Gaskanal in dem bzw. den Rippenelement(en) ausgebildet ist und das flüssige Kunststoffmaterial in dem Zentrum des bzw. der Rippenelement(e) entlang des bzw. der Rippenelement(e) und aus der bzw. den gegenüberliegenden Seite(n) gedrückt wird, wird die Feder- oder Vorspannkraft auf das bzw. die Einsatzelement(e) in einer Ausführungsform der Erfindung überwunden. Wenn sich das bzw. die Einsatzelement(e) zurückzieht bzw. zurückziehen, füllt das Kunststoffmaterial den gesamten Artikel aus, der den Formenhohlraum defi niert. Das verlagerte Kunststoffmaterial fließt in den Bereich, der vorher durch das bzw. die Einsatzelement(e) besetzt wurde, was eine zusätzliche Rippe oder einen Teil des geformten Artikels erzeugt.
Sobald der gesamte Artikel ausgebildet ist, kann sich der Kunststoff abkühlen und verfestigen. Der Druck des eingeblasenen Gases wird dann verringert (abgelassen oder abgesaugt) und der Artikel wird aus der Form herausgenommen oder entfernt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Einsatzelement in seiner Anfangsposition durch Federspannung, unter Druck gesetzte Zylinder, Dämpfungsmechanismen oder dergleichen gehalten. Diese Spann- oder Vorspannmechanismen stellen eine ausreichende Vorspannkraft zur Verfügung, um dem Kraftniveau zu widerstehen, das durch den Druck in der Form von der Anfangseinspritzung des Kunststoffmaterials bewirkt wird. Dies erhält die nominale Wanddicke des Artikels aufrecht, der über die gesamte Größe der Form mit Ausnahme des dickeren Bereiches der Rippenelemente geformt wird. Sobald der Hohlraum voll ist, wird unter Druck gesetztes Gas an dem Ende der Rippenelemente gegenüber den Einsatzelementen eingeführt. Die Kraft des Gasdrucks und des Harzes, das von den Rippenelementen gedrückt wird, überwindet die Vorspannkraft der Einsatzelemente.
Um dem zusätzlichen Packungsdruck, der auf das Kunststoffmaterial in der Form ausgeübt wird, standzuhalten, werden die Einsatzelemente befestigt oder in ihrer Position durch Verwendung eines lösbaren Verriegelungsmechanismus verriegelt. Der Verriegelungsmechanismus kann ein pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Mechanismus sein, oder kann ein steuer- bzw. regelbares Fluid verwenden, welche durch Verwendung eines elektrischen Stroms verfestigt werden kann. Wenn das Gas durch die Verwendung von verschiedenen Vorrichtungen, wie z.B. Positionssensoren, Hohlraumdrucksensoren, Timern oder dergleichen oder die Aktivierung des elektrischen Stroms, eingeblasen wird, kann dann das Einsatzelement für eine Bewegung losgelassen werden. Das Loslassen oder die Deaktivierung des Verriegelungsmechanismus kann auf verschiedenen Methoden basieren oder auf verschiedene Weise ausgelöst werden, wie z. B. durch Erreichen von bestimmten Drücken in der Form, Prozesszeiteinstellungssequenzen, einer linearen Bewegung der Einspritzschraube usw.
Erfindungsgemäß ist das Einsatzelement rotierbar und hat eine Aussparung oder Nut darin. Wenn der Kunststoffpackungsschritt ausgeführt ist, wird das Einsatzelement rotiert, so dass sich die Aussparung oder Nut bis in den Formenhohlraum öffnet. Das Einblasen des Gases verlagert einen Bereich des noch flüssigen Kunststoffs in die Aussparung oder Nut, wodurch der vollständige Artikel ausgebildet wird.
Die obigen Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung ersichtlich, wenn sie gemäß der zugehörigen Zeichnungen gesehen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines typischen Kunststoffspritzgießsystems.
2 ist eine schematische Darstellung eines Artikels, der in einem herkömmlichen gasunterstützten Kunststoffspritzgießsystem geformt wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines geformten Teils oder Artikels gemäß der Erfindung.
4 ist ein Querschnitt eines strukturellen Rippenelementes an einem Teil, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wobei der Querschnitt entlang der Linien 4-4 in 3 und in der Richtung der Pfeile gezeigt ist.
5 ist eine Querschnittsansicht einer Form, die kein rotierbares Einsatzelement verwendet.
6 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die ein Einsatzelement zeigt, das jedoch nicht gemäß der Erfindung rotierbar ist.
7 ist eine andere Ansicht des in 6 in Richtung der Pfeile 7-7 in 6 gezeigten Einsatzelementes.
8 ist eine andere Ansicht des Einsatzelementes und -mechanismus, wie in
7 gezeigt, wobei das Einsatzelement in Reaktion auf das Einführen von Gas in ein Rippenelement verlagert ist.
9 ist ein Flussdiagramm, das die Grundschritte zeigt, die in der Technik des Verfahrens der Erfindung enthalten sind.
10 ist eine schematische Darstellung, die einen Verriegelungsmechanismus für ein Einsatzelement zeigt.
11 zeigt einen alternativen Mechanismus und ein System zum Verriegeln eines Einsatzelementes am Platze.
12 ist ein Flussdiagramm einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
13 und 14 zeigen einen erfindungsgemäßen Typ eines Einsatzmechanismus für eine Verwendung mit der Erfindung.
15 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einsatzelementes.
16A-16F zeigen schematisch einen Formprozess unter Verwendung der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist speziell zum Herstellen hohler Rippenstrukturen für eine strukturelle Verstärkung von dekorativen oder nichtdekorativen Verkleidungskomponenten und Platten unter Verwendung eines gasunterstützten Kunststoffspritzgießens geeignet.
Wie in 1 gezeigt, ist ein herkömmliches Kunststoffspritzgießsystem 20 gezeigt. Das System 20 weist eine Spritzgießmaschine 22, eine Form 24 und eine Gasquelle 26 für das gasunterstützte Spritzgießen auf. Wie es auf dem Gebiet des Spritzgießens gut bekannt ist, hat die Spritzgießmaschine 22 einen Trichter 28, in welchem Kunststoffpellets der Maschine zugeführt werden. Die Spritzgießmaschine weist einen Mechanismus zum Schmelzen des Kunststoffmaterials und einen Schraubkolben (nicht gezeigt) in dem Körper der Maschine auf. Das geschmolzene Kunststoffmaterial wird durch eine Düse 30 in die Form 24 eingespritzt.
Die Form 24 weist zwei Formhälften 24A und 24B auf. Die zwei Formhälften sind mit Platten 32 und 34 verbunden, welche auseinandergehen und zusammenkommen, wenn einer oder mehrere an der Spritzgießmaschine bewegt werden.
Das Gas, das bei dem Spritzgießen verwendet wird, ist typischerweise ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff, und wird von einem Speicherkanister oder System (nicht gezeigt) einer Gaseinspritzsteuerung bzw. -regelung 26 zugeführt. Die Steuerung bzw. Regelung 26 reguliert den Gasfluss durch einen Kanal 36 oder dergleichen in die Form 24.
Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung mit jeder Kunststoffspritzgießmaschine 22, jeder Gasunterstützungssteuerung bzw. -regelung 26 und eigentlich jedem Formtyp 24 verwendet werden kann. In dieser Hinsicht ist eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Form 24 in 2 gezeigt.
Ein Artikelformenhohlraum 40 ist zwischen den zwei Formhälften 24A und 24B vorgesehen. Das Kunststoffmaterial 42 wird durch die Maschinendüse 30 und durch eine Durchführung 40 in den Formenhohlraum 40 eingespritzt. Nachdem der gesamte oder ein wesentlicher Bereich des Kunststoffmaterials 42 in den Formenhohlraum 40 eingespritzt wurde, wird Gas von der Steuerung bzw. Regelung 26 in den Formenhohlraum eingeführt. Das Gas zwingt das Kunststoffmaterial in alle Bereiche und in alle Oberflächen des Formenhohlraums 40 und stellt einen hohlen Innenraum 46 zur Verfügung.
Sobald sich das Kunststoffmaterial 42 abgekühlt und in der Form verfestigt hat, wird das Gas abgelassen und die Form wird dann geöffnet, um es dem Teil zu erlauben, entfernt zu werden. In dieser Hinsicht sind hier viele Mechanismussysteme zum Verringern des Gasdrucks in der Form, wie z.B. ein Ablassen oder Absaugen des Gases aus der Form, bekannt, und jedes herkömmliche System und Verfahren kann verwendet werden. Zum Beispiel kann Gas durch den Kanal 36 zu der Steuerung bzw. Regelung abgelassen werden oder die Düse 30 kann von der Durchführung 44 zurückgezogen werden, was eine "Einlaufunterbrechung" erzeugt. Auch können kunststoffgeformte Artikel typischerweise bei ihrem Entfernen aus der Form durch ein oder mehrere Auswerferstifte (nicht gezeigt) unterstützt werden.
Wie gezeigt, ist die vorliegende Erfindung speziell zum Herstellen von Kunststoffspritzgießverkleidungskomponenten und Platten mit Rippenelementen geeignet. Ein beispielhafter Artikel dieses Typs ist in 3 gezeigt und allgemein durch das Bezugszeichen 50 gekennzeichnet. Wie gezeigt, hat der Artikel 50 eine relativ dünne Dicke 52 relativ zu seiner Breite und Länge und hat eine Mehrzahl von Rippenelementen 54 an einer Oberfläche (typischerweise die hintere oder nicht sichtbare Oberfläche). Die Außenoberfläche 50A des Artikels 50 ist die Oberfläche, welche der Sicht ausgesetzt ist, wenn das Teil verwendet oder in seiner entsprechenden Umgebung installiert ist. Der Artikel 50 kann beispielsweise ein Computergehäuse, eine Platte für eine Tür oder einen anderen Artikel eines Fahrzeugs oder dergleichen sein. Die Rippenelemente 54 sind an der gegenüberliegenden Seite 50B vorgesehen und sind vor einer Sicht während einer normalen Verwendung des Artikels 50 verborgen. Obwohl vier Rippenelemente 54 an dem Artikel 50 gezeigt sind, kann jegliche Anzahl von Rippenelementen verwendet werden. Die Rippenelemente stellen speziell eine strukturelle Stütze für den Plattentypartikel 50 zur Verfügung.
Da die Rippenelemente 54 typischerweise dickere Abmessungen als die Breite oder Dicke des Artikels 50 haben, werden typischerweise gasunterstützte Spritzgießtechniken und Verfahren verwendet, um die Rippenelemente auszuhöhlen. Dies reduziert die Dicke der Rippenelemente, wodurch Materialkosten gespart werden, Zykluszeiten redu ziert werden und Oberflächendefekte wie z.B. Einfallstellen an der Sichtoberfläche 50A minimiert oder eliminiert werden.
Der Ausdruck "Gas", der hier verwendet wird, meint jeden gasförmigen Stoff, der bei normaler Temperatur und Druck gasförmig ist, wie z.B. Stickstoff, Kohlendioxid und Luft. Vorzugsweise ist das Gas ein Inertmaterial, wie z.B. Stickstoff oder Kohlendioxid. Das Gas kann von jeder herkömmlichen Quelle, wie z.B. einem Speichertank, Gasflaschen oder dergleichen zur Verfügung gestellt werden. Es ist auch möglich, gemäß der vorliegenden Erfindung ein anderes Fluid, wie z.B. Wasser, anstelle des Gases zu verwenden. Diese anderen fluiden Systeme sind in dem Stand der Technik bekannt und müssen hier nicht in dem größeren Detail diskutiert werden.
Ein Rippenelement 54 ist im Querschnitt in 4 gezeigt. Der Artikel 50 hat eine bestimmte Dicke 52, welche eine bestimmte Kühl- und Zykluszeit erfordert. Um die notwendige strukturelle Stütze zur Verfügung zu stellen, hat das Rippenelement 54 typischerweise dickere Bereiche, wie z.B. 54A. Um das Gewicht des Rippenelementes 54 zu verringern und seine Dicke zu reduzieren, ist ein Kanal 56 in dem Rippenelement durch das Einführen des unter Druck gesetzten Gases oder anderen Fluids vorgesehen.
Obwohl das Spritzgießsystem unter Verwendung eines einzelnen Durchführungselementes 44 gezeigt ist, das zwischen der Düse 30 der Spritzgießmaschine 22 und der Form 24 positioniert ist, ist es verständlich, dass jedes herkömmliche Spritzgießsystem beim Transportieren des geschmolzenen Kunststoffmaterials von der Düse 30 zu dem Formenhohlraum 40 verwendet werden könnte. Zum Beispiel könnte ein Heißkanalsystem mit einen oder mehreren Verteilerrohren und einer Mehrzahl von Durchführungen verwendet werden. Andere Systeme und Mechanismen, die im Stand der Technik bekannt sind, könnten auch verwendet werden.
Ein beispielhaftes Formsystem, in welchem die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist in 5 gezeigt. Weitere Details dieser Ausführungsform sind in den 6-8 gezeigt. Die Grundschritte in dieser Ausführungsform der Erfindung sind in 9 ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung kann mit allen Typen von Kunststoffmaterialien, speziell thermoplastischen Materialien verwendet werden, welche allgemein spritzgegossen werden können. Diese Materialien können z.B. niedrig- oder hochdichtes Polyethylen, Polyurethan, Polypropylen, Polystyrol, Acrylonitrilbutadienstyrol(ABS)-Harz, SAN-Harz, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat und dergleichen sein. Materialien wie z.B. Polycarbonat, Polyester, Acetyl, Polyacetyl und Nylon können auch verwendet werden, ebenso Ethylencopolymere, wie z.B. Ethylen-Vinylacetatcopolymer, Ethylen-Ethylacrylatcopolymer und dergleichen. Weiterhin können alle diese Harze Füllstoffe, wie z.B. Glasfasern, pulverisiertes Glas, Kalziumcarbonat, Kalziumsulfat, Talk, Glimmer und dergleichen enthalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird geschmolzenes Kunststoffmaterial von einer Maschinendüse 30 in eine Durchführung 44 und in einen Formenhohlraum 60 in einer Form 62 eingespritzt. Die zwei Formhälften 62A und 626 sind angepasst, um entlang der Teillinie 64 auseinanderzugehen, um es dem ausgebildeten Kunststoffartikel zu erlauben, entfernt zu werden. Ein Gas, das durch eine Gassteuerung bzw. -regelung 26 reguliert wird, wird durch Kanäle 36 in Enden 66A der Rippenelemente 66 an dem Kunststoffartikel 68 eingeführt, welcher in dem Formenhohlraum 60 ausgebildet wird. Bewegliche oder verlagerbare Einsatzelemente 70 sind in dem Formenhohlraum 60 vorgesehen und so positioniert, dass sie sich an den gegenüberliegenden Enden 666 der Rippenelemente 66 befinden. Unter Druck gesetztes Gas wird in die Rippenelemente 66 eingeführt und bildet Kanäle 72 im Wesentlichen durch die Zentren der Querschnitte und über ihre Längen.
Vor dem Einführen des Gases wird das Kunststoffmaterial in der Form durch das Einführen von mehr Kunststoffmaterial und bei einem höheren Druck gepackt. Dies sichert eine exzellente Oberflächenqualität für den geformten Artikel oder für das Produkt ab. Sobald das Kunststoffpacken beendet ist, schließt ein Absperrventil (nicht gezeigt) in der Düse die Kunststoffversorgung vor dem Einblasen des Gases ab. Dies verhindert, dass Kunststoffmaterial zurück in die Trommel der Spritzgießmaschine gezwungen oder gedrückt wird.
Das Gas wird in das Harz in der Form bei einem Druck eingeblasen, der höher als der Kunststoffeinspritzdruck und typischerweise ein viel höherer Druck ist. Zum Beispiel könnte der anfängliche Kunststoffeinspritzfülldruck 100-200 psi sein, welcher sich normalerweise auf 500-1000 psi oder höher erhöht, wenn die Kunststoffeinspritzung been det ist. Die Gaseinspritzung könnte bei 1000-1500 psi sein (wenn z.B. das Kunststoffmaterial Polypropylen ist) und 3000-7000 psi sein (wenn z.B. technische Harze verwendet wurden). Allgemein sollte der Gasdruck ausreichend sein, um eine kommerziell akzeptable Oberfläche und Bearbeitungsgüte an dem Kunststoffteil zur Verfügung zu stellen. Wenn der Kunststoff in dem Formenhohlraum gepackt ist, wird der Druck einige Male über den Anfangseinspritzdruck erhöht und zusätzliches Kunststoffmaterial wird in den Formenhohlraum gepackt. Der Druck des Gases ist typischerweise höher als der Kunststoffpackdruck.
Die Einsatzelemente 70 werden in der Position in dem Formenhohlraum durch einen Vorspann- oder Spannmechanismus 80 gehalten. In dieser Hinsicht hat, wie in den 7 und 8 gezeigt, das Einsatzelement 70 typischerweise eine gestreckte Form und daher wird eine Anzahl von Vorspannmechanismen 80 entlang einer Länge vorgesehen. Eine Vorspannkraft wird durch den Vorspannmechanismus 80, wie z.B. durch ein oder mehrere Spiralfederelemente 82, wie in den 6-8 gezeigt, zur Verfügung gestellt. Die Federelemente 82 stellen eine Vorspannkraft gegen das Einsatzelement 70 zur Verfügung, die ausreichend ist, um der Kraft des Kunststoffmaterials 68 entgegenzustehen; wenn es in den Formenhohlraum 60 eingespritzt wird. Die Vorspannkraft oder Federspannung, die das Einsatzelement an der Stelle halt, sollte vorzugsweise ausreichend sein, um einer Kraft von 150-200 psi (10,4-13,8 Bar) zu widerstehen.
Es ist verständlich, dass jeder Typ von Vorspann-, Spann- oder Druckelement oder -mechanismus verwendet werden kann, um die Einsatzelemente an ihrem Platz zu halten. Zum Beispiel können Gas- oder Luftladezylinder anstelle der Spiralfederelemente 82 verwendet werden, oder ein herkömmlicher Dämpfungsmechanismus könnte verwendet werden. Das Vorspannelement hat eine ausreichende Kraft oder Last auf das Einsatzelement zur Verfügung zu stellen, um dem Kraftniveau zu widerstehen, das durch Druck in dem Formenhohlraum während dem Einspritzen des Kunststoffmaterials hervorgerufen wird. Dies erhält die nominale Wanddicke des Artikels 68 bis zu dem Ende der Flusslänge mit Ausnahme des dickeren Abschnittes des Rippenelementes 66 aufrecht.
Wie in den 7 und 8 gezeigt, bildet das Einführen von unter Druck gesetztem Gas durch das Rippenelement 66 einen Kanal 72 in dem Rippenelement aus und zwingt das Kunststoffmaterial gegen das Einsatzelement, was es dazu bringt, sich nach unten in die Richtung des Pfeils 84 in 8 zu bewegen. Der zusätzliche Raum, der in dem Formenhohlraum durch die Bewegung des Einsatzelementes ausgebildet wird, wird mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt, der von dem Rippenelement gedrückt wird. Der zusätzliche Kunststoff bildet ein zusätzliches Rippenelement 90 benachbart zu dem Ende des nun hohlen Rippenelementes 66. Zusätzliche Rippenelemente dieses Typs sind in 3 gezeigt und durch das Bezugszeichen 90' gekennzeichnet. Die zusätzlichen Rippenelemente 90' sind an dem Ende der Rippenelemente 54 positioniert und können eine zusätzliche Stütze und strukturelle Stabilität für den Artikel 50 zur Verfügung stellen. In Abhängigkeit von der Menge des verlagerten Kunststoffmaterials und des Gaseinspritzdruckes ist es auch möglich, einen Gaskanal – und damit eine hohle Struktur – durch einen Bereich des neuen Rippenelementes 90 zur Verfügung zu stellen.
Obwohl die Erfindung in erster Linie auf die Ausbildung von strukturellen Rippenelementen an Kunststoffspritzgießartikeln, wie z. B. Verkleidungskomponenten und Platten, ausgerichtet ist, ist es auch möglich, die vorliegende Erfindung zum Herstellen oder Bereitstellen von Bereichen von Artikeln zu verwenden, die notwendig sind, um ein geeignetes Formen zu erlauben. Zum Beispiel ist es oft notwendig, geformte Bereiche eines Artikels zur Verfügung zu stellen, um Einstiche und dergleichen zu verhindern und damit die Herstellung von Formen zu unterstützen, welche leichter geöffnet und geschlossen werden können und es den Teilen erlauben, entfernt und herausgenommen zu werden.
Die Dicke des zusätzlichen Rippenelementes 90 sollte nicht größer als die maximale Dicke jedes anderen Teils des geformten Artikels (für minimale Zykluszeiten) sein. Vorzugsweise hat das Rippenelement 90 eine maximale Dicke, welche wenigstens 10% geringer als die maximale Dicke des Artikels ist. Auch können in Abhängigkeit von der Festigkeit der Rippenelemente 90, die für die spezielle Anwendung und das geformte Teil gebraucht wird, die Rippenelemente in der Breite vergrößert werden. Um abzusichern, dass die Größe und Dicke des zugefügten Bereiches oder Rippenelementes 90 in vorbestimmten Grenzen bleibt, kann ein Stoppelement (nicht gezeigt) verwendet werden, um die Bewegung des Einsatzelementes 70 zu beschränken.
Obwohl der Bereich, der an dem geformten Artikel durch die Verlagerung des Einsatzelementes ausgebildet wird, hier als ein Rippenelement bezeichnet wird, ist es verständ lich, dass der Bereich die Form und die Größe eigentlich jeder Struktur an dem Artikel, wie z.B. eines runden Vorsprungs, eines Schnapphakenelementes usw. haben kann. Der Bereich kann auch verwendet werden, um dem Artikel eine zusätzliche Festigkeit zu verleihen.
Die Größe, die Form und das Volumen des Einsatzelementes und des resultierenden zusätzlichen Bereiches, der an dem Artikel ausgebildet wird, sollten vorbestimmt sein, so dass das gesamte herausgenommene Kunststoffmaterial aus dem Rippenelement untergebracht werden kann. Auf ähnliche Weise sollte die Größe des zusätzlichen Bereiches ausreichend sein, um Volumendifferenzen in dem Kunststoffmaterial von Einspritzung zu Einspritzung (d.h. von Zyklus zu Zyklus) zu akkumulieren. Der Vorspannmechanismus 80 erlaubt solche Volumendifferenzen.
Als alternative Ausführungsform ist es auch möglich, das Gas in das Rippenelement 66 an einer Stelle zwischen den Enden 66A und 66B einzuführen. In einer solchen Ausführungsform ist es auch möglich, Einsatzelemente zu positionieren und zusätzliche Artikelbereiche an beiden Enden eines Rippenelementes auszubilden.
Die Grundschritte in dem Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung sind in dem Flussdiagramm in 9 ausgeführt. Das Grundverfahren wird allgemein durch das Bezugszeichen 100 bezeichnet. Als ein erster Schritt wird das Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum in der Form eingespritzt. Dies wird durch das Bezugszeichen 110 in 9 gekennzeichnet. Dieser erste Schritt wird erledigt, nachdem die genaue Formenhohlraumgröße und Form ausgewählt wurde, der Formenhohlraum in der Form bearbeitet wurde, das geeignete Harzverteilungssystem, die Durchführung und der Verteilerrohrmechanismus ausgewählt und bereitgestellt wurde, die notwendige Größe der Spritzgießmaschine ausgewählt wurde, der spezielle Typ des Kunststoff- oder Harzmaterials für den Artikel oder das Teil ausgewählt und zur Verfügung gestellt wurde, und die geeigneten Prozessparameter, wie z.B. Zeit, Drücke, Temperaturen und Zykluszeit bestimmt wurden. All diese Dinge gehören zu dem gewöhnlichen Können auf diesem Gebiet. Die gleichen herkömmlichen Vorbereitungsschritte und -verfahren werden vorzugsweise im Hinblick auf all die Verfahren und den Prozess, der hier ausgeführt ist, verfolgt.
Das geschmolzene Kunststoffharzmaterial wird in den Formenhohlraum durch die Spritzgießmaschine eingespritzt, bis der Artikelhohlraum voll mit Kunststoffmaterial ist. Auf diese Weise wird ein "Vollschuss" von Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum eingespritzt. Um eine bessere Ästhetik an dem Endprodukt zur Verfügung zu stellen und um abzusichern, dass alle Abmessungen und Oberflächen des Teils erhalten werden, wird das eingespritzte Kunststoffmaterial dann in der Form gepackt. Der Druck der Kunststoffeinspritzung wird erhöht und zusätzliches Kunststoffmaterial wird in den Formenhohlraum gedrückt. Dieser Druck kann für eine bestimmte Zeitlänge, wie z.B. 10-15 Sekunden, gehalten werden, um eine verfestigte äußere Schale an dem Produkt auszubilden. Dies ist in Box 112 in 9 gezeigt.
Um zu verhindern, dass sich das Einsatzelement verlagert oder während des zusätzlichen Druckes oder dem Packverfahren bewegt, werden in diesem Hinblick die Einsatzelemente an ihrer Position durch die Verwendung eines externen Verriegelungsmechanismus 92 gehalten oder verriegelt, welcher ein Keil, ein Stift oder dergleichen 94 (siehe 5-6 und 10) sein kann. Der Keil 94 befindet sich in der Form, um in eine Position bewegt zu werden, die eine Bewegung des Einsatzelementes 70 verhindert. Der Keil 94 wird durch ein Aktiviersystem 96, wie z.B. einen pneumatischen, hydraulischen, elektrischen oder mechanischen Mechanismus oder ein System aktiviert und an der Position durch die Verwendung von verschiedenen Vorrichtungen, wie z.B. Positionssensoren, Hohlraumdrucksensoren, Timern und dergleichen (nicht gezeigt) festgesetzt und verriegelt oder freigegeben.
Nachdem der Formenhohlraum voll von gepacktem geschmolzenen Kunststoffharzmaterial ist, wird das Gas in ein oder mehrere der Rippenelemente eingeblasen. Dies ist durch Box 120 in 9 gezeigt. Das Gas wird vorzugsweise an einem Ende der Rippenelemente gegenüber den Einsatzelementen und bei einer bestimmten Zeit und einem bestimmten Druck eingeblasen. Der Druck des Gases kann höher als der Druck sein, der verwendet wird, um den Kunststoff in der Form zu packen.
Um zu verhindern, dass irgendwelches Kunststoffmaterial zurück in die Düse oder die Spritzgießmaschine während des Gaseinblasens gedrückt wird, sollte ein Absperrventil an oder nahe der Düse vorgesehen werden, und nach Beendigung des Packverfahrens geschlossen werden.
Während des Gaseinspritzverfahrens wird das geschmolzene Kunststoffmaterial von dem Kern oder Inneren des Rippenelementes verlagert, was eine Erhöhung des Druckes auf das Einsatzelement oder die Einsatzelemente erzeugt. Dieser Druck überwindet die Vorspannkraft, die durch den Federmechanismus oder dergleichen bewirkt wird, was die Einsatzelemente weg von ihren Ruhepositionen bringt und zurückzieht, um das verfügbare Volumen des Hohlraums zu erhöhen. Dies ist in Box 130 in 9 gezeigt. Das verlagerte Kunststoffmaterial von den Rippenelementen wird in die Leerräume fließen, die durch die Verlagerung der Einsatzelemente ausgebildet wurden. Der Bewegungsbereich des Einsatzelementes ist vorzugsweise vorbestimmt, um einen zusätzlichen Teil oder Bereich an dem Artikel einer bestimmten Größe, Form und Länge zur Verfügung zu stellen. An dem Ende der Bewegung des Einsatzelementes gleichen sich die Drücke auf das Einsatzelement aus, was es dem externen Gasdruck erlaubt, einen Packdruck auf das geformte Teil über die Rippenelemente zur Verfügung zu stellen.
Wenn erwünscht, kann, sobald die Einsatzelemente verlagert sind und die Leerräume mit dem Kunststoffmaterial gefüllt sind, ein zusätzlicher Packschritt durch das Einführen eines Gases mit höherem Druck vorgesehen werden. Dies ist als eine Alternative in Box 132 in 9 gezeigt.
Sobald der Formenhohlraum mit Kunststoffmaterial gefüllt ist und der gasunterstützte Prozess beendet ist, kann sich der Kunststoffartikel abkühlen und in der Form verfestigen. Dies ist in Box 140 in 9 gezeigt. Danach wird das Gas abgelassen oder von den Rippenelementen abgesaugt, wie in Box 150 gezeigt. Das Ablassen des Gases von den Rippenelementen kann in jeder Standardweise, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, ausgeführt werden. Zum Beispiel erlaubt es ein Verfahren, das Gas zurück durch das Ende des Rippenelementes abzulassen, wo das Gas anfangs eingeführt wurde. Der Gasdruck kann auch in einer gestuften Weise über die Zeit verringert werden oder einfach schwächer werden.
Für den Endschritt wird die Form geöffnet und das ausgebildete Kunststoffteil oder der Artikel werden aus dem Formenhohlraum entfernt (oder herausgenommen). Dies ist in Box 160 in 9 gezeigt. Danach wird die Form geschlossen und das Verfahren wiederholt.
In einem alternativen Verfahren kann das gesamte oder ein Bereich des Gases in das Kunststoffmaterial nach dem anfänglichen Kunststoffeinspritzen (Schritt 110) und vor dem Kunststoffpackschritt (Schritt 112) eingebissen werden. Dies würde es erlauben, dass mehr von dem Gas in das Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum eingeführt wird. Das Absperrventil in der Düse könnte auch vor dem Gaseinspritzschritt aktiviert werden, um zu verhindern, dass Kunststoff zurück in die Spritzgießmaschine gedrückt wird. Das Ventil könnte dann wieder geöffnet werden, um zusätzliches Kunststoffmaterial in dem Formenhohlraum zu packen. Danach könnte das Absperrventil wieder geschlossen werden, wenn die Gaseinspritzung wieder gestartet wird.
Eine Bewegung der Einsatzelemente kann einen ausreichenden Druckabfall zur Verfügung stellen, um das Erfordernis eines wiederholten Abschaltens des Kunststoffflusses zu erübrigen. Auch könnte ein Verfahrensschritt zum Zurückweichen des Spanndruckes durch beispielsweise Öffnen der Form um einige Tausendstel Zoll für wenige Millisekunden und dann wieder Schließen der Form – nach oder zusammen mit der Bewegung der Einsatzelemente – verwendet werden. Dies würde es dem Kunststoffmaterial erlauben, in den Leerraum zu fließen, der durch die Verlagerung der Einsatzelemente entsteht, und hohle Bereiche auszubilden, die mit Gas in den Rippen gefüllt sind.
Ein Flussdiagramm, das schematisch diesen alternativen Prozess darstellt, ist in 12 gezeigt. Der Prozess ist allgemein durch das Bezugszeichen 200 gekennzeichnet. Bei dem Schritt 210 wird das Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum eingespritzt. Dann wird in Schritt 220 das gesamte oder ein Bereich des Gases in das Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum eingeblasen. Danach wird in Schritt 230 das Kunststoffmaterial in der Form durch den Zusatz von zusätzlichem Kunststoffmaterial bei einem höheren Druck gepackt. Dies sichert ab, dass das Kunststoffmaterial insgesamt den Formenhohlraum ausfüllt und fest gegen alle Oberflächen des Formenhohlraums gedrückt wird.
Wenn das gesamte Gas nicht schon früher eingeblasen wurde, wird dann die verbleibende Menge des unter Druck gesetzten Gases in das Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum eingeblasen. Dies ist in Schritt 240 gezeigt. Nach dem Kunststoffpackschritt 230 wird das Absperrventil in der Düse auch geschlossen, um zu verhindern, dass Kunststoffmaterial zurück in die Trommel der Spritzgießmaschine gedrückt wird.
Das Einsatzelement oder die Einsatzelemente werden unter Bildung von Leerräumen in dem Formenhohlraum und unter Erzeugung und eines zusätzlichen Volumens oder Volumina für das Kunststoffmaterial bewegt oder verlagert. Dies ist im Schritt 250 gezeigt. Ein Bereich oder Bereiche des noch geschmolzenen Kunststoffmaterials wird bzw. werden verlagert oder fließt bzw. fließen in die Leerraumvolumina, wie in Schritt 260 gezeigt. Es ist an diesem Punkt auch möglich, die Form, wie oben beschrieben, zu öffnen und zu schließen. Dies ist in dem alternativen Schritt 265 gezeigt. Wenn das Kunststoffmaterial in die Leerraumbereiche fließt oder gebracht wird, bildet das eingeblasene Gas hohle Bereiche in dem Kunststoffmaterial, speziell entlang der Rippenelemente.
Sobald der Kunststoffartikel voll ausgebildet ist, kann er sich abkühlen und verfestigen (Schritt 270). Sobald das Gas abgelassen ist (Schritt 280) oder der Gasdruck auf andere Weise irgendwie verringert wurde, wird die Form geöffnet und der geformte Kunststoffartikel wird aus dem Formenhohlraum entfernt oder herausgenommen (Schritt 290).
Die Rippenelemente, in welche das Gas einzuführen ist, sollten so entworfen sein, dass sie verhindern, dass Gas von der Rippenstruktur in die nominale Wanddicke des Artikels entweicht. Auch sollten die Einsatzelemente so dimensioniert sein, dass die Volumenerhöhung in dem Formenhohlraum proportional zu dem Volumen des Kunststoffmaterials ist, welches durch das Einblasen des Gases in die Rippenelemente verlagert wird. Fachkräfte in diesem Bereich haben ausreichendes Wissen, um diese Aufgaben auszuführen.
In der vorliegenden Erfindung wird das verfügbare Volumen des Formenhohlraums an einem vorbestimmten Punkt in den Kunststoffspritzgießprozess erhöht, um es dem geschmolzenen Kunststoffharz zu erlauben, an dem inneren der Rippenelemente durch das Einführen des Gases verlagert zu werden. Die vorliegende Erfindung erfordert nicht einen zweiten Hohlraum außerhalb des Formenhohlraums für eine Verlagerung des Kunststoffharzmaterials. Die Einsatzelemente kompensieren die Volumenvariation durch die Harzviskositätsvariation, die Spritzgießprozessen innewohnt.
Auch müssen mit der vorliegenden Erfindung Kunststoffmaterialvolumina von einem zweiten Hohlraum nicht recycelt oder nachgeschliffen werden. Dies eliminiert einen zusätzlichen Prozessschritt, welcher von anderen bekannten Prozessen resultiert.
Ein alternativer Mechanismus zum Verriegeln der Einsatzelemente an ihrem Platze ist in 11 gezeigt und allgemein durch das Bezugszeichen 170 gekennzeichnet. Das Einsatzelement 70' wird durch Federelemente 82' vorgespannt und ist durch ein Stangenelement 172 mit einem Kolbenelement 174 verbunden. Das Kolbenelement 174 ist in einer Kammer oder einem Container 176 positioniert, welcher mit einem steuer- oder regelbaren Fluid 178 gefüllt ist. Steuer- oder regelbare Fluide sind Materialien, die auf ein angewendetes elektrisches oder magnetisches Feld mit einer Änderung ihres Regelwiderstandverhaltens reagieren. Typischerweise zeigt sich diese Änderung, wenn die Fluide durch die Entwicklung einer Streckspannung einer Scherkraft ausgesetzt werden, die mehr oder weniger proportional zu der Höhe des angelegten Feldes ist. Diese Materialien werden allgemein als elektrorheologische (ER) oder magnetorheologische (MR) Fluide bezeichnet.
Herkömmliche Vorrichtungen, die steuer- oder regelbare Fluide verwenden, sind typischerweise nach entweder festen Polen (Ventilmodus) oder relativ beweglichen Polen (Direkt-Schermodus) eingeteilt. Ventilmodusvorrichtungen können Servoventile, Dämpfer und Stoßdämpfer aufweisen, während Direkt-Schermodusvorrichtungen Kupplungen, Bremsen, Spann- und Verriegelungsvorrichtungen aufweisen können. Die Ansprechzeit der Fluiddämpfung in diesen Vorrichtungen kann in der Größenordnung von 60 Millisekunden sein, wenn das Feld geändert wird.
Bei der Ausführungsform in dem System, das in 11 gezeigt ist, sind Spulen 180 mit einer elektrischen Stromquelle 182 verbunden. Wenn die Quelle 182 aktiviert wird, bewirkt der Strom durch die Spulen 180, dass das Fluid härtet, wodurch verhindert wird, dass sich das Kolbenelement 140 bewegt. Dies wiederum hält oder verriegelt das Einsatzelement 70' an seiner Stelle. Eine Aktivierung der elektrischen Stromquelle 182 kann in jeder Weise bewirkt werden, wie z.B. durch Auslösen durch einen Drucksensor 184, der in dem Formenhohlraum 186 positioniert ist. Ein Steuer- bzw. Regelsystem oder -mechanismus 188, das bzw. der vorzugsweise ein Mikroprozessor ist, ist eingestellt oder programmiert, um das Einsatzelement zu verriegeln, wenn ein bestimmter Druck in dem Formenhohlraum erreicht ist, welcher andererseits das Einsatzelement verschieben würde.
Das Verriegeln des Einsatzelementes könnte auch durch eine Messung der Bewegung des Schraubkolbens in der Spritzgießmaschine, durch bestimmte zeitliche Betrachtungen oder irgendwelche andere Methoden, die im Stand der Technik bekannt sind, ausgelöst werden. Zum Beispiel könnte ein linearer Wandler verwendet werden, welcher die axiale Bewegung des Schraubkolbens misst und mit einem Mikroprozessorsystem verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßes Einsatzelement 300 ist in den 13 und 14 gezeigt. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Einsatzelement nicht vorgespannt oder verstellbar, aber stattdessen rotierbar. Das Einsatzelement 300 ist vorzugsweise ein gestreckter Zylinder, welcher in einer Oberfläche 302 eines Formenhohlraums 303 positioniert ist. Das Einsatzelement 300 hat eine längliche Aussparung oder Nut 304, welche verwendet wird, um ein Rippenelement an dem Kunststoffartikel, der in dem Formenhohlraum ausgebildet wird, auszubilden oder auszudehnen. Die Rotation (Bewegung) des Elementes 300 wird durch einen Motor (mit einem geeigneten Getriebe usw., welches nicht gezeigt ist) bewirkt, welcher wiederum durch ein Steuer- bzw. Regelsystem oder -mechanismus 308 aktiviert wird. Das Einsatzelement 300 wird auch gestützt durch und ist rotierbar in Lagerelementen (nicht gezeigt), die vorzugsweise benachbart zu den Enden des Einsatzelementes positioniert sind.
Wenn das rotierbare Einsatzelement 300 in der Position ist, die in den 13 und 14 gezeigt ist, bildet ein Bereich seiner äußeren Oberfläche 310 einen Bereich einer Oberfläche des Formenhohlraums. Wenn jedoch der Motor 306 aktiviert wird und das Einsatzelement in der Richtung rotiert, die durch den Pfeil 312 gezeigt ist, wird die Aussparung oder Nut 304 in dem Formenhohlraum 303 geöffnet. Wenn das Einsatzelement in der letzteren Position ist, bewegt sich das Kunststoffmaterial, das verlagert wird, wenn das Gas eingeblasen wird, in die Grube 304' und füllt diese.
Eine alternative Ausführungsform eines rotierenden Einsatzelementes 320 ist in 15 gezeigt. Das Einsatzelement ist in einer Form 322 als Teil eines Einsatzmechanismus und Einsatzsystems 323 positioniert. Die Form 322 hat zwei Hälften 322A und 322B, in welchen ein Formenhohlraum 324 vorgesehen ist. Der Formenhohlraum 324 ist mit geschmolzenen Kunststoffmaterial 326, wie gezeigt, gefüllt.
Das Einsatzelement 320 rotiert um seine zentrale Achse 328 in die Rotationsrichtungen, die durch den doppelten Pfeil 330 gezeigt sind. Die Rotationshöhe kann in dem Bereich von 30°-180° sein, ist aber vorzugsweise von 60°-90°. In 15 ist der Rotationsgrad 90°.
Zwei Nuten 332 und 334 sind in dem Element 320 vorgesehen. Die Nuten erstrecken sich in der axialen Richtung des Einsatzelementes (in der Weise, die in 13 gezeigt ist). Die Nut 332 hat ein bewegliches Kolbenelement 336, welches durch einen Solenoiden 338 betrieben wird. Die obere Oberfläche 336A des Kolbenelementes 336 ist aufgeraut, z.B. durch Auszackungen oder Sägezahnkanten, wie gezeigt. Wenn die Nut 332 so positioniert ist, dass sie in Verbindung mit dem Formenhohlraum 324 ist, ist die gezackte Oberfläche 336A im Wesentlichen auf gleicher Höhe oder gleichem Niveau mit der unteren Oberfläche 324A des Formenhohlraums. Auf die Einspritzung des Kunststoffmaterials 326 in dem Formenhohlraum wird das Einsatzelement 320 rotiert, um die offene Nut 334 zu dem Formenhohlraum (wie in 15 gezeigt) zu öffnen. Das Nutelement 334 hat die Form eines Rippenelementes und wird verwendet, um einen Teil eines Rippenelementes 335 an dem geformten Kunststoffartikel auszubilden.
Um das Einsatzelement 320 von einer Position zu der anderen zu rotieren, wird der Solenoid 338 aktiviert und das Kolbenelement 336 wird in der Nut 322 auf die Position abgesenkt, die in 15 gezeigt ist. Dies verhindert, dass die gezackte Oberfläche 336A in die Kante der Öffnung 340 in der Oberfläche 324A des Formenhohlraums eingreift, oder dass die Auszackungen 342, die in der Bodenoberfläche des Kunststoffmaterials 326 in dem Formenhohlraum ausgebildet sind, geglättet werden. Die Auszackungen 342, die in dem Kunststoffmaterial ausgebildet sind, können eine verbesserte Verbindung oder Adhäsion des Kunststoffmaterials, welches in die Nut 334 fließt oder verlagert wird, zur Verfügung stellen. (Es ist auch möglich, diesen Prozess ohne irgendwelche Auszackungen oder aufgeraute Oberflächen an dem Kolbenelement 336 zu verwenden.) Auch um ein Verformen oder Beschädigen der gezackten Oberfläche 342 zu verhindern und/oder um zu erlauben, dass das Einsatzelement 320 frei zwischen den zwei Positionen rotiert, ist es möglich, die Oberfläche 344 an der Einsatzelementoberfläche zwischen den zwei Nuten 332 und 334 abzusenken oder zu verändern. Solch eine Oberfläche 344A ist in unterbrochenen Linien in 15 gezeigt.
Die Wirkungsweise des Einsatzelementes ist während des gasunterstützten Kunststoffspritzgießprozesses die gleiche wie oben beschrieben, speziell im Hinblick auf die 13 und 14. Der erfindungsgemäße Prozess bildet einen hohlen Abschnitt 350 in dem Rippenelement 335.
Eine andere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Prozesses und speziell, wobei die rotierenden Einsatzelemente, die oben im Hinblick auf die 13-14 und 15 beschrieben sind, verwendet werden könnten, ist in den 16A-16F gezeigt. Der Prozess ist allgemein durch das Bezugszeichen 400 gekennzeichnet. 16A zeigt den ersten Schritt in dem Prozess, in welchem der Formenhohlraum 402 mit Kunststoffmaterial 404 gefüllt wird. Das Kunststoffmaterial wird dem Formenhohlraum durch ein herkömmliches Schmelzbelieferungssystem, wie z.B. eine Düse, einen Heißkanal, einen Kaltkanal usw., die alle allgemein durch das Bezugszeichen 406 gekennzeichnet sind, zugeführt. Ein rotierendes Einsatzelement 410 ist unter einem Abschnitt des Formenhohlraums und Artikels positioniert. In 16B wird der Formenhohlraum mit zusätzlichem Kunststoffmaterial gepackt, was das Kunststoffmaterial 404 in jeden Bereich und gegen jede Oberfläche des Formenhohlraums 404 zwingt.
16C zeigt die Position des Einsatzelementes 410, nachdem es rotiert wurde, was die offene Nut 412 zu dem Formenhohlraum 404 öffnet. Diese Rotation findet vorzugsweise vor einem Eingusskanalerstarren oder Abdichten statt und erzeugt einen Bereich niedrigen Drucks unter dem Teil für das Kunststoffmaterial 404A, um hineinzufließen. Das Kunststoffmaterial wird teilweise in die Nut 412 unter herkömmlichen Drücken fließen und einen Teil des Rippenelementes 404B ausbilden. Dies ist in 16D gezeigt.
Unter Druck gesetztes Gas 415 wird dann in das Kunststoffmaterial 404A und 404B in der Nut 412 eingeblasen. Das Gas wird durch einen Einlass 418 eingeblasen. Da das Rippenelement die größte Dicke des Kunststoffmaterials in dem Formenhohlraum hat und daher das heißeste und am meisten flüssige zerschmolzene Kunststoffmaterial enthält, wird das Gas in den Bereich fließen. Dies ist in 16E gezeigt. Der Gasdruck wird das Kunststoffmaterial in den verbleibenden offenen Bereich in der Nut, wie in 16F gezeigt, herausdrücken oder verlagern. Dies bildet die vollständigen Rippenelemente mit einem hohlen Abschnitt 415 entlang seiner Länge. Das Rippenelement hat eine im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke über seine Länge.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben im Hinblick auf eine Bildung von hohlen Rippenstrukturen in Verkleidungskomponenten von Platten beschrieben wurde, ist es verständlich, dass die vorliegende Erfindung in jedem gasunterstützten Spritzgießprozess oder -system verwendet werden kann.
Während die Erfindung in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es verständlich, dass der spezifische Mechanismus, die Prozesse und Verfahren, welche beschrieben wurden, lediglich Beispiele der Prinzipien der Erfindung sind, wobei an dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung viele Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie er in den zugehörigen Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines spritzgegossenen Kunststoffartikels (50) mit wenigstens einem hohlen Bereich (46), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Einspritzen einer Menge eines Kunststoffmaterials in einen Formhohlraum (40), wobei die Menge des Kunststoffmaterials ausreichend ist, um den Formenhohlraum (40) vollständig zu füllen; – Nachdrücken des Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum (40); – Einblasen eines fluiden Materials in das gepackte Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum (40); – Erhöhen des Volumens des Formhohlraums (40) durch Rotieren eines Einsatzelementes (300, 410) mit einer Nut (304) darin; – Verlagern eines Bereiches des Kunststoffmaterials in die Nut (304) durch das fluide Material und dadurch Erzeugen eines hohlen Bereiches in dem Kunststoffmaterial, das den Artikel (50) ausbildet; – Abkühlen und Verfestigen des fertigen Kunststoffartikels im Formhohlraum (40); – Ablassen des fluiden Materials aus dem hohlen Bereich des Kunststoffartikels (50); und – Entfernen des Kunststoffmaterials aus dem Formhohlraum (40).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fluide Material ein Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kunststoffartikel (50) wenigstens ein Rippenelement (54) hat und der hohle Bereich (350) in dem Rippenelement (54) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge von Kunststoffmaterial mit einem ersten Druck eingespritzt wird und auf das Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum (40) ein Nachdruck aufgebracht wird, der größer als der erste Druck ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das fluide Material in das durch Nachdruck verdichtete Kunststoffmaterial bei einem dritten Druck eingebracht wird.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei der dritte Druck größer als der Nachdruck ist.
Verfahren zum Herstellen eines spritzgegossenen Kunststoffartikels (50) mit einem hohlen Rippenelement (54), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Einspritzen einer Volleinspritzung von Kunststoffmaterial in einen Formhohlraum (40) mit einem ersten Druck, wobei der Formhohlraum (40) einen Bereich aufweist, der das Rippenelement (54) an dem Kunststoffartikel (50) ausbildet, und der Formhohlraum (40) ein rotierbares Einsatzelement (300, 410) in diesem Bereich aufweist, wobei das rotierende Element (300, 410) mit einer Aussparung (304) versehen ist; – Nachdrücken des Kunststoffmaterials in dem Formenhohlraum (40) bei einem zweiten Druck, der größer als der erste Druck ist; – Rotieren des Einsatzelementes (300, 410), um die Aussparung (304) in Verbindung zu dem Formhohlraum (40) zu positionieren; – Einblasen eines Gases in das Kunststoffmaterial in dem Bereich des Rippenelements (54) und Verlagern eines Bereiches des Kunststoffmaterials in die Aussparung (304); und – Abkühlen und Verfestigen des fertigen Kunststoffmaterials im Formhohlraum.
Verfahren nach Ansprach 7, welches weiter ein Ablassen des Gases aus dem Kunststoffmaterial und ein Entfernen des fertigen Kunststoffartikels (50) aus dem Formhohlraum (40) aufweist.