DE10358929B4

DE10358929B4 - Fluidunterstütztes Mehrfachhohlraumkunststoffspritzgießen

Info

Publication number: DE10358929B4
Application number: DE10358929A
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Canton Homann
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: DE10358929A1; DE10358929C5; GB0413409D0; GB2403450B; US6787097B1; GB2403450A

Abstract

Ein fluidunterstütztes Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem (100), welches aufweist:
eine Form mit einer Mehrzahl von Teilhohlräumen (101, 102, 103, 104), wobei jeder der Hohlräume (101, 102, 103, 104) eine Längsachse hat, die in der vertikalen Richtung orientiert ist, und ein oberes vertikales Ende (B) und ein unteres vertikales Ende (A) hat;
Angußdüsen (101A, 102A, 103A, 104A), die an den unteren vertikalen Enden (A) jedes der Mehrzahl von Teilhohlräumen (101, 102, 103, 104) positioniert sind, und Anschlusselemente (111, 112, 113, 114) in jedem der Teilhohlräume (101, 102, 103, 104), wobei die Anschlusselemente (111, 112, 113, 114) in den unteren vertikalen Enden (A) der Teilhohlräume (101, 102, 103, 104) positioniert sind und geeignet sind, ein Fluid unter Druck in die Teilhohlräume (101, 102, 103, 104) einzubringen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidunterstütztes Kunststoffspritzgießen und im speziellen auf einen verbesserten Prozess und eine Formgestaltung zum verbesserten Herstellen von hohlen Artikeln in einem Mehrfachhohlraumsystem.
Hintergrund der Erfindung
Heute sind viele Prozesse und Systeme für spritzgegossene Kunststoffartikel bekannt. In einer Anzahl dieser Systeme und Prozesse wird unter Druck gesetztes Gas, wie z.B. Stickstoff, in Verbindung mit dem Einspritzen des Kunststoffmaterials verwendet. Das unter Druck gesetzte Gas erzeugt hohle Innenbereiche in dem geformten Artikel, welche in Gewichts- und Materialeinsparungen resultieren, wodurch Kosten reduziert werden. Durch ein Reduzieren der Dicke der Wände des Teils reduziert die Verwendung von unter Druck gesetztem Gas auch die Zykluszeit, um die Artikel herzustellen. Das unter Druck gesetzte Gas übt auch einen nach außen gerichteten Druck aus, um das Kunststoffmaterial gegen die Formoberflächen zu drücken, während sich die Artikel verfestigen, wodurch bessere Oberflächen an den geformten Artikeln zur Verfügung gestellt werden und Einfallstellen und andere Oberflächendefekte reduziert oder eliminiert werden.
Bei dem gasunterstützten Kunststoffspritzgießen existieren viele Probleme und Bedenken, wie auch bei dem herkömmlichen Kunststoffspritzgießen. Spritzgegossene Artikel schrumpfen von ihrer Hohlraumgröße, und die Spannungen in dem Material, die durch den Spritzgießprozess erzeugt werden, führen oft zu einer Verzerrung oder Verkrümmung der Endprodukte. Jede nicht gleichmäßige Wanddicke von Kunststoffteilen, die durch gasunterstütztes Kunststoffspritzgießen hergestellt wurden, kann auch Spannungen in den Produkten erzeugen, welche zu einem Verkrümmen und Verdrehen der Endprodukte führen können, wenn diese abkühlen und sich verfestigen.

Sowohl in dem herkömmlichen Kunststoffspritzgießen als auch in dem gasunterstützten Kunststoffspritzgießen wie in der WO 98/34771 A1 ist es allgemein bekannt, viele Hohlräume in einer Form zu verwenden. Dies erhöht die Anzahl von Kunststoffprodukten, die in jedem Einspritzzyklus geformt werden können, wodurch Kosten reduziert und die Produktivität und der Ertrag erhöht werden können. Mehrfachhohlraumsysteme verwenden typischerweise Verteilerrohre, Heißkanalsysteme und dergleichen, um das Kunststoffmaterial zu jedem der Formenhohlräume zu liefern. Dies kann zusätzliche Schwierigkeiten und Bedenken bei den Spritzgießprozessen erzeugen. Außerdem ist es beim gasunterstützten Mehrfachhohlraumkunststoffspritzgießen oft schwierig, Produkte von jedem der Formenhohlräume zu erzeugen, welche exakt die gleichen sind. Sich ändernde Drücke, Temperaturen und Gaseinblascharakteristiken können Produkte eines Mehrfachhohlraumspritzgießprozesses erzeugen, welche verschieden große und geformte hohle Bereiche haben, wodurch einige Teile erzeugt werden, die eine größere Tendenz als andere haben, sich zu verkrümmen oder zu verdrehen.

Die oben genannten Probleme und Formschwierigkeiten sind besonders spürbar, wenn die Artikel, die hergestellt werden, länglich (das heißt lang und eng) in ihrer Form sind. Bei länglichen geformten Kunststoffartikeln ist es oft schwierig, das Gas entlang der gesamten Länge des Artikels strömen zu lassen oder Wände gleicher Dicke zu erzeugen. Dies resultiert oft in dickeren Kunststoffabschnitten an Stellen entlang der Länge des länglichen Artikels, speziell an einem oder beiden der Enden. Die ungleichmäßige Dicke verlängert den Kühlungs- und Produktzyklus, und erzeugt Produkte, die eine erhöhte Tendenz haben, sich zu verkrümmen oder zu verzerren.

Hier bestehen verschiedene Qualitäts- und Produktionsprobleme, die sich als Resultat von herkömmlichen Ansätzen entwickeln. Hier gibt es ästhetische Probleme oder Oberflächenunzulänglichkeiten, die von einem Mangel des internen Schmelzdruckes während des Füllens des Formenhohlraums oder durch die ungleichmäßige Spitze des vorderen Bereiches der Schmelze in dem Hohlraum resultieren. Wie angedeutet, gibt es hier auch Abmessungsprobleme, die in einer ungleichmäßigen Restwanddicke resultieren. Dies wird teilweise durch Flussungleichgewichte in dem Formenhohlraum als auch durch Volumenerfordernisse durch das Flussungleichgewicht verursacht. Auch besteht in einigen herkömmlichen Systemen eine Unfähigkeit, den Gasdruck von dem geformten Artikel abzulassen, was neben anderen Dingen die Zykluszeit erhöht.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem bekannten System dahingehend verbessertes mehrfachhohlraumunterstütztes Kunststoffspritzgießsystem zur Verfügung zu stellen, dass der Kunststoff in einer ausgeglichen Weise in alle der Formhohlräume fließt, und die resultierenden Produkte gleiche Wanddicken haben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung wird speziell bei dem Formen von länglichen hohlen Kunststoffprodukten verwendet.

Gemäß der Erfindung sind die länglichen Formenhohlräume in der vertikalen Richtung zu der Stelle des Eingusstrichters orientiert, der sich an dem Boden von jedem der Formenhohlräume befindet, so dass die Richtung der Schmelzfrontspitze vertikal von dem Boden des Hohlraums zu dem Oberen ist. Ein Ventiltrichterheißkanalsystem wird verwendet, um den Gasdruck von dem Harzverteilungssystem zu isolieren. Die Stelle des Gasanschlusses ist auch benachbart zu dem Trichterende des Formenhohlraums und befindet sich auch benachbart zu oder vor dem Harzeintrittspunkt.

Eine bevorzugte Heißkanalkonfiguration ist ein „X"-Muster, welches jedem der Ventiltrichter gleiche Flusslängen des Kunststoffmaterials zur Verfügung stellt. Der Einlauf von der Einspritzdüse sollte vorzugsweise direkt in das Zentrum der Heißkanalverteilerrohre gerichtet sein. Dies resultiert in einer Einlaufdurchführung, die von der Mittellinie der Form versetzt ist. Diese Konfiguration stellt den Mehrfachhohlräumen eine optimale Gleichmäßigkeit des dynamischen Flusses des Harzes zur Verfügung.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein „H-Muster"-Heißkanalelement verwendet. Dieses versetzt den Einlauf und erlaubt es, an der Mittellinie der Form zu bleiben. Obwohl diese Ausführungsform in einem Flussungleichgewicht resultiert, kann dies künstlich kompensiert werden.

In dem erfindungsgemäßen System wird ein kurzer Schuss bzw. eine kurze Einspritzung von Kunststoffmaterial in jeden der Hohlräume in der Form eingespritzt. Das geschmolzene Harz wird durch herkömmliche Einspritzverfahren in den Hohlraum von dem Boden jedes der vertikal orientierten Formenhohlräume gespritzt. Die Materialmenge, die in jeden der Formenhohlräume eingespritzt wird, ist gleichmäßig. Wenn der Kunststoffeinspritzprozess beendet ist, schließen die Ventiltrichter, um jeden der Hohlräume zu isolieren. Unter Druck gesetztes Gas wird dann an den Trichterenden von jedem der Teile eingeführt. Dies verlagert das geschmolzene Harz, das sich in dem Inneren der Teile befindet, und füllt vollständig die Formenhohlräume mit dem Harz. Unter Druck gesetztes Gas wird dann vorzugsweise zur Verfügung gestellt, um die geformten Artikel in den Formenhohlräumen zu packen. Danach, sobald sich die Teile abgekühlt und verfestigt haben, wird das Gas abgelassen und das unter Druck gesetzte Gas wird von dem Inneren der geformten Teile entfernt. Dies reduziert den Gasdruck in dem Inneren der geformten Teile. Schließlich wird die Form geöffnet und die Teile werden herausgenommen.

Nachdem die geformten Teile aus den Formenhohlräumen entfernt sind, wird die Form geschlossen und der Zyklus wird wiederholt.

Die obigen Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sofort aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung ersichtlich, wenn sie in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Formenhohlraum zum Herstellen eines länglichen, gasunterstützt-geformten Artikels.
2 zeigt schematisch ein herkömmliches 2-Hohlraumsystem und ein Formdesign für ein gasunterstütztes Spritzgießen von länglichen Artikeln.
3 zeigt ein herkömmliches 4-Hohlraumformdesign und ein Verfahren zum Herstellen gasunterstützter kunststoffspritzgegossener länglicher Artikel.
4A und 4B zeigen Schritte des herkömmlichen gasunterstützten Kunststoffspritzgießens von länglichen Artikeln.
5A und 5B zeigen ein anderes herkömmliches gasunterstütztes Kunststoffspritzgießen von länglichen Kunststoffartikeln.
6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A und 7B zeigen schematisch den gasunterstützten Spritzgießprozess gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Flussdiagramm, das die Grundschritte in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Die 1 bis 3 zeigen herkömmliche einzelne, doppelte und mehrfachhohlraumgasunterstützte Kunststoffspritzgießsysteme. Wie in 1 gezeigt, ist ein Formenhohlraum 10 zur Verfügung gestellt, um einen länglichen geformten Kunststoffartikel auszubilden. Der Hohlraum 10 ist in einer zweistückigen Form (nicht gezeigt), welche zwischen Plattenelementen positioniert ist, welche an einer herkömmlichen Spritzgießmaschine positioniert sind. Eine typische Form hat zwei Hälften, einen Kern und einen Hohlraum. Die zwei Hälften sind separat mit Platten an der Spritzgießmaschine verbunden und sind angepasst, um relativ zueinander bewegt zu werden, um den Formenhohlraum zu öffnen und zu schließen. All diese Eigenschaften sind herkömmlich und Fachkräften auf dem Gebiet bekannt und keine weitere Erläuterung scheint hier notwendig.
Das Kunststoffteil, welches mit dem Formenhohlraum 10, der in 1 gezeigt ist, hergestellt wird, ist ein Türgriff oder eine Klinke vorzugsweise eines Fahrzeugs, eines Apparates oder dergleichen. Das Teil hat einen zentralen Körperbereich 12 mit zwei Enden 13 und 14 und zwei Gelenkelemente 15 und 16. Kunststoff wird in den Formenhohlraum 10 durch einen Trichter 20 eingeführt. Das Kunststoffmaterial wird dem Trichter durch einen Kanal 22 zur Verfügung gestellt. Für das speziell gezeigte Teil ist auch eine Flussführung 24 vorgesehen, um dem Gelenkbereich 16 des Artikels Kunststoffmaterial zur Verfügung zu stellen. Das unter Druck gesetzte Gas wird in den Formenhohlraum durch einen Gasanschluss 26 eingeführt. Die tatsächliche Orientierung des Formenhohlraums 10 in der Form relativ zu der Formmaschine kann horizontal oder vertikal, in Abhängigkeit von dem Belieben des Designers, sein.
Wenn Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum 10 von dem Trichter 20 und der Flussführung 24 eintritt, fließt es entlang der Länge des Formenhohlraums zu einem Ende 13. In dem speziell gezeigten Artikel tritt das geschmolzene Harz durch die Flussführung ein und füllt den Verschluss 16 und ergießt sich dann über einen Gelenkbereich 17 und schneidet die Schmelzfront, welche durch den Trichter 20 eintritt. Wenn sich die Schmelzfront mit der Flussführungsschmelze schneidet, bewegt die Front kühleres Harz zu dem Ende der Schmelzfront in einer wesentlichen Entfernung entlang der Länge des Hohlraums 10. Oft tritt ein Ausschrägungsdefekt an einem Bereich 19 auf, der in dem Formenhohlraum 10 gezeigt ist.
Sobald der kurze Schuss von Kunststoffmaterial in den Formenhohlraum eingespritzt ist, wird Gas in die Schmelze durch den Gasanschluss 26 eingeführt. Das unter Druck gesetzte Gas bildet einen hohlen Abschnitt im Wesentlichen in dem Zentrum des Kunststoffartikels, was das Kunststoffmaterial dazu bringt, den Formenhohlraum vollständig auszufüllen und die fertige Außenoberfläche des geformten Teils auszubilden. Danach wird bei herkömmlichen gasunterstützten Kunststoffspritzgießsystemen der Gasdruck typischerweise erhöht oder gehalten, um das Kunststoffmaterial gegen die Wände des Formenhohlraums zu bringen, bis sich das Teil verfestigt und abkühlt, um es in seiner Form zu bewahren. Sobald dies erledigt ist, wird der eingeblasene Gasdruck von hohlen Bereichen des Artikels verringert (abgelassen oder abgesaugt). Dies wird typischerweise durch Ablassen des Gases durch den Gasanschluss 26 ausgeführt. Danach wird die Form geöffnet und das Teil wird aus dem Formenhohlraum 10 herausgebracht. Typischerweise werden ein oder mehrere Auswerfer Anschlusse (nicht gezeigt) verwendet, um das Herausbringen des Teils aus dem Formenhohlraum zu unterstützen. Sobald der Zyklus beendet ist, wird die Form geschlossen und der Zyklus wird wiederholt.
2 zeigt schematisch ein gasunterstütztes 2-Hohlraum-Kunststoffspritzgießsystem und ein Verfahren. Das System ist durch das Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. In diesem System sind zwei Formenhohlräume 32 und 34 vorgesehen. Kunststoff wird in die Formenhohlräume 32 und 34 durch ein Heißkanalsystem 36 eingespritzt. Kunststoff wird in das Heißkanalsystem an einem Punkt 38 eingespritzt, welcher sich an der Mittellinie 40 der Form und des Formsystems befindet. Kunststoffmaterial, welches in das Heißkanalsystem 36 eingespritzt wird, wird in die Formenhohlräume 32 und 34 durch Trichter 32A bzw. 34A eingespritzt. Der Einlauf an dem Einspritzpunkt 38 in das Heißkanalsystem ist von der Einspritzeinheit durch eine Absperrdüse (nicht gezeigt) isoliert.
Unter Druck gesetztes Gas wird in die Formenhohlräume 32 und 34 durch Einspritz Anschlusse 42 bzw. 44 eingeführt.
Wenn der Spritzgießprozess unter Verwendung des 2-Hohlraumformdesigns und -systems, wie in 2 gezeigt, ausgeführt wird, wird ein kurzer Schuss von Kunststoffmaterial zuerst durch die Trichter 32A und 34A in jeden der Formenhohlräume eingespritzt. Sobald das Kunststoffeinspritzen beendet ist, wird die Schließdüse geschlos sen und Gas wird in jeden der Formenhohlräume durch Gasanschlüsse 42 und 44 eingeblasen.
Bei herkömmlichen 2-Hohlraumformdesigns sind die Formenhohlräume und Heißkanalsysteme ausgeglichen und gleichmäßig hergestellt, wie in 2 gezeigt. Wie gezeigt, sind die Formenhohlräume 32 und 34 typischerweise in einer vertikalen Richtung orientiert und das Harzverteilungssystem ist so ausgeglichen, dass Kunststoffmaterial in einen Hohlraum (in diesem Fall den Hohlraum 32) an seinem unteren Ende und in den anderen Hohlraum (in diesem Fall den Hohlraum 34) an seinem oberen Ende eingeführt wird.
Wenn das herkömmliche Formdesign, wie in 2 gezeigt, verwendet wird, ist der Druck in dem Formenhohlraum 32 durch das höhere Volumen des Harzes und/oder das Gas, was eingeblasen wird, höher. Dies bewirkt, dass das Gas den niedrigsten Druckbereich sucht, welcher in diesem Formdesign der Hohlraum 34 ist. Wenn das Gas zu dem niedrigen Druckbereich geht, verlagert es das geschmolzene Harz von dem Kanalsystem 36 in den Hohlraum 34. Das Harz tritt in den Hohlraum 34 durch den Trichter 34A ein, was eine zusätzliche Menge an Kunststoffmaterial 43 an dem oberen Ende des geformten Teils erzeugt und oft den Gasanschluss 44 abdeckt. Das verlagerte Kunststoffmaterial von dem Kanalsystem deckt den Gasanschluss 44 und das Ablassloch ab, wenn sich der Anschluss zurückzieht. Dies verhindert ein Ablassen oder Absaugen von Gas aus dem Teil, das in dem Formenhohlraum 34 auf herkömmliche Weise produziert wird. Statt dessen kann die Formzykluszeit erhöht werden, um es dem Gasdruck zu erlauben, sich natürlich zu verteilen, bevor die Form geöffnet werden kann und die Teile herausgebracht werden. Dies stellt nicht nur zwei Kunststoffteile zur Verfügung, deren Gewichte oder Wanddicken nicht gleichmäßig sind, sondern erhöht die Zykluszeit und reduziert die Effizienz des Prozesses. Auch hat das geformte Teil, welches eine größere Menge an Kunststoff an einem Ende hat, eine größere Tendenz, sich zu verwölben oder zu verzerren, wenn das Teil aus der Form entfernt wird.
3 zeigt ein herkömmliches Mehrfachhohlraumformdesign und ein -system 50. In diesem Design sind vier längliche Formenhohlräume 51, 52, 53 und 54 vorgesehen. Die vier Hohlräume sind alle mit einem herkömmlichen Harzverteilungssystem 56 verbunden, welches ein Kalt- oder Heißkanalsystem sein kann. Ein herkömmlicher Kalteinlauf ist in dem geometrischen Zentrum 58 des Heißkanalsystems vorgesehen, welches an der Mittellinie 60 der Form ist. Das geschmolzene Kunststoffmaterial von der Spritzgießmaschine (nicht gezeigt) wird in die vier Formenhohlräume an Trichtern 51A, 52A, 53A bzw. 54A eingespritzt. Gas wird in die vier Formenhohlräume durch Gasanschlüsse 61, 62, 63 bzw. 64 eingeführt.
In dem System 50 wird das geschmolzene Harz zu dem Hohlraum durch das Harzverteilungssystem befördert, das aus dem Einlauf 58, dem Kanalsystem 56 und den Trichtern 51A bis 54A besteht. Die Front des geschmolzenen Harzes bewegt sich von den Formtrichtern zu den gegenüberliegenden Enden des Formenhohlraums. Nachdem der kurze Schuss oder ein Teilvolumen des Harzes in die vier Formenhohlräume eingespritzt ist, wird unter Druck gesetztes Gas durch die Gasanschlüsse 61 bis 64 eingeführt. Das Gas verlagert das geschmolzene Harz in das Innere und bringt den geschmolzenen Kunststoff dazu, vollständig die Formenhohlräume auszufüllen. Dies definiert die Artikelgeometrie in jedem der vier Hohlräume.
Wie in 3 gezeigt, erzeugen herkömmliche Formdesigns, welche eine Gleichmäßigkeit und ein Gleichgewicht in dem System aufrechterhalten und das Kunststoffmaterial an der Mittellinie der Form einspritzen, eine Situation, wo das Kunststoffmaterial an den oberen Enden von zweien der Formenhohlräume (Hohlräume 53 und 54) und an den unteren Enden der anderen zwei Formenhohlräume (Hohlräume 51 und 52) eingefüllt wird. Dies resultiert in der Ausbildung von geformten Kunststoffartikeln, welche oft unähnlich sind, verschiedene Bereiche von Wanddicken haben und verschiedene Krümmungs- und Verzerrungseigenschaften haben, wenn die Teile schließlich aus den Formenhohlräumen herausgebracht werden. In dieser Hinsicht zeigen die 4A und 4B schematisch die Bildung und Produktion von zweien der Teile aus dem Mehrfachhohlraumformsystem 50. Wie in 4A gezeigt, ist, wenn das Kunststoffmaterial 70 zuerst in jeden der Formenhohlräume 53 und 54 eingeführt wird, die Schmelzfront 72 nicht gleichmäßig oder konsistent. Statt dessen hängt das Kunststoffmaterial, wie gezeigt, herab und wird auch oft aus dem Zentrum heraus von der Mittellinie 74 entlang der Seite gegenüber der Trichter 53A und 54A positioniert.
Im Ergebnis sind, wenn das Gas in die Formenhohlräume 53 und 54 eingeblasen ist, die resultierenden ausgehöhlten Räume 76 und 77 nicht in dem Produkt zentriert, was in ungleichmäßigen Wanddicken des Produktes resultiert. Dies ist in 4B gezeigt. Die hohlen Bereiche 76 und 77 sind von den Mittellinien 74 abgesetzt, was größere Bereiche an Kunststoffmaterial 87 und 79 entlang der Seiten der geformten Produkte als auch größere und dickere Endelemente 80 und 81 an den distalen Enden der Formenhohlräume erzeugt.
Die aus der Mitte gebrachten hohlen Kammern, die durch das eingeblasene Gas ausgebildet werden, und die resultierenden Dickendifferenzen der Wandbereiche des geformten Produktes zeigen sich auch in Formenhohlräumen, welche horizontal orientiert sind. Dies ist in den 5A und 5B gezeigt. Kunststoffmaterial 92 wird in den Formenhohlraum 90 durch einen Einlasstrichter 94 eingespritzt. Hier existiert die gleiche Situation bei horizontal orientierten Formenhohlräumen unabhängig davon, ob der Trichter 94 an dem Oberen, am Ende oder am Boden des Endes 90A des Formenhohlraums ist. In den 5A und 5B ist der Trichter 94 nur an dem Oberen des Endes 90 aus illustrativen Zwecken positioniert.
Wenn das Kunststoffmaterial 92 in den Formenhohlraum 90 eingespritzt ist, wird die Schmelzfront 92A durch die Schwerkraft in der Konfiguration ausgebildet, die in 5A gezeigt ist. Wie gezeigt, ist die Schmelzfront über den Querschnittsbereich des Formenhohlraums 90 nicht gleichmäßig.
Eingeblasenes Gas wird in den Formenhohlraum 90 und das Kunststoffmaterial 92 durch einen Gasanschluss 96 eingeführt. Wie in 5B gezeigt, ist die Gaskammer 98, die innerhalb des Kunststoffmaterials ausgebildet ist, wenn es vollständig den Formenhohlraum füllt, von der Mittellinie 99 abgesetzt. Dies bildet einen dickeren Wandabschnitt 92B entlang der zentralen Bereiche des Endproduktes als auch einen dickeren Endbereich 92C. Wie oben ausgeführt, erzeugen die dickeren Bereiche 92B und 92C wiederum längere Zykluszeiten für den Formprozess und erhöhen auch die Wahrscheinlichkeiten eines Verzerrens oder Verkrümmens des geformten Produktes, sobald es aus dem Formenhohlraum herausgebracht wird.
Ein gasunterstütztes Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 6 gezeigt. Das System ist allgemein durch das Bezugszeichen 100 gekennzeichnet. In dem gezeigten Mehrfachhohlraumsystem sind vier For menhohlräume 101, 102, 103 und 104 dargestellt. Es ist natürlich verständlich, dass eine andere Anzahl von Hohlräumen in einem Mehrfachhohlraumsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte und auch seine Vorzüge und Vorteile realisiert.
In dem System 100 sind alle Formenhohlräume 101 bis 104 vertikal orientiert, wobei untere Enden „A" vertikal unter oberen Enden „B" positioniert sind. Das Gas wird durch Trichter 101A, 102A, 103A und 104A an den unteren Enden „A" jedes der Formenhohlräume eingeblasen. Um dies auszuführen, wird ein Verteilerrohrkanalsystem 106 verwendet. Vorzugsweise hat das Kanalsystem 106 eine „X"-förmige Orientierung, wie in 6 gezeigt, mit Kanalelementen 106A, 106B, 106C und 106D gleicher Länge. Das Kunststoffmaterial wird durch einen Einlauf 108 eingespritzt, welcher in dem Zentrum der „X"-Anordnung ist. Auf diese Weise geht das Kunststoffmaterial die gleiche Entfernung von dem Einführpunkt 108 in dem Kanalsystem zu den Formenhohlräumen 101 bis 104.
Jeder der Trichter 101A bis 104A hat Absperrventile irgendeines Typs, wie z.B. Heißspitzendurchführungen, welche den Kunststoffmaterialfluss in die Formenhohlräume steuern bzw. regeln.
Wie in 6 gezeigt, ist die Mittellinie 116 des Verteilerrohrs von der Mittellinie der Form 118 versetzt. Diese Anordnung könnte einige Schwierigkeiten bei ungleichmäßigen Formdrücken während des Formprozesses erzeugen, sollte aber durch Fachkräfte auf diesem Gebiet überwunden werden.
Das Gas, welches in das Kunststoffmaterial in den Formenhohlräumen eingeblasen wird, wird durch Gasanschlüsse 111, 112, 113 und 114 in die vier Formenhohlräume 101, 102, 103 bzw. 104 eingeblasen.
Wie in 6 gezeigt, ist die Lage jedes der Gasanschlüsse 111 bis 114 direkt in einer Linie mit den Ventiltrichtern 101A bis 104A, in welche der Kunststoff in die Formenhohlräume eingespritzt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Lage der Gasanschlüsse vorzugsweise entweder an der Position oder an einer Position weiter weg von den Enden „A" des Formenhohlraums und in der Richtung der Enden „B" der Formen hohlräume. Mit anderen Worten, die Gasanschlusslage ist an dem Trichterende des Teils vorzugsweise entweder an der Trichterstelle oder vor dem Trichter oder der Harzeingangsöffnung. Die Gasanschlusslage ist vorzugsweise in dem vertikalen Zentrum des Formenhohlraums. Wie gezeigt, ist die bevorzugte Harzverteilungs(Heißkanal)Konfiguration ein „X"-Muster, mit gleichen Flusslängen zu allen Ventiltrichtern. Zusätzlich sollte der Einlauf 108 direkt in dem Zentrum des Heißkanalverteilerrohrs 106 sein, was in einer Einlaufdurchführung resultiert, die von der Mittellinie der Form versetzt ist. Diese Konfiguration stellt die größte Gleichmäßigkeit und einen dynamischen Fluss des Harzes in die Formenhohlräume 101 bis 104 zur Verfügung.
Die Kunststoffmaterialmenge, die in jeden der Formenhohlräume eingespritzt wird, sollte auch so ausgeglichen sein, dass jeder Hohlraum das gleiche Gewicht und die gleiche Menge an Kunststoffmaterial hat. Wenn ein oder mehrere Hohlräume mehr Harz als die anderen haben (das heißt eine Überfüllungssituation), dann könnte das Material entpacken und ein Verkrümmen oder Verzerren des geformten Produktes bewirken. Wenn ein oder mehrere der Hohlräume weniger Harz als die anderen haben (das heißt eine Unterfüllungssituation), dann würde das Material eher einem Scheren und einer Verformung ausgesetzt sein, und das Material würde wahrscheinlich das eingeblasene Gas dazu bringen, ein „Ausblasen" durch das Material zu bewirken. Vorzugsweise sollte das Kunststoffgewicht in jedem der Hohlräume um nicht mehr als 1% differieren.
Um die Menge an Kunststoffmaterial, die in jeden der Formenhohlräume eingespritzt wird, auszugleichen, können Trichterblöcke 142 in jedem der Durchläufe (106A bis 16D) installiert werden. Die Trichterblöcke können manuell eingestellt werden und wirken als Drosseln oder Einschränkungselemente in den Kunststoffmaterialkanälen.
Bei den Formenhohlräumen, die in der vertikalen Richtung orientiert sind, ist das Kunststoffmaterial in der Form gleichmäßiger und die geformten Teile haben im Wesentlichen durchweg gleiche Wanddicken. Dies ist in den 7A und 7B gezeigt. In den 7A bis 7B sind die Formenhohlräume 103 und 104 aus illustrativen Zwecken gezeigt.
Das Kunststoffmaterial 130, welches in die Formenhohlräume 103 und 104 eingespritzt wird, geht vertikal nach oben von den Enden „A" zu den Enden „B" der Hohlräume. Die Schmelzfronten 130A sind über die Formenhohlräume, wie in 7A gezeigt, relativ gleichmäßig. Sobald das geschmolzene Harz durch herkömmliche Mittel in die Hohlräume bis zu einem Volumen, das niedriger als das Gesamtvolumen der Schmelzenhohlräume ist, eingespritzt ist (das heißt ein kurzer Schuss und Kunststoffmaterial wird eingespritzt), wird Gas unter Druck durch Gasanschlüsse 113 und 114 eingeblasen. Das unter Druck gesetzte Gas wird durch das Kunststoffmaterial zu den oberen Enden „B" der Formenhohlräume unter Bildung hohler Kunststoffteile gebracht. Wie in 7B gezeigt, bildet das Gas hohle Bereiche 140 etwa in dem Zentrum des Kunststoffmaterials 130. Wie auch in 7B gezeigt, haben die Wände der Kunststoffteile, welche durch den erfindungsgemäßen Formenprozess ausgebildet werden, im Wesentlichen gleiche Wanddicken entlang ihrer Längen und den Überschuss der geformten Artikel, einschließlich der oberen und unteren Enden. Auch sind die Gasanschlüsse 113 und 114 in den hohlen Bereichen 140 positioniert, um es zu erlauben, das Gas von dem geformten Teil zufriedenstellend abzulassen oder abzusaugen.
Bei der vorliegenden Erfindung können die Zykluszeiten des Formprozesses über 50% von herkömmlichen gasunterstützten Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießprozessen reduziert werden. Die vorliegende Erfindung kann auch die Qualität und Konsistenz des Formprozesses verbessern.
Die gleichen Resultate können unter Verwendung anderer Muster von Heißkanalkonfigurationen, wie z. B. dem „H"-Muster, wie in 8 gezeigt, erreicht werden. Das System, das in 8 gezeigt ist, ist allgemein durch das Bezugszeichen 150 gekennzeichnet. Das Mehrfachhohlraumsystem 150 hat vier Formenhohlräume 151, 152, 153 und 154, welche vertikal in der gleichen Weise und aus den gleichen Gründen wie die Formenhohlräume 101 bis 104 orientiert sind, auf die sich oben im Hinblick auf das System 100 bezogen wurde.
Kunststoffmaterial wird in die Formenhohlräume 151 bis 154 durch Ventiltrichter 151A, 152A, 153A bzw. 154A eingeführt. Gas wird in die Formenhohlräume durch Gasanschlüsse 161, 162, 163 und 164 eingeführt. Auch sind, wie in 8 gezeigt, die Gasanschlüsse 161 bis 164 in einem Abstand „D" zu den Enden „B" von der Position der Ventiltrichter 151A bis 154A versetzt.
Das Heißkanalverteilerrohr 170 hat, wie gezeigt, ein „H"-förmiges Muster. Die Mittellinie 172 des Verteilerrohrs 170 ist von der Mittellinie 174 der Form abgesetzt. Der Kunststoff wird in das Kanalsystem 170 an einem Punkt 180 eingespritzt.
Der Formprozess für das H-förmige Formsystem 150 ist grundsätzlich der gleiche, wie der, der oben im Hinblick auf das System 100 beschrieben wurde. Obwohl die H-förmige Verteilerrohrkonfiguration in einigen Flussungleichmäßigkeiten relativ zu der X-förmigen Verteilerrohrkonfiguration des Systems 100 resultieren kann, können die Ungleichmäßigkeiten künstlich mit herkömmlichen Mitteln, die im Stand der Technik bekannt sind, kompensiert werden.
Die Abfolge von Verfahrensschritten gemäß der Verwendung von Systemen, die oben beschrieben sind, welche die vorliegende Erfindung verwenden, ist in 9 gezeigt. Das Verfahren ist allgemein durch das Bezugszeichen 200 gekennzeichnet. Als ein erster Schritt wird die Form geschlossen. Danach werden die Ventiltrichter geöffnet und Kunststoff wird in die Formenhohlräume eingespritzt. Dies ist in Schritt 220 gezeigt.
Sobald der kurze Schuss an Kunststoffmaterial in die Formenhohlräume eingespritzt ist, wird das Kunststoffeinspritzen gestoppt. Dies ist in Schritt 230 gezeigt. Die Ventiltrichter werden dann geschlossen, wie in Schritt 240 gezeigt, und das unter Druck gesetzte Gas wird in das Kunststoffmaterial eingeblasen. Dies ist Schritt 250. Die Ventiltrichter werden geschlossen, um die Formenhohlräume zu isolieren und es dem unter Druck gesetzten Gas nicht zu erlauben, irgendwelches Kunststoffmaterial zurück in das Verteilerrohr oder das Kanalsystem zu drücken. Das unter Druck gesetzte Gas wird an den Trichterenden der Teile eingeführt und verlagert das geschmolzene Harz, um die Formenhohlräume vollständig auszufüllen.
Danach wird, wie in Schritt 260 gezeigt, das unter Druck gesetzte Gas angewendet, um einen Packdruck für den geformten Artikel zur Verfügung zu stellen. Dies wird verwendet, um das Kunststoffmaterial fest gegen die kalten Wände der Formenhohlräume zu halten und ein schnelleres Abkühlen der Kunststoffteile zur Verfügung zu stellen als auch eine bessere Oberflächendefinition an den Oberflächen der Teile zur Verfügung zu stellen. Obwohl die Verwendung eines Packdruckes für diese Zwecke bevorzugt ist, ist es in dieser Hinsicht nicht gemäß der vorliegenden Erfindung unter allen Umständen gefordert.
Sobald sich die Teile in den Formenhohlräumen ausreichend verfestigt haben, wird das Gas abgelassen, wie in Schritt 270 gezeigt. Danach wird die Form geöffnet 280 und die Teile werden aus den Formenhohlräumen herausgebracht. Diese letzten beiden Schritte sind in den Schritten 280 bzw. 290 gezeigt.
Sobald der Prozess 200 beendet ist, wird die Form geschlossen und der Prozess wird wieder und wieder durch den Spritzgießprozess und die Maschine wiederholt.
Das Layout der Hohlraumorientierung für gasunterstützte Mehrfachhohlraum-Kurzschuss-Kunststoffspritzgießanwendungen gemäß der vorliegenden Erfindung kann in der gleichen Weise wie bei einer herkömmlichen Formanwendung erstellt werden. Früher wurden Formen für gasunterstützte Anwendungen in dem Artikel unter Verwendung einer Einzelhohlraum-Prototypform entworfen. Eine Einzelhohlraum-Prototypform wurde unter Verwendung eines Kalteinlauf- und Kanalsystems, welches herkömmlich gestaltet ist, aufgebaut. Dies ist allgemein in 1 gezeigt. Die Trichter- und Kanalgeometrie sind für das Teil optimiert und der Prozess wurde erprobt. Danach wurden formbare Hohlräume typisch unter Verwendung des gleichen allgemeinen Aufbauschemas mit einem Zweigkaltkanalsystem mit einer herkömmlichen Hohlraumorientierung aufgebaut. Dies ist in 3 gezeigt. Wie oben gezeigt, können sich viele Qualitäts- und Produktionsprobleme als Ergebnis des herkömmlichen Ansatzes entwickeln. Ästhetische Probleme oder Oberflächenunperfektheiten können von einem Mangel eines internen Hohlraumdruckes während des Füllens oder in einer nicht gleichmäßigen Schmelzfrontbewegung resultieren. Abmessungsprobleme können auch von nicht gleichmäßigen Restwanddicken durch die Flussungleichmäßigkeiten und die Volumenerfordernisse resultieren, die auch durch Flussungleichmäßigkeiten entstehen.
Zusätzlich kann die Gasmigration durch das Kaltkanalsystem in einer Unfähigkeit für den Gasdruck resultieren, von dem geformten Artikel abgelassen zu werden, wie es oben im Hinblick auf 2 gezeigt und beschrieben wurde.
Der Ausdruck „Gas", der hier verwendet wird, bedeutet jeden gasförmigen Stoff, der während normalen Temperaturen und Drücken 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, einer Gasflasche oder dergleichen zur Verfügung gestellt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, ein anderes Fluid, wie z. B. Wasser an Stelle des Gases zu verwenden. All diese Gas-, Wasser- und andere Fluidsysteme sind im Stand der Technik bekannt und müssen hier nicht in größerem Detail diskutiert werden.
Es ist vermutlich auch nicht notwendig, die speziellen Typen und Größen von Kunststoffspritzgießmaschen zu offenbaren oder zu diskutieren, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, da sie allgemein und herkömmlich im Stand der Technik bekannt sind. Es ist vermutlich auch nicht notwendig, die spezifischen Drücke von Kunststoff und dem Gaseinblasen zu diskutieren, da die spezifischen Drücke (wie auch die Temperaturen und dergleichen) von den Kunststoffmaterialien, die verwendet werden, den Größen der Teile usw. abhängig sind, die alle den Fachkräften auf diesem Gebiet bekannt sind.
Die vorliegende Erfindung kann mit allen Typen von Kunststoffmaterialien, speziell thermoplastischen Materialien, welche allgemein spritzgegossen werden, verwendet werden. Diese Materialien können beispielsweise niedrig- oder hochdichtes Polyethylen, Polyurethan, Polypropylen, Polystyren, Acrylonitrilbutadienstyren(ABS)-Harz, SAN-Harz, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat und dergleichen sein. Materialien wie z. B. Polycarbonat, Polyester, Acetylen, Polyacetylen und Nylon können auch verwendet werden, wie auch Ethylencopolymere wie z.B. Ethylenvinylacetatcopolymer, Ethylenethylacrylatcopolymer und dergleichen. Weiterhin kann jedes dieser Harze Füllstoffe, wie z. B. Glasfasern, pulverisiertes Glas, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Talk, Glimmer und dergleichen enthalten.
Das Gas wird in das Harz in der Form bei einem Druck eingeblasen, der höher als der Kunststoffeinspritzdruck ist und typischerweise bei einem viel höheren Druck. Beispielsweise könnte der Anfangskunststoffeinspritzfülldruck 200 bis 400 psi sein, während der Packdruck 500 bis 1000 psi oder viel höher sein könnte. Das Gaseinblasen kann bei 1000 bis 1500 psi erfolgen (wenn z. B. das Kunststoffmaterial Polypropylen war), und 3000 bis 7000 psi erfolgen (wenn z. B. technische Harze verwendet wurden).
Allgemein sollte der Gasdruck ausreichend sein, um eine kommerziell akzeptable Oberflächenendbearbeitung an dem Kunststoffteil zur Verfügung zu stellen. Wenn der Kunststoff in dem Formenhohlraum gepackt wird, wird der Druck einige Male über den Anfangseinspritzdruck erhöht.

Claims

Ein fluidunterstütztes Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem (100), welches aufweist: eine Form mit einer Mehrzahl von Teilhohlräumen (101, 102, 103, 104), wobei jeder der Hohlräume (101, 102, 103, 104) eine Längsachse hat, die in der vertikalen Richtung orientiert ist, und ein oberes vertikales Ende (B) und ein unteres vertikales Ende (A) hat; Angußdüsen (101A, 102A, 103A, 104A), die an den unteren vertikalen Enden (A) jedes der Mehrzahl von Teilhohlräumen (101, 102, 103, 104) positioniert sind, und Anschlusselemente (111, 112, 113, 114) in jedem der Teilhohlräume (101, 102, 103, 104), wobei die Anschlusselemente (111, 112, 113, 114) in den unteren vertikalen Enden (A) der Teilhohlräume (101, 102, 103, 104) positioniert sind und geeignet sind, ein Fluid unter Druck in die Teilhohlräume (101, 102, 103, 104) einzubringen.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 1, wobei das Fluid ein Gas ist.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 2, wobei das Gas ein Stickstoff ist.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 1, wobei die Anschlusselemente (111, 112, 113, 114) an der gleichen vertikalen Position in den Teilhohlräumen (101, 102, 103, 104) wie die Angußdüsen (101A, 102A, 103A, 104A) positioniert sind.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 1, wobei die Anschlusselemente (111, 112, 113, 114) in einem vertikalen Abstand von den Angußdüsen (101A, 102A, 103A, 104A) und in Richtung zu den oberen vertikalen Enden (B) der Teilhohlräume (101, 102, 103, 104) positioniert sind.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 1, welches weiter ein Kunststoffverteilungselement (106A, B, C, D) aufweist, das benachbart zu der Form positioniert ist.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 6, wobei die Form eine horizontale Mittellinie (118) hat und das Kunststoffverteilungselement eine horizontale Mittellinie (116) hat, wobei die erste und zweite Mittellinie (118, 116) vertikal voneinander abgesetzt sind.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 6, wobei das Kunststoffverteilungselement (106A, B, C, D) einen X-förmigen Heißkanalverteiler aufweist.
Das fluidunterstützte Mehrfachhohlraum-Kunststoffspritzgießsystem nach Anspruch 6, wobei das Kunststoffverteilungselement (106A, B, C, D) einen H-förmigen Heißkanalverteiler aufweist.