DE69024362T2

DE69024362T2 - Verfahren und vorrichtung zum formen von kunststoffen

Info

Publication number: DE69024362T2
Application number: DE69024362T
Authority: DE
Inventors: Keith Hutcheon
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2010-09-25
Also published as: GB8921481D0; EP0494239A1; DE69024362D1; EP0494239B1; WO1991004487A1; GB2239418A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Formen von Kunststoffen.
Die Überprüfung und die Steuerung von Verfahren zum Formen von Kunststoffen benötigt oft eine Vorrichtung, um die Anwesenheit von Harz in der Form oder den Grad ihres Aushärtens zu überprüfen. Es wurden zu diesem Zweck Thermoelemente in den Vorrichtungen zum Formen des Kunststoffes angebracht, wobei das Erreichen des Fühlers durch das Harz oder der Start des Prozesses des Aushärtens vom Thermoelement als Temperaturveränderung angezeigt wird. Derartige Thermoelemente können unzuverlässig sein und falsche Werte anzeigen. Ein alternativer Ansatz ist in JP-A-58 1 39 057 offenbart. Nach dem Auszug in Patent Abstracts of Japan, 7, 256, (P236) (1401) wird der Füllzustand einer metallischen Spritzgußform mit Harz durch einen Druckabfall in einem Auslaß ermittelt, der mit einem Hohlraum im oberen Teil der Form verbunden ist, wenn das Harz diesen Hohlraum erreicht und ihn füllt. Das Voranschreiten des Erstarrungsvorganges und des Abkühlens wird dann durch das Messen der elektrischen Eigenschaften des Harzes in einer Zelle erfaßt die durch einen Hohlraum in einem Einschluß zwischen dem oberen und dem unteren Teil der Form gebildet wird, die als Elektroden verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum Formen von Kunststoffen bereitzustellen, in dem die Anwesenheit oder der Zustand des Harzes in einer Form zuverlässiger als durch die Verwendung von Thermoelementen erfaßt werden können, und in dem sowohl die Ankunft als auch das Voranschreiten des Aushärtens des Harzes durch die gleiche Vorrichtung erfaßt werden können.
Im Einklang mit der Erfindung wird in einem Kunststoff-Spritzgießverfahren das Einspritzen des Harzes in eine Form als Antwort auf ein Spannungssignal gesteuert, das elektrolytisch in der Zelle erzeugt wird, die beim Kontakt des eingespritzten Harzes mit zwei Elektroden aus unterschiedlichen Metallen gebildet wird. Es wird vorteilhaft eine zweiteilige Form verwendet, deren obere Hälfte aus Metall besteht, und worin die Elektroden diese obere Hälfte der Form und ein elektrisch isolierter Einsatz aus einem anderen Metall sind, dessen Oberfläche einen Teil der inneren Oberfläche dieser oberen Hälfte der Form darstellt.
Die Erfindung umfaßt ebenso eine Vorrichtung zum Formen von Kunststoffen, umfassend eine zweiteilige Spritzgußform, die aus einer einen Formenhohlraum definierenden oberen und unteren Hälfte aufgebaut ist, wobei die obere Hälfte der Form aus Metall ist, worin ein Teil der inneren Oberfläche der oberen Hälfte der Form eine Elektrode aus einem anderen Metall umfaßt, die davon elektrisch isoliert ist, und die Elektrode und die obere Hälfte der Form elektrisch an einer Vorrichtung angeschlossen sind, um die Abgabe der elektrolytischen Zelle zu erfassen und zu überwachen, die gebildet wird, wenn eingespritztes Harz gleichzeitig den Einsatz und die obere Hälfte der Form berührt.
Diese Erfindung nutzt die Entdeckung aus, wonach sich ein als Gießmaterial verwendeter Kunststoff, wenn er sich in einem plastischen Zustand befindet, insbesondere im ungehärteten oder in einem teilweise ausgehärteten Zustand, wie ein Elektrolyt verhalten kann. Außer für die Verwendung der durch eine elektrolytische Zelle, in der das Harz als Elektrolyt wirkt, erzeugten Spannung zum Erfassen und zum Steuern des Füllens der Form mit dem Harz, kann sie auch zum Steuern der Betriebsweise der Spritzgußvorrichtung während der Phase des Aushärtens verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die frühere Patentschrift GB-A-2 227 567, die im Sinne von Artikel 54 EPÜ nicht dem Stand der Technik angehört, hat die Anmelderin gewollt den Bereich der vorliegenden Patentanmeldung eingeschränkt und getrennte Patentansprüche für das Vereinigte Königreich eingereicht.
Wenngleich man den Bereich der vorliegenden Erfindung nicht durch die Theorie einzuschränken wünscht, nimmt man an, daß Kunststoffe in der Lage sind, als Elektrolyte zu wirken, weil sie in ihrem flüssigen, ungehärteten oder teilweise ausgehärteten Zustand freie Radikale enthalten. Die Erfindung ist demnach besonders auf Spritzgußsysteme anwendbar, die Duroplaste wie beispielsweise Polyester und Vinylesterharze enthalten, die wahlweise mit Styrol, Phenolharzen und Epoxydharzen vernetzt sind. Andere Kunststoffsorten und spezielle Beispiele davon sind dem Fachmann gut bekannt. Derartige Harze werden durch die Anwendung von Hitze ausgehärtet und enthalten Katalysatoren, Beschleuniger, Promotoren oder Initiatoren, von denen einige oder alle für die Erzeugung freier Radikale in der Harzzusammensetzung verantwortlich sind.
Die Erfindung kann auch auf Harzsysteme angewandt werden, die auf Thermoplasten beruhen, in denen das System freie Radikale in seinem plastischen Zustand ergibt und das Harz selbst sich in einer für das Spritzgießen geeigneten Form befindet.
Nun wird, nur auf dem Wege eines Beispiels, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abbildung 1 eine Querschnittsansicht einer Elektrodenmontage ist;
Abbildung 2 Graphen der Temperatur (T) in Grad Celsius und der EMK (V) in Volt aufzeigt, die sich in Abhängigkeit von der Zeit (t) in Sekunden in der Elektrodenmontage von Abbildung 1 bilden;
Abbildung 3 eine teilweise Querschnittsansicht der Vorrichtung zum Formen von Kunststoffen im Einklang mit der Erfindung ist; und
Abbildung 4 ein Graph der elektrischen Abgabe der Vorrichtung von Abbildung 3 ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt Abbildung 1 eine Elektrodenmontage, die verwendet wird, um die Fähigkeit des geschmolzenen Harzes, als Elektrolyt zu wirken, zu demonstrieren. Die Elektrodenmontage umfaßt eine Aluminiumstange 1, die mit einem Glasfasergeflecht 2 bedeckt ist und einen helikoidal um die Stange gewundenen Kupferdraht 3 über dem Geflecht besitzt. Das Glasgeflecht verhindert den direkten Kontakt der beiden Elektroden zueinander. Wenn die Montage in geschmolzenes Polyesterharz eingetaucht wird, kann das Harz beide Elektroden berühren.
Abbildung 2 ist ein Graph, der mit der Linie A die Spannung darstellt, die in der Elektrodenmontage entsteht, wenn sie beim Prozeß des Erstarrens und des Aushärtens in ein Polyesterharz eingetaucht wird. Die Temperatur des Harzes wird, wie von einem getrennten Thermoelement gemessen, durch die Linie B wiedergegeben. Man kann sehen, daß die Spannung auf eine Spitze von zirka 900 mv nach zirka 200 Sekunden ansteigt entsprechend dem Maximum der Exotherme des Harzes beim Erstarren. Anschließend sinkt die Spannung mit dem Aushärten und dem Abkühlen des Harzes. Die Merkmale zeigen, daß die elektrolytischen Eigenschaften des Harzes zum Erfassen des Erstarrungsvorgangs des Harzes verwendet werden können.
Abbildung 3 zeigt eine zum Herstellen von Probestücken aus Plastwerkstoff durch Spritzpreßverfahren von Kunststoffen geeignete zweiteilige Form. Die Form besitzt eine obere Formenhälfte 10, bestehend aus Aluminium, die zu einer unteren Formenhälfte 11 in abgedichteten Kontakt gebracht werden kann, um einen Formenhohlraum zu definieren, in den flüssiges Gießmaterial aus Plastwerkstoff, wie beispielsweise ein Polyesterharz, eingespritzt werden kann.
Eine Öffnung 14 ist in der oberen Hälfte der Form gebildet, in einem von der Einspritzstelle des Kunststoffes entfernten Punkt. Ein Kupferstopfen 1 2 ist so in der Öffnung 14 angebracht, daß die untere Seite des Stopfens bündig zur inneren Oberfläche der oberen Hälfte der Form liegt Der Stopfen 1 2 ist mittels eines Epoxydharzklebers im Loch 14 befestigt, der den Stopfen 12 von der oberen Hälfte der Form elektrisch isoliert. Die obere Hälfte der Form 1 0 und der Stopfen sind über elektrische Leiter mit einem digitalen Hochimpedanz- Spannungsmesser verbunden. Die innere Oberfläche der oberen Hälfte der Form und der Kupferstopfen können vor dem Einspritzen des Harzes in die Form mit einem Trennmittel beschichtet werden.
Abbildung 4 ist ein Graph der zwischen dem Kupferstopfen und der Formenhälfte aus Aluminium gemessenen Spannung gegen die Zeit, wenn Polyesterharz bei Raumtemperatur in die Form gespritzt wurde, die eine anfängliche Temperatur von 110ºC besaß. Obwohl das Spannungssignal beträchtliche Schwankungen wegen "Rauschens" erfährt, bleibt die Spannung zwischen dem Stopfen und der oberen Formenhälfte wie angedeutet während der ersten 40 Sekunden des Einspritzvorganges relativ stabil, während denen das Harz in die Form zum Kupferstopfen 12 hin fließt. Wenn das Harz die Form bis zur Höhe vom Stopfen 12 anfüllt, fällt die Spannung zwischen dem Stopfen und der oberen Formenhälfte merklich, wie durch den Pfeil D angezeigt ist, was bedeutet, daß während sich das Harz im flüssigen, ungehärteten oder teilweise gehärteten Zustand befindet, es wie ein Elektrolyt zwischen dem Stopfen 12 und der oberen Formenhälfte wirkt. Anschließend steigt die Spannung graduell bis auf einen Beharrungswert, der wiederum "Rauschen-" aufweist, und der die Vervollständigung des Aushärteprozesses anzeigt
Die Abbildungen 2 und 4 veranschaulichen, daß sich Harz wie ein Elektrolyt verhalten kann, wenn es sich in einem plastischen Zustand befindet, und daß diese Fähigkeit zusätzlich verwendet werden kann, um ein Mittel zum Bestimmen des Maßes, in dem das Harz ausgehärtet ist, oder der Anwesenheit von Harz in der Form bereitzustellen. Beide Signale können zum Steuern der Betriebsweise von Spritzgießvorrichtungen für Kunststoffe verwendet werden.
Obschon sich die vorstehende Beschreibung nur auf Kupfer und Aluminium als Elektrodenmaterialien bezieht, wird es jedem Fachmann augenscheinlich sein, daß ein ähnlicher Effekt unter der Voraussetzung erreicht werden kann, daß für die zwei Elektroden unterschiedliche Metalle verwendet werden, und daß andererseits die Metalle mit dem Harz verträglich und in der Lage sind, den Bedingungen beim Formen zu widerstehen.
Gleichermaßen können andere Formmassen verwendet werden, obwohl vorstehend nur Polyesterharze erwähnt wurden.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Formen von Kunststoffen, umfassend eine zweiteilige Spritzgießform, die aus einer einen Formenhohlraum definierenden oberen und unteren Hälfte (10, 11) aufgebaut ist, wobei die obere Hälfte (10) der Form aus Metall ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der inneren Oberfläche der oberen Hälfte der Form eine Elektrode (12) aus einem anderen Metall umfaßt, die vorm direkten Kontakt dazu isoliert ist, und daß die Elektrode und die obere Hälfte der Form elektrisch an einer Vorrichtung zum Erfassen und zum Überwachen der Abgabe der elektrolytischen Zelle angeschlossen sind, die sich bildet, wenn eingespritzter Kunststoff sowohl den Einsatz als auch die obere Hälfte der Form berührt.

2. Eine Vorrichtung zum Formen von Kunststoffen nach Anspruch 1, worin diese Elektrode (12) die Form eines in eine Öffnung in der oberen Hälfte der Form eingesetzten Stopfens besitzt.

3. Eine Vorrichtung zum Formen von Kunststoffen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin diese Elektrode (1 2) aus Kupfer und die obere Hälfte der Form (10) aus Aluminium sind.

4. Ein Kunststoff-Spritzgießverfahren, worin in einer Vorrichtung zum Formen von Kunststoffen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 das Einspritzen des Harzes in die Form als Antwort auf ein Spannungssignal gesteuert wird, das elektrolytisch in der Zelle erzeugt wird, die sich aus dem Kontakt des eingespritzten Harzes mit der Elektrode (12) und der oberen Hälfte der Form (10) bildet.

5. Ein Kunststoff-Spritzgießverfahren nach Anspruch 4, worin das Spannungssignal ebenso zum Steuern des Ablaufs des Verfahrens beim Aushärten des Harzes verwendet wird.