DE69319094T2

DE69319094T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Spritzgiessen mit Gasinjektion

Info

Publication number: DE69319094T2
Application number: DE69319094T
Authority: DE
Inventors: Terence Colwyn Nantwich Cheshire Cw5 5Rl Pearson
Original assignee: HAYWOOD HOLDINGS Ltd
Current assignee: Cinpres Gas Injection Ltd
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2013-02-02
Also published as: DE69319094D1; EP0624122B1; EP0624122A1; WO1993014919A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spritzgießen und insbesondere zum gasunterstützte oder Gas-Spritzgießen.
In den vergangenen Jahren gab es verschiedene Entwicklungen zum Injizieren eines normalerweise gasförmigen Fluids in geschmolzenes synthetisches Kunststoffmaterial bei dessen Eintritt in den Hohlraum einer Einspritzform oder nachdem es diesen aufgefüllt hat. Das Gas bildet kontinuierliche Kanäle oder hohle Querschnitte innerhalb des Kunststofformkörpers.
Die Aufgaben bei der Unterstützung des Gießverfahrens durch das Injizieren von Gas in den Kunststoff können ein oder mehrere der folgenden sein: - Verringerung des Gewichts durch Ersetzen von Kunststoffmaterial durch hohle Gaskanäle, Verringerung der Verfahrensabkühlzeit, Verringerung der beim Gießen entstehenden Spannungen, Verringerung oder Ausschaltung von Oberflächen-Einfallmarken, Kombination dicker und dünner Abschnitte innerhalb der Formausgestaltung, einschließlich der Inkorporation von Stegen, Säulen und anderen Design-Merkmalen, und eine gleichmäßigere Druckbeaufschlagung der Form während des Abkühlens und Verfestigens des Kunststoffs.
Bei einem bekannten Verfahren wird Gas in den Kunststoff an mehreren infragekommenden Positionen injiziert, sei es in die Formmaschinendüse, die heißen oder kalten Einlaufkanäle, die Kunststoffhauptkanäle oder direkt in die Formkavität. Das Gas wird direkt in den Kunststoff injiziert, während dieser in geschmolzenem Zustand vorliegt, und verbleibt unter Druck, bis der Kunststoff verfestigt, worauf das Gas an die Atmosphäre entlassen wird, bevor die Form geöffnet und das Formstück aus der Form ausgenommen wird.
Ein Problem ist es, zu vermeiden, daß geschmolzener Kunststoff zurück in die Gasinjektionsvorrichtung oder Hohlrohr oder Stift fließt, bevor oder nachdem das Injizieren des Gases stattfindet, und wenn der Druck in dem geschmolzenen Kunststoff größer als der Druck ist, der von der äußeren Zufuhr- oder Druckquelle an dem Gas aneliegt. Einige der bekannten Verfahren benötigen hydraulische oder mechanisch betätigte Ventile oder andere Mechanismen innerhalb des Gießwerkzeuges oder der Gießmaschinen für das Injizieren des Gases.
Es ist Voraussetzung des gasunterstützten Spritzgießens, daß vor dem Öffnen der Form das Gas abgezogen und der Druck innerhalb der Formkavität ausgeglichen ist. Wenn das Gas innerhalb der Form oder der Hauptkanäle zum Zeitpunkt des Entnehmens eingesperrt ist, kann es zu einer Expansion des Kunststoffs kommen, aufgrund eines internen Druckes, der hinreichend hoch ist, so daß er zu Explosion des Formstücks oder der Hauptkanäle führen kann. Es ist deshalb wichtig, daß das Gas abgezogen werden kann, und daß die Gaskanäle frei von Blockierungen durch Fragmente des Kunststoffes oder anderer Materialien sind.
Die Erfindung versucht eine konsistentere und zuverlässigere Injektion vom Gas in den Kunststoff an Positionen innerhalb der Form zu erreichen, an denen es leicht anzuwenden ist, und wo optimale Ergebnisse erzielt werden können. Die Erfindung vermeidet die Notwendigkeit von Hohlstiften oder vergleichbar teurer Ventilmechanismen, die bei anderen bekannten Verfahren verwendet werden. Die Erfindung benötigt keine beweglichen Teile innerhalb der Form, um das Injizieren von Gas in den Kunststoff zu ermöglichen. Die Vorrichtung und das Verfahren sehen auch Mittel vor zum Abführen des Gases über den Einlaßweg und den gleichen Raum zwischen den Formhälften.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Spritzgießen geschaffen mit:
einer Form mit zwei zusammenführbaren Teilen, um eine Formkavität zu umgrenzen, Mittel zum Zuführen synthetischen Kunststoffmaterials in die Formkavität, Mittel zum Zuführen unter Druck stehenden Gases in die Formkavität an einer Position beabstandet von den Mitteln zum Zuführen des synthetischen Kunststoffmaterials, so daß das Gas in das synthetische Kunststoffmaterial injiziert werden kann und zum Abführen des Gases aus der Formkavität, wobei die Mittel zum Zuführen des Gases Mittel umfassen, die den Durchgang des Gases erlauben, während ein Durchgang des synthetischen Kunststoffmaterials verhindert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Form um die Mittel zum Zuführen des Gases herum eine solche Formgebung hat, daß beim Betrieb der Form eine Dichtung durch das synthetische Kunststoffmaterial gebildet wird, um das Entweichen des Gases zwischen den Kunststoff und der benachbarten Formoberfläche zu vermeiden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Mittel, um den Gasdurchtritt zu gestatten und um den Durchtritt von synthetischem Kunststoffmaterial zu vermeiden, einen Spalt zwischen Absperrflächen von benachbarten Formteilen, der einen Durchtritt von Gas gestattet und einen Durchtritt von Kunststoff verhindert. Alternativ dazu können die Mittel zum Gestatten des Gasdurchtritts und zum Verhindern des Durchtritts von synthetischem Kunststoffma terial einen porösen Einsatz aufweisen. Die Formgebung kann einen Ring umreißen, der die Gaseinspritzstelle umgibt.
Entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zum Spritzgießen geschaffen, das die Schritte enthält: Zuführen von Kunststoffmaterial zu einer Formkavität, die von einer Form aus zwei Formteilen festgelegt wird, Zuführen von unter Druck stehendem Gas in die Formkavität an einer Position beabstandet von der Zuführung des Kunststoffmaterials, wodurch das Kunststoffmaterial in der Form unter Druck gesetzt und Gas in das Material injiziert wird, Verhindern des Eintritts von Kunststoffmaterial in die Gaszuführung und Abführen des Gases aus der Form, und Öffnen der Form zur Entnahme des geformten Produkts, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasaustritt zwischen dem Kunststoff und der benachbarten Formoberfläche dadurch verhindert wird, daß der Gasdruck synthetisches Kunststoffmaterial gegen die Formoberfläche zwingt, um eine Dichtung zu bilden.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Gasdruck gesteuert, um den Gießvorgang zu unterstützen. Die Zeitsteuerung des Injizierens des Gases kann ebenfalls gesteuert werden. Der Gasdruck kann innerhalb eines abgedichteten Bereichs anliegen, um Druck auf das Kunststoffmaterial außerhalb des Bereichs zu übertragen, um das Kunststoffmaterial zum Ausgleich von Schrumpfvorgängen zu zwingen.
Um die Erfindung zu verdeutlichen, werden Ausführungsformen beispielhaft unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1a eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung;
Fig. 1b einen Querschnitt entlang der Linie I-I aus Fig. 1a;
Fig. 2a eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung;
Fig. 2b eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in Fig. 2a;
Fig. 2c eine Querschnittsansicht entlang der Linie II- II in Fig. 2a;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung, die die Anordnung des Gaseinlaßpunktes zeigt;
Fig. 4a und 4b jeweilige zwei Modifikationen, die den Gaseinlaßpunkt umgeben;
Fig. 5 eine Modifikation des Gaseinlaßes der Gießvorrichtung aus den Fig. 1a und 1b,
Fig. 6 eine alternative Modifikation zu Fig. 5;
Fig. 7a einen Schnitt einer Modifikation der Gießvorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 7b einen Schnitt der Modifikation aus Fig. 7a entlang der Linie I-I in Fig. 7a;
Fig. 8 eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung;
Fig. 9a ein Teilquerschnitt eines modifizierten Gaseinlaßpunktes der Vorrichtung aus Fig. 8 vor dem Gaseinspritzen;
Fig. 9b ein Querschnitt entlang der Linie I-I aus Fig. 9a;
Fig. 9c ein Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 9a;
Fig. 10a eine Teilansicht entsprechend Fig. 9a, die den Effekt des Gasinjizierens zeigt;
Fig. 10b und 10c Querschnittsansichten entsprechend der Fig. 9b und 9c entlang den Linien I-I und II-II aus Fig. 10a; und
Fig. 11 bis 15 alternative Gasinjektionsvorrichtungen, mit einem porösen Einsatz.
In den Fig. 1a, 1b, 2a, 2b und 2c der Zeichnungen enthält eine Spritzgießvorrichtung eine Form mit zwei Formteilen oder Formhälften 1 und 2. Eine Druckquelle 3 steht mit der Form über einen Kanal 4 innerhalb einer der Formhälftenmit einem Eingang/Ausgang 8 (oder Eingängen/Ausgängen) an der Verbindungslinie 7 zwischen den beiden Formhälften 1, 2 in Verbindung. Ein oder mehrere Eingangs-/Ausgangs-Löcher 8 sind von Absperrflächen 9 der Form an der Trennlinie 7 und dann von einem Ring 10 am Kunststoff umgeben, der entweder durch Aufteilen eines Hauptkanals am Ende des Gasaustrittslochs 6 oder durch Positionieren des Gaslochs/der Gaslöcher innerhalb eines ausgekernten Lochs 11 in dem Formstück (siehe Fig. 2b) gebildet ist, wenn das Gasaustrittsloch ebenfalls durch eine Absperrfläche und dann durch Kunststoff umgeben ist. In beiden Fällen wirkt der umgebende Kunststoff als eine Dichtung, die das Gas vom Entweichen zur Atmosphäre durch die Formverbindungslinie und/oder zwischen dem Kunststoff und der Formkavitätsoberfläche hindert. Im Ergebnis wird injiziertes Gas 12 in den geschmolzenen Kunststoff 13 gelangen, wenn der auf das Gas angewendete Druck größer als der Druck innerhalb des Kunststoffs ist und zum Durchbrechen der auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials ausgebildeten Haut ausreicht, wenn dieser abkühlt, während er im Kontakt mit der Formkavitätsoberfläche steht.
Als weitere Erläuterung des Verfahrens zur Ausbildung einer effektiven Dichtung durch den die Gasform umgebenden Kunststoff an der Absperrfläche der Formtrennlinie sei angemerkt, daß das Gas versuchen wird, zwischen der Formoberfläche und der inneren Oberfläche der Plastikdichtung zu strömen, aber dies wird zu einem zusätzlichen Druck auf den Kunststoff führen, der die Dichtwirkung an der entgegenge setzten Fläche gegen die gegenüberliegende Formkavitätsfläche erhöht, wodurch eine kontinuierliche Dichtung geschaffen wird, welche vermeidet, daß Gas weiter zwischen dem Kunststoffund der Formkavitätsfläche strömt.
Das Gas wird dann in das Formstück strömen, wobei Kanäle 14 innerhalb des geschmolzenen Kunststoffs gebildet werden, die dem Weg des geringsten Widerstands zu den dünneren Abschnitten in ähnlicher Art finden, wie bei den bewährten und bekannten gasunterstützten Gießpraktiken.
Nachdem der Kunststoff abkühlt und verfestigt, wird der externe Gasdruck in die Atmosphäre oder eine Aufnahmekammer mit niedrigerem Druck abgelassen, und das Gas innerhalb der Kavität wird über den Eingangsweg entnommen, nämlich durch die Lücke zwischen den Formhälften an der Verbindungslinie 7, und über die zurückgesetzten Entlüftungsbereiche 15 an der Absperrfläche 9, dann in das Gasloch 16 und dann über den Gaseingangskanal 4. Das Gas gelangt in den Spalt zwischen den Formhälften 1 und 2 auf die gleiche Art, in der gewöhnlich Luft aus Spritzformkavitäten entlassen wird, wenn die Form mit Kunststoff gefüllt wird. Die Lücke zwischen den Formhälften in den Belüftungsgebieten 15 ist typischerweise zwischen 0,002 mm (0,00052") und 0,01 mm (0,00252"), was hinreichend ist, um den Gasdurchlaß hindurch zu ermöglichen, aber hinreichend klein, um das Eintreten von viskoserem geschmolzenem Kunststoff zu vermeiden.
Fig. 2 zeigt das Injizieren des Gases innerhalb eines allgemeinen Wandabschnitts und in Ausrichtung mit einer Rippe 25. Es zeigt die Ausbildung eines Gaskanals in einer Rippe 26. Es zeigt auch die Verwendung von Ablaßöffnungen zwischen den Absperrflächen bei 27.
Fig. 3 zeigt eine allgemeine Anordnung, die das Positionieren der Gaseinlaßpunkte 30 in einer "8"-Einspritzform zeigt (Formstücke bei 31), die mit dem kalten Zufuhrhauptkanal 32 verbunden sind.
Gas wird injiziert, wenn der das Gas umgebende Kunststoff noch geschmolzen ist bis auf eine Haut, die sich normalerweise an der Formoberfläche bildet, wenn der Kunststoff beim Eintritt in die Form über diese läuft. Der auf das Gas aufgebrachte Druck ist hinreichend, um durch die Haut durchzubrechen, und damit das Gas in den geschmolzenen Kunststoff eintritt. Dies wird weiter durch lokales Verdicken des Abschnitts des Kunststoffrings 10, der das Gasloch umgibt, begünstigt, wodurch die Verfestigung des Kunststoffs verzögert wird. Dies ermöglicht es dem Gas, in das Formstück oder andere dickere Abschnitte einzutreten, wodurch kontinuierlich Gaskanäle 14 durch das Formstück gebildet werden. Es ist vorzuziehen, daß der verdickte Abschnitt im Querschnitt rauten- oder dreieckförmig ist, wie es in Fig. 1a, 2b und 6 gezeigt ist, aber andere Konfigurationen können verwendet werden, wie rechteckförmige Querschnitte (siehe Fig. 4a) oder halbkreisförmige Querschnitte (Fig. 4b).
Zum Schutz gegen Fehlfunktion der Form oder fehlerhafte Gießprozedur kann es wünschenswert sein, zu vermeiden, daß Kunststoff in das Gaseingangs-/Austrittsloch 8 tritt, wenn der geschmolzene Kunststoff gegen die Absperrflächen 9 anschlagen gelassen wird. In Fig. 5 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform deshalb das Anpassen eines losen Einstellkerns 50 innerhalb des Gaseinlaßkanals an dem Punkt der Absperrflächen. Der Kern wird einen hinreichenden Abstand zwischen dem Kern und dem Gaskanal schaffen, so daß das Gas zwischen den beiden hindurchläuft, aber die Lücke wird klein genug sein, um das Eindringen von Kunststoff in das Gasaustrittsloch zu vermeiden.
Eine Alternative ist es, einen porösen Einsatz 60 (siehe Fig. 6) innerhalb des Gaseintritts-/Austritts-Loch 8 am Auslaßpunkt einzusetzen, um den Durchgang von Gas zu erleichtert, aber das Eintreten von geschmolzenem Kunststoff in den Gaskanal zu vermeiden, wenn Kunststoff durch die Formabsperrflächen 9, die das Gaseingangsloch umgeben, hindurchschlägt (flashing). Der poröse Einsatz 60 ist hinreichend porös, um den Durchgang von unter Druck stehendem Gas sowohl in die Form während des Gießverfahrens als auch später während des Belüftens und Ablassens des Gas vor der Beendigung des Gießzyklus zu ermöglichen. Der poröse Einsatz ist vorzugsweise aus einem gesinterten Metall gebildet, für gewöhnlich Stahl oder Bronze, und hat aus praktischen Gründen eine Größe zwischen 5 und 50 um. Die in Fig. 6 gezeigten Beispiele zeigen den porösen Einsatz 60 in Form eines Kegelstumpfes, eingepaßt in ein Loch mit ähnlicher Form und gestützt und gehalten in der Position durch ein Hohlrohr 61. Es ist vorzuziehen, aber nicht wesentlich, daß ein Spalt 62 zwischen dem porösen Einsatz und der anderen Hälfte der Form vorliegt, um den freien Durchgang von Gas zu ermöglichen.
Zu den aus diesen Ausführungsformen sich ergebenden Vorteilen gehören die einfachere und preiswertere Umwandlung von Formen zum Injektionsgießen, das weniger komplizierte und verringerte Risiko zu Fehlfunktionen, die bei Gasventilen, Gasstiften und anderen sich bewegenden Teilen innerhalb der Form auftreten können, eine Möglichkeit zur Erhöhung der Zahl der Gasinjektionspunkte innerhalb der Form, wodurch die Gasverteilung bei größeren Formstücken verbessert wird, und sie ermöglichen die Anwendung von Gaseintrittspunkten 30 bei jeder Kavität 31 von Formen mit Mehrfach-Kavität, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, die preiswertere Installation unter Vermeidung der Kosten komplizierterer Gasinjek tions- und Ablaßvorrichtungen; die geringere Neigung von Kunststoff zur Blockade des Gasinjektionssystems.
Im Fall von Mehrkavitätsmodulen kann jede Kavität durch einen getrennten Gaszufuhrpunkt, entweder innerhalb jedes gegossenen Artikels oder innerhalb eines Plastikzufuhrhauptkanals für jede Formkavität, versorgt werden. Die Gaszufuhrpunkte können mit einem gemeinsamen Gaskanal innerhalb der Form verbunden sein, wodurch der Gasdruck ausgeglichen und wodurch das Gasinjizieren zu jedem Zuführpunkt zeitlich gesteuert wird. Alternativ dazu kann jede der Gaszuführung individuell durch getrennte Gaszufuhrkanäle gesteuert werden, wodurch es ermöglicht wird, den Gasdruck und die Zeitsteuerung des Injizierens getrennt zu ändern. Wie vorangehend beschrieben wurde, wird Gas an Positionen innerhalb des Hauptkanals oder in entkernten Löchern innerhalb der geschmolzenen Artikel injiziert. Als eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann das Gas in den Kunststoff an Auslässen des Kunststoffes an einer oder mehrere Positionen innerhalb der Form, aber außerhalb der Zufuhrhauptkanäle oder der gegossenen Artikel, injiziert werden (wie es mit 71 in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist). Dies wird erreicht, indem die Form externe Auslaufhauptkanäle aufweist, so daß kreisförmige Kunststoffdichtungen 73 um die Gaseintritts-/Austrittspunkte 75 gebildet werden. Dies ermöglicht es, daß der Gasdruck an entfernten Teilen von dem Kunststoffzufuhrpunkt anliegt, und kann ermöglichen, daß Gaskanäle 76 innerhalb des gegossenen Artikels 77 an entfernten Stellen des Formstückes oder an anderen Positionen gebildet werden, in denen das Injizieren von Gas direkt in den gegossenen Artikel nicht praktikabel ist.
Das Spritzgießverfahren umfaßt folgende Schritte in der Reihenfolge:
1. Beginn mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffs aus dem Gießmaschineneinspritzzylinder durch die Maschinen düse in die Form über die Zuführkanäle 22, heiße- und kalte Hauptkanäle 23 und in die Formkavität oder -kavitäten 26.
2. Sobald der Kunststoff vollständig um einen Gaszufuhrpunkt geflossen ist, wobei sich eine wirksame Dichtung bildet, kann die Gasinjektion beginnen, so daß das Gas (vorzugsweise Stickstoff) durch die Kanäle 4 innerhalb der Form und dann zwischen den Formabsperrflächen 9 strömt, und dann, wenn der Gasdruck einmal höher als der lokale Druck innerhalb des Kunststoffs ist, fließt das Gas in den geschmolzenen Kunststoff 10 und bildet kontinuierliche hohle Kanäle 14 aus. Der Kunststoff und das Gas können zusammenfließen, bis die Formkavität mit Kunststoff und Gas gefüllt ist. Es ist in der Praxis üblich, das Volumen des injizierten Kunststoffs so zu steuern, daß es gleich oder kleiner als das Formkavitätsvolumen ist.
Alternativ dazu kann das Gas erst dann injiziert werden, wenn die Formkavität mit Kunststoff gefüllt ist, worauf die Gasinjektion folgt und Kavitäten als kontinuierliche hohle Abschnitte 14 innerhalb des Kunststoffs bildet, während der Kunststoff abkühlt und vom Volumen her schrumpft.
3. Der Druck innerhalb des Gases wird stabilisiert und von der Quelle 3 während des Abkühlperiode des Gießzyklusses gesteuert.
4. Wenn der Kunststoff abgekühlt und verfestigt ist, kann der Gasdruck weggenommen werden und das Gas über den Eingangsweg zwischen den gelösten Absperrflächen und den Belüftungsgebiete 15 und über die Ablaßventile der Gasquelle 3 entweichen.
5. Bei einigen Formstücken kann es bevorzugt sein, den Kunststoff in Auslässe einzuspritzen, wobei sich eine Dichtung um einen Gasinjektionspunkt bildet, wodurch es ermög licht wird, daß der Gasdruck auf Bereiche des Formstücks angewendet wird, die entfernt von dem Kunststoffzufuhrpunkt oder anderen Gasinjektionspositionen sind.
6. Die Form wird dann geöffnet und das Formstück entnommen.
Unter Bezug auf die Fig. 8, 9a, 9b, 9c, 10a, 10b und 10c wird Gas 80, vorzugsweise Stickstoff, in den geschmolzenen Kunststoff 81 innerhalb der Form 82 - entweder direkt in den Gießartikel 83 oder in die Kunststoffzufuhrhauptkanäle - durch poröse Einlässe 84 und 85 injiziert, die an der Formkavitätsoberfläche befestigt und so positioniert sind, daß das Gas durch das poröse Material fließt und dann die äußere Haut 86 des Kunststoff durchdringt, die über dem Einsätzen ausgebildet ist, und dann in den geschmolzenen Kunststoff 81 und 87 fließt, bevor der Kunststoff abkühlt und aus einem geschmolzenen in einen festen Zustand umformt. Der Gasinjektionspunkt wird mit 121 angezeigt. Bezugszeichen 122 zeigt eine dickere Abschnittsrippe an.
Die porösen Einsätze sind normalerweise - aber nicht notwendigerweise - hervorspringend aus der umgebenden Formkavitätsoberfläche 88 angeordnet, so daß das Gas leicht die Haut durchdringt, welche sich über dem Einsatz bildet. Nach Durchdringen der Haut fließt das Gas in den geschmolzenen Kunststoff 81 und folgt dem Weg des geringsten Widerstandes, d. h. innerhalb des dickeren und deshalb heißeren und weniger Viskosen geschmolzenen Kunststoffs innerhalb der Form.
Jede Gasinjektionsposition sollte durch Kunststoff umgeben sein, und vorzugsweise sollte ein dickerer Abschnitt 90 jeden Gasinjektionspunkt umgeben, wodurch eine Dichtung gebildet wird, die das Entweichen oder Leckagen von Gas zur Atmosphäre aus der Form vermeidet, und die vermeidet, daß das Gas einen Gasfilm oder eine Schicht zwischen dem Kunststoff und der benachbarten Formkavitätsoberfläche bildet.
Als eine weitere Erläuterung des Verfahrens zur Ausbildung einer effektiven Dichtung zur Vermeidung der Leckage des Gases über die Oberfläche des Kunststoffs und zwischen der Kunststoffoberfläche und der benachbarten Formkavitätsoberfläche wird von dem den porösen Metalleinsatz und den Gasaustritt aus dem Einlaß umgebenden Kunststoff ein aufrechtstehender geschlossener Ring aus Kunststoff - normalerweise, aber nicht notwendigerweise, in Form eines dreieckigen Querschnitts - in unmittelbarer Nähe zum Gasaustrittspunkt gebildet. Wenn das Gas zur Leckage neigt und zwischen der Kunststoffoberfläche und der benachbarten Formoberfläche strömt, wird dies einen zusätzlichen Druck auf der Innenoberfläche des aufrechtstehenden dreieckförmigen Querschnitts bilden, wodurch der Kunststoff innerhalb des dreieckförmigen Abschnitts gegen die entgegengesetzte Oberfläche gedrückt wird, und wodurch eine Dichtung geschaffen wird, die eine weitere Gasströmung unterbindet. Sobald das Gas daran gehindert ist, über die Oberfläche des Kunststoffs zu strömen, wird Druck innerhalb des Gases erzeugt, und wenn der Druck den Druck innerhalb des Kunststoffs übersteigt und hinreichend groß ist, um durch eine Kunststoffhaut zu pressen, die sich über dem porösen Metalleinsatz bildet, wird das Gas in den Kunststoff strömen und dem Weg des geringsten Widerstandes folgen, wodurch hohle kontinuierliche Kanäle innerhalb des dickeren Abschnitts/der dickeren Abschnitte des Kunststoffs gebildet werden.
Nach dem Durchdringen der Kunststoffhaut strömt das Gas in die Form, wodurch kontinuierliche hohle Abschnitte oder Kanäle innerhalb des geschmolzenen Kunststoffs gebildet werden, in einer ähnlichen Art zur bekannten gasunterstützten Gießpraxis.
Nachdem der Kunststoff abgekühlt ist und sich verfestigt hat, wird der externe Gasdruck zur Atmosphäre entlassen, und das Gas innerhalb der Kavität wird über den Eintrittsweg abgelassen, nämlich über die porösen Einlässe und dann über die abgedichteten Kanäle 91 innerhalb der Formkonstruktion.
Das poröse Material ist hinreichend porös, um Gas frei durch es hindurchströmen zu lassen, aber so, daß das Eindringen von viskoserem Kunststoff in das poröse Metall verhindert wird. Die Auswahl des geeigneten Porösitätsgrades des gesinterten Materials hängt von dem zu gießenden Kunststoff und insbesondere von der Viskosität des Kunststoffs im geschmolzenen Zustand ab. Es ist vorzuziehen, daß das poröse Material ein gesintertes Metall ist, normalerweise rostfreier Stahl oder Bronze, und eine praktische Größe zwischen 5,0 und 30,0 um hat.
Die Kunststoffe sollten nicht an dem porösen Einsatz haften, nachdem das Formstück gebildet und aus der Form entnommen wurde. Die Oberfläche des gesinterten Metalls sollte deshalb glatt und ohne Vertiefungen sein, in die Kunststoff fließen kann. Im Ergebnis wird die Oberfläche des porösen Metalleinsatzes von allen Kunststoff- und anderen Rückständen nach jedem Gießzyklus und während des Ausstoßes des Formstückes gereinigt. Der Metalleinsatz ist dann frei von jeglicher Blockage oder von Rückständen vor dem darauffolgenden Gießzyklus und dem Injizieren des Gases.
In einigen Fällen ist es vorzuziehen, die Gasströmung von einem porösen Einsatz zu lenken, in dem die Oberfläche eines Teils des porösen Einsatzes abgedichtet wird, wodurch das Gas gezwungen wird, durch die verbleibende unverschlossene Oberfläche zu fließen. Die Oberfläche der porösen ges interten Metallteile kann durch Bearbeiten, oder Schleifen, der Oberfläche abgedichtet oder geschlossen werden.
Drei Beispiele sind in den Fig. 11, 12 und 13 gezeigt. In jedem Fall wurde die Oberfläche des kegelstumpfförmigen porösen Metalleinsatzes, der in dem Gasaustrittspunkt in der Form angeordnet ist, bearbeitet oder geschliffen, um die Oberfläche zu verschließen und den Durchfluß von Gas durch die bearbeitete Oberfläche zu vermeiden. Im Ergebnis wird das Gas nur durch die abgeflachte Spitze des Kegelstumpfes in den Kunststoff gelangen, wie dargestellt. Eine dreieckförmige Dichtung aus Kunststoff wurde um den Kegelstumpf zwischen der äußeren Oberfläche des Kegelstumpfes und einer bearbeiteten Oberfläche der Form oder des Einsatzes in der Form gebildet.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines porösen Metalleinsatzes, der als Kegelstumpf 100 geformt in einem zylindrischen Metalleinsatz 101 angeordnet und befestigt ist, welcher ebenfalls so ausgeformt ist, daß er die äußere Oberfläche des Kegelstumpfeinsatzes 102 liefert. Der Kegelstumpfeinsatz wird durch einen weiteren zylindrischen Stahleinsatz 103 in Position gehalten, der innerhalb der Bohrung des äußeren Einsatzes angeordnet ist, um zu vermeiden, daß der gesinterte Metalleinsatz 104 in eine nach unten gerichtete Richtung durch den Druck bewegt wird, der durch den Kunststoff 105 innerhalb der Formkavität ausgeübt werden kann. Auch ist die Verwendung eines kreisförmigen O-Rings 106 gezeigt, um eine Leckage des Gases zwischen dem Einsatz und der Formhalteplatte 107 zu vermeiden.
Fig. 12 ist eine weitere Darstellung der Verwendung eines auf der Oberfläche 108 bearbeiteten gesinterten Metalleinsatzes, um das Entweichen von Gas aus dem Einsatz zu vermeide. Im Ergebnis wird das Gas so gerichtet sein, daß es durch die Spitze des Kegelstumpfabschnittes 109 und in das geschmolzene Kunststoffmaterial fließt. Fig. 12 zeigt auch die Ausbildung der Kunststoffdichtung, die den Gasaustrittspunkt umgibt, indem die zweite Oberfläche der Dichtung 110 in der Formkavitätsoberfläche gebildet ist.
Fig. 13 ist eine weitere Darstellung eines kegelstumpfförmigen porösen Metalleinsatzes 111, der in einem zylindrische Einsatz 112 angeordnet und befestigt ist, welcher seinerseits in einer Formwerkzeugplatte 113 befestigt und mit O-Ringen 114 an dem oberen Ende und unteren Ende des Einlasses abgedichtet ist.
Fig. 14 zeigt ein Verfahren zum Anbringen des porösen Materialeinsatzes 120 innerhalb eines zylindrischen Metalleinsatzes 121, der in die Form eingepaßt werden kann. Es zeigt auch den Einschluß der Kunststoffdichtung als weiterer Ausführungsform dieser Erfindung, wobei die einstückig ausgebildete Dichtung 122 ausschließlich innerhalb des zylindrischen Einsatzes ausgebildet ist.
Fig. 15A und 15B zeigen die Strömung des Gases 140 von einem porösen Metalleinsatz, der von einer einstückigen gegossenen Dichtung 141 umgeben ist, wobei das Gas zu dem und in den dickeren Abschnitt, der durch die Rippe 142 gebildet ist, fließt. Das Gas 140 wird den Weg des geringsten Widerstandes folgen, der in diesem Fall hin zu und in den dickeren Kanal oder Rippe ist, welche die innere Fläche der einstückigen Schmelzdichtung 141 in einer Position benachbart der Rippe 142 penetriert.
Ein wichtiges Merkmal dieser Ausführungsform ist die Einfachheit des Einfügens der porösen Metalleinsätze und das Zuführen des Gases durch gebohrte dichte Kanäle 104 und 91 innerhalb der Form. Im Vergleich mit anderen bekannten Verfahren unter Einsatz von Ventilanordnungen und anderen beweglichen Mechanismen oder Düsen werden nur geringer Raum innerhalb der Formkonstruktion und vergleichsweise preiswerte Änderungen des Formdesigns benötigt. Die Erfindung erleichtert somit die Gasinjektion an mehreren Positionen, was es einfacher und preiswerter macht, jede Kavität einer Mehrfachkavitätsform mit einem getrennten Gaseinlaßpunkt zu versorgen. Auch können größere und kompliziertere Formstücke mit Gas an verschiedenen Gasinjektionspunkten versorgt werden, wodurch die Einsatzmöglichkeit und die Effektivität des gasunterstützten Gießens erhöht wird.
Gasinjektionspunkte können von einem gemeinsamen Zufuhrkanal oder Quelle versorgt werden, wodurch die Gasinjektionsdrücke und die Zeitsteuerung an jedem Gasinjektionspunkt angeglichen werden. Im Gegensatz dazu ist es vergleichsweise einfach, individuell den Druck und die Zeitsteuerung der Gaszufuhr zu jeder Gasinjektionsposition zu steuern, indem getrennte Gaszuführkanäle vorgesehen sind, die individuell bezüglich der Zeit und dem Druck der Gasinjektion gesteuert werden.
Eine weitere wichtige Funktion der porösen Metalleinsätze ist das Filtern des Gases, wodurch der Durchgang von Staub oder von Rückständen in den Kunststoff während dem Injizieren des Gases vermieden wird und wodurch im Gegenzug der Durchgang von Kunststoff oder anderen Partikeln zurück in die Gaszufuhrkanäle, die Gasquelle und die Steuerventile vermieden wird, die die Funktion der Gasinjektionsausrüstung beeinträchtigen würden.
Das Spritzgießverfahren umfaßt die folgenden Schritte in der Reihenfolge:
1. Das Spritzgießverfahren beginnt mit dem Schließen der Form 82, die auf den Gießmaschinenpreßplatten gesichtert ist.
2. Das Injizieren des geschmolzenen Kunststoffs aus den Gießmaschineneinspritzzylinder 111 durch die Maschinendüse 112 und den Schmelzeinlaßkanal 113 in den Formkavitätsraum 114 bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Formkavität eben gerade noch nicht gefüllt ist.
3. Das Gas, vorzugsweise Stickstoff, wird über dichte Kanäle 115 innerhalb der Form durch poröse gesinterte Metalleinsätze 84 injiziert. Die Zeitsteuerung des Gasinjizierens wird sorgfältig gesteuert, aber sie beginnt nicht, bevor der Kunststoff über jeden Gasinjektionspunkt geflossen ist. Wenn der Gasdruck höher als der lokale Druck innerhalb des Kunststoffs ist, durchdringt das Gas die Haut des Kunststoffs 116, die sich über dem porösen Einsatz 85 gebildet hat, und fließt in den geschmolzenen Kunststoff 117, wobei der Weg des geringsten Widerstandes in der Mitte der dickeren Abschnitte 118 gefunden wird, in denen der Kunststoff am wenigsten viskos ist. Das injizierte Gas erzeugt Hohlräume als kontinuierliche hohle Abschnitte oder Kanäle innerhalb des Kunststoffs, während dieser kühlt und im Volumen schrumpft.
4. Der Druck innerhalb des Gases wird stabilisiert und von der externen Quelle 119 während der Abkühlperiode in dem Gießzyklus gesteuert, wenn sich der Kunststoff von einem geschmolzenen in einen festen Zustand transformiert. Der Gasdruck liegt an dem Kunststoff an, wodurch der Kunststoff gegen die Formkavitätsoberflächen gezwungen wird, wodurch die Wiedergabe der Formkavitätsoberflächen auf dem gegossenen Artikel verbessert wird.
5. Nachdem der Kunststoff sich verfestigt hat, wird das Gas von dem Formstück über den Eingangsweg durch die porösen Metalleinsätze 85 in die dichten Gaskanäle 120 innerhalb der Form und zu Atmosphäre oder zu einer Gassammelkammer entlassen, damit das Gas im darauffolgenden Gießvorgängen wiederverwendet werden kann.
6. Die Form wird geöffnet und das Formstück entnommen. Das Gasablassen kann beendet werden, während die Form beginnt sich zu öffnen, und wenn eine Lücke zwischen dem Kunststoff und dem porösen Metalleinsatz gebildet wird.
Es ist offensichtlich, daß die obige Ausführungsform nur als Beispiel beschrieben wurde, und daß zahlreiche Variationen möglich sind, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Spritzgießvorrichtung mit einer Form mit zwei Formhälften (1) und (2), die zusammenführbar sind, um eine Formkavität (26) zu begrenzen, Mitteln (21) zum Zuführen von Kunststoffmaterial zu der Formkavität, Mitteln (3) zum Zuführen von Gas unter Druck zu der Formkavität an einer von den Mitteln zum Zuführen des Kunststoffmaterials versetzten Stelle derart, daß das Gas in das Kunststoffmaterial injiziert werden kann, und zum Abführen von Gas aus der Formkavität, wobei die Mittel zum Zuführen von Gas Mittel (9, 60) aufweisen, die einen Gasdurchtritt gestatten und einen Durchtritt des Kunststoffmaterials verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Form um die Mittel zum Zuführen des Gases herum eine solche Formgebung hat, daß bei Betrieb der Form eine Dichtung durch das Kunststoffmaterial gebildet wird, die ein Entweichen des Gases zwischen dem Kunststoff und der benachbarten Formoberfläche verhindert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zum Gestatten des Gasdurchtritts zum Verhindern des Durchtritts von Kunststoffmaterial einen Spalt zwischen Absperrflächen von benachbarten Formteilen aufweisen, der einen Durchtritt von Gas gestattet und einen Durchtritt von Kunststoff verhindert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zum Gestatten des Durchtritts von Gas und zum Verhindern des Durchtritts von Kunststoff einen porösen Einsatz aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Formgebung einen Ring definiert, der die Gasinjektionsstelle umgibt.

5. Verfahren zum Spritzgießen mit den Schritten: Zuführen von Kunststoffmaterial zu einer Formkavität, die von einer Form mit zwei Formhälften definiert wird, Zuführen von Gas zur Formkavität unter Druck an einer Stelle, die von der Zuführstelle des Kunststoffmaterials versetzt ist, um das Kunststoffmaterial in der Form unter Druck zu setzen und Gas in das Material zu injizieren, Verhindern des Eintritts von Kunststoffmaterial in die Gaszuführung, und Abführen des Gases aus der Form und Öffnen der Form zum Entnehmen des geformten Produkts, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasaustritt zwischen dem Kunststoff und der benachbarten Formoberfläche dadurch verhindert wird, daß der Gasdruck Kunststoffmaterial gegen eine Formoberfläche andrückt, um eine Abdichtung zu bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei der der Druck des Gases gesteuert wird, um den Spritzgießvorgang zu unterstützen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Zeitpunkt der Injektion des Gases gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem Gasdruck innerhalb eines abgedichteten Bereiches aufgebracht wird, um Druck auf Kunststoffmaterial außerhalb dieses Bereiches zu übertragen, um Kunststoffmaterial zum Ausgleich von Schrumpf nachzuschieben.