DE69722762T2

DE69722762T2 - Vorrichtung zum formen von verbundgegenständen

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Publication number: DE69722762T2
Application number: DE69722762T
Authority: DE
Inventors: Technology Inc Vec
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: US6287493B1; KR19990067683A; JP2001508710A; US6257867B1; HK1017307A1; AU4028897A; DE69722762D1; WO1998012034A1; CN1206366A; CA2237687A1; EP0861146B1; AU713894B2; DK0861146T3; ES2201317T3; KR100538129B1; JP4036900B2; CN1077490C; EP0861146A1; US5971742A; BR9706773A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Verbundgegenständen, d. h. von Gegenständen, die typischerweise ein faserverstärktes Gitter innerhalb einer gekrümmten Harzmatrix aufweisen. Insbesondere betrifft die Erfindung Spritzgußvorrichtungen mit aufeinander passenden Werkzeugen und ein Verfahren nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 6, die zum Spritzgießen von Verbundgegenständen bei geregelten Temperaturen mit leicht austauschbaren billigen Werkzeugflächen geeignet sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Reaktionsspritzgießen und Harztransferpressen sind Verfahren, bei denen trockene faserverstärkte Lagen/Vorformlinge in einen Formenhohlraum eingebracht werden, dessen Oberflächen die Endkonfiguration des herzustellenden Gegenstands definieren, woraufhin ein fließfähiges Harz unter Druck in den Formenhohlraum (das Formplenum) eingespritzt wird, um dadurch die faserverstärkten Lagen/Vorformlinge zu sättigen/benetzen. Nach dem Härten der mit Harz getränkten Vorformlinge in dem Formplenum werden die fertigen Gegenstände aus der Form entnommen.
Der Stand der Technik beschreibt Spritzgußvorrichtungen, die aus einem Paar von komplementären oder "aufeinander passenden" Werkzeugen bestehen, die diese Formflächen bilden, wobei jedes Werkzeug sorgfältig aus beispielsweise einem Hartmetall spangebend bearbeitet wird, das ansonsten gegenüber dem in Verbindung damit zu verwendenden Harz relativ reaktionsunfähig ist. Solche aufeinander passenden Metallwerkzeuge sind in der Herstellung teuer und sind zwangsläufig auf die Herstellung eines einzigen Gegenstands mit einem gegebenen Design beschränkt. Anders ausgedrückt, selbst geringfügige Änderungen der gewünschten Konfiguration des herzustel lenden Gegenstands können die spangebende Bearbeitung eines vollständig neuen Ersatzwerkzeugs erforderlich machen.
Außerdem haben solche bekannten Metallwerkzeuge typischerweise eine erhebliche thermisch wirksame Masse, die mit zunehmender Abweichung der Werkzeugtemperatur von den gewünschten Verfahrenstemperaturen zunehmend problematischer wird. Im Hinblick darauf sind solche Werkzeuge häufig mit einem integralen System aus inneren Heiz- und/oder Kühlrohren oder -kanälen versehen, durch die hindurch ein von außen zugeführtes Heiz- und/oder Kühlfluid umgewälzt werden kann. Gemäß diesen bekannten Konstruktionen sind die Heiz- und/oder Kühlkanäle jedoch relativ zu den Werkzeugoberflächen so positioniert, daß dazwischen ein minimaler Abstand von ungefähr 5 cm (2 inches) bleibt, um sicherzustellen, daß der resultierende Gegenstand frei von heißen und kalten Linien oder Bändern ist, die anderenfalls infolge von unterschiedlichen Heiz- und/oder Kühlraten beim Härten des Harzes in dem Gegenstand erzeugt werden könnten. Dieser minimale Abstand schränkt seinerseits von Natur aus die Fähigkeit dieser bekannten Werkzeuge ein, die Temperatur während des Spritzgießverfahrens genau zu steuern, insbesondere wiederum dann, wenn solche Verfahren exotherm sind. Die Temperatursteuerung des Formplenums wird noch problematischer, wenn Gegenstände veränderlicher Dicke herzustellen sind, wenn dabei die dickeren Bereiche des Gegenstands zu einem früheren Zeitpunkt gut polymerisieren können und wahrscheinlich höhere Temperaturen als seine dünneren Bereiche erreichen.
Wenn ferner aufeinander passende Metallwerkzeuge in Verfahren verwendet werden, bei denen verkürzte Taktzeiten angewandt werden, kann die relativ große thermisch wirksame Masse solcher Metallwerkzeuge häufig Spitzentemperaturen im Bereich von ungefähr 190,5°C bis ungefähr 205°C (375°F bis ungefähr 400°F) erzeugen, was in "trockenen Stellen" resultiert, die den fertigen Gegenstand wahrscheinlich unbrauchbar machen. Es kann also sein, daß solche aufeinander passenden Metallwerkzeuge periodisch für eine ausreichende Zeit außer Betrieb genommen werden müssen, um zu ermöglichen, daß das Werkzeug auf eine akzeptable Betriebstemperatur abkühlt, wodurch die Herstellungskosten des Gegenstands bei Verwendung solcher Werkzeuge erheblich erhöht werden. Schließlich ist bekannt, daß am anderen Ende der Temperaturskala reduzierte Werkzeugtemperaturen die Styrolaufbaurate erhöhen, wenn Styrolmonomere verwendende Harze eingesetzt werden, wodurch eine größere Häufigkeit des Entfernens des Styrolaufbaus und damit verbundener Personalkosten und Stillstandszeiten der Einrichtung beschleunigt werden, so daß dadurch die Verfahrenskosten steigen.
Bei dem Versuch, eine verbesserte Temperaturregelung zu ermöglichen und gleichzeitig die Entnahme des fertigen Gegenstands aus der Spritzgußvorrichtung zu erleichtern, beschreibt der Stand der Technik eine modifizierte Spritzgußvorrichtung, bei der die eine Formfläche von einem flexiblen Element gebildet ist, das beispielsweise aus Kautschuk besteht. Die andere Formfläche ist immer noch von einem starren, wärmeleitfähigen Metallwerkzeug definiert, das von einem druckbeaufschlagten Fluid wie etwa Dampf gestützt werden kann, wodurch Härtungswärme für endotherme Gießvorgänge zu dem Formenhohlraum übertragen wird. Leider kann es bei solchen endothermen Verfahren sein, daß die Erwärmung nur einer Seite des Formenhohlraums die Flexibilität hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit und anderen Eigenschaften des resultierenden Gegenstands und auch das Ausmaß, in dem die Härtung des Harzes beschleunigt werden kann, einschränkt. Wenn solche Werkzeugvorrichtungen in exothermen Verfahren verwendet werden, beschleunigt außerdem die resultierende Wärme die Verschlechterung der flexiblen Formfläche, wodurch ein Langzeitgebrauch der Werkzeugs verhindert wird. Ferner macht eine solche Werkzeugvorrichtung häufig die Evakuierung des Formplenums vor dem Einspritzen des Harzes in dieses erforderlich, was die Verwendung und Wartung solcher Werkzeugvorrichtungen komplexer und Verfahren, die solche Vorrichtungen verwenden, zeitaufwendiger und teurer macht.
Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in IBM Technical Disclosure Bulletin 1974, Vol. 17, Nr. 2, Juli 1974, Seiten 479 und 480, die eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 6 beschreiben.
Was benötigt wird ist also eine Spritzgußvorrichtung mit aufeinander passenden Werkzeugen, die austauschbare Formflächen aufweist, die einfacher und weniger teuer als bekannte starre oder flexible Werkzeuge herstellbar sind, während gleichzeitig eine verbesserte Temperaturregelung sowohl während endothermer als auch während exothermer Verfahren ermöglicht wird, um dadurch Gegenstände verbesserter Güte bei kürzeren Taktzeiten bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spritzgußvorrichtung bereitzustellen, die wiederverwendbare, billige Formflächen aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spritzgußvorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Temperaturregelung ihrer Formflächen aufweist, so daß dadurch eine verbesserte Steuerung des Gießverfahrens und der damit einhergehenden Eigenschaften des Gegenstands erzielt werden können.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Spritzgußvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Spritzgießen in einem geschlossenen System nach Anspruch 6 bereit.
Nach der vorliegenden Erfindung weist eine Spritzgußvorrichtung ein Paar von Formabschnitten auf, wobei jeder Formabschnitt seinerseits ein starres Gehäuse und eine halbsteife Membran aufweist, die lösbar an dem Gehäuse angebracht ist, damit eine fluiddichte Kammer darin ausgebildet wird. Die Membran jedes Formabschnittes, die ihrerseits seine Formfläche definiert, besteht bevorzugt aus einem kostengünstigen Verbundmaterial wie etwa Glasfaser oder verstärktem Nylon oder anderem geeigneten Material; nach der vorliegenden Erfindung können verschiedene Membranmaterialien und/oder -eigenschaften für die jeweiligen Membranen jedes Formabschnitts gewählt werden. Wenn die beiden Formabschnitte zusammengesetzt sind, wobei ihre jeweiligen Formflächen einander gegenüberliegen, wird ein Formplenum definiert, in dem der gewünschte Gegenstand herzustellen ist. Nach der vorliegenden Erfindung sind also Designänderungen des Gegenstands durch Änderung oder Austausch der billigen Membran(en) leicht möglich. Anders ausgedrückt, nach der vorliegenden Erfindung kann ein gegebenes Formabschnittgehäuse mit einer großen Vielfalt von relativ kostengünstigen Verbundmembranen ausgestattet werden, die bei der Herstellung von Verbundgegenständen unterschiedlicher Gestalt, Größe und Eigenschaften nützlich sind, so daß dadurch die Werkzeugausstattungskosten im Vergleich zum Stand der Technik stark gesenkt werden können.
Nach der vorliegenden Erfindung ist ein nicht kompressibles Fluid innerhalb der Kammer jedes Formabschnitts angeordnet und füllt diese, wodurch ihre jeweilige Membran abgestützt wird, so daß die richtige Dimensionierung des fertigen Gegenstands gewährleistet ist, während gleichzeitig eine geringfügige dimensionsmäßige Durchbiegung beim Einspritzen von Harz zugelassen wird, um eine Einspritzdruckbelastung der Membran gleichmäßig über ihre gesamte Oberfläche zu verteilen. Das letztere Merkmale kann sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn im Harzeinspritzschritt eine Einspritzdruckspitze auftritt. Als ein weiterer Vorteil wird davon ausgegangen, daß eine solche geringfügige dimensionsmäßige Durchbiegung der Membran beim Einspritzen von Harz den Durchfluß des Harzes durch das Formplenum verbessert oder steigert. Eine Expansionskammer in Fluidverbindung mit der Kammer von einem oder beiden Formabschnitten dient dazu, die Wärmeausdehnung des die Membran abstützenden Fluids vor dem Einspritzen des Harzes in das Formplenum und im Anschluß an die Härtung des fertigen Gegenstands aufzunehmen, wobei ein Ventil wirksam ist, um die Kammer beim Einspritzen des Harzes und beim Härten von der Expansionskammer zu trennen.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das abstützende Fluid seinerseits bevorzugt wärmeleitfähig; die Spritzgußvorrichtung weist ferner auf: eine Einrichtung in thermischer Verbindung mit dem abstützenden Fluid in einem Formabschnitt oder in beiden zum Regeln der Temperatur des abstützenden Fluids. Beispielsweise weist bei einer bevorzugten Ausführungsform die Temperaturregeleinrichtung auf: ein System von Schlangen, die sich innerhalb jeder Kammer erstrecken, und eine äußere Heiz- und/oder Kühleinheit herkömmlicher Konstruktion, die mit dem Schlangensystem verbunden und so wirksam ist, daß ein Temperatursteuerungsfluid bei einer vorbestimmten Temperatur durch dieses umgewälzt wird. Auf diese Weise kann die Temperatur des abstützenden Fluids und ergänzend der Formfläche jedes Formabschnitts genau geregelt werden, so daß dadurch verbesserte Eigenschaften des fertigen Gegenstands und/oder eine verbesserte Steuerung der Verfahrensparameter wie etwa der Aushärtzeit und -temperatur erzielt werden. Weitere Vorteile einer solchen Temperaturregelung der Formflächen umfassen beispielsweise einen reduzierten Styrolaufbau mit einer damit einhergehenden Verringerung der Stillstandszeit des Werkzeugs und der Werkzeugwartungskosten im Vergleich mit bekannten Spritzgußvorrichtungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise schematische, teilweise auseinandergezogene isometrische Ansicht einer Spritzgußvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung; und
2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung entlang der durch ihre Linie 2-2 verlaufenden Vertikalebene im Anschluß an das Anordnen des oberen Formabschnitts auf dem unteren Formabschnitt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Wie 1 zeigt, weist eine beispielhafte Vorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung zum Spritzgießen eines Verbundgegenstands eine Werkzeuganordnung 12 auf, die einen oberen Formabschnitt 14 und einen unteren Formabschnitt 16 hat, die beim Anordnen des oberen Formabschnitts 14 auf dem unteren Abschnitt 16 mit Hilfe von Arretierstiften 18 und von komplementären Arretierschlitzen 20 ein Formplenum 22 mit den aufeinander passenden Formflächen 24, 26 definieren. Dabei weisen der untere und der obere Formabschnitt 14, 16 jeweils ein starres Gehäuse 28, 30 und eine relativ dünne, halbsteife Membran 32, 34 auf, die an dem jeweiligen Gehäuse 28, 30 entlang dem Umfangsrand der Membran beispielsweise durch einen Klemmring 36 abnehmbar und abdichtbar befestigt ist. Im zusammengesetzten Zustand wirken also die Gehäuse 28, 30 und die Membranen 32, 34 jedes Formabschnitts 14, 16 so zusammen, daß sie fluiddichte Kammern 38, 40 darin definieren.
Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jede Membran 32, 34 ihrerseits bevorzugt aus einer Verbunddeckschicht gebildet, die in ihrer elegantesten Ausführung einfach ein Abklatsch eines Rohlings des herzustellenden Gegenstands sein kann. Jede Membran 32, 34 kann zwar zweckdienlich aus Glasfaser oder verstärktem Nylon gebildet sein, bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch an die Verwendung von halbsteifen Membranen 32, 34 gedacht, die aus anderen geeigneten Materialien wie etwa Leichtmetallblech hergestellt sein können, wobei die Membranen 32, 34 günstig und billig in einer Druckkammer auf eine dem Fachmann bekannte Weise hergestellt, geformt und umgeformt werden können. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß bei der vorliegenden Erfindung an die Verwendung von entweder den gleichen oder verschiedenen Materialien für die jeweiligen Membranen 32, 34 jedes Formabschnitts 14, 16 gedacht ist, und zwar in Abhängigkeit von beispielsweise den gewünschten Eigenschaften des Flächenkörpers (beispielsweise seiner Wärmeleitfähigkeit, Formbarkeit und Gebrauchslebensdauer), den gewünschten Eigenschaften des hergestellten Gegenstands (beispielsweise der Oberflächenbeschaffenheit und des Glanzes) und/oder den gesamten Verfahrensparametern (beispielsweise den Harzeinspritzdrücken, der Harzaushärtzeit und der Taktzeit der Werkzeuganordnung.
Die innerhalb jedes Formabschnitts 14, 16 definierten fluiddichten Kammern 38, 40 sind mit einem im wesentlichen nicht kompressiblen wärmeleitfähigen Fluid 42 gefüllt, das vor dem Einspritzen des Harzes in das Formplenum 22 von einem Fluidversorgungsnetz 44 zugeführt wird. Das Fluid 42 innerhalb jeder Kammer 38, 40 bildet somit auf eine noch zu beschreibende Weise eine Abstützung für jede Membran 32, 34, die beim Einspritzen des Harzes mit Druck beaufschlagt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß 1 ist das die Membran abstützende Fluid 42 zweckmäßigerweise Leitungswasser, das von dem Netz 44 dem oberen und unteren Formabschnitt 14, 16 beispielsweise durch jeweilige Einlaßsteuerventile 46 und Schnellanschlußkupplungen 48 zugeführt wird. Der Fachmann kennt andere geeignete Fluide, die über verschiedene Betriebsbereiche brauchbar sind (beispielsweise höhere Verdampfungstemperaturen haben). Ein Druckmesser 50 kann an der Abstromseite jedes Einlaßventils 46 dazu dienen, die Durchflußrate des abstützenden Fluids 42 in die Kammer 38, 40 jedes Formabschnitts 14, 16 zu überwachen. Um das Füllen und Entleeren jeder Kammer 38, 40 zu erleichtern, hat jeder Formabschnitt 14, 16 ein Lüftungsloch 52, durch das Luft innerhalb jeder Kammer 38, 40 beim Füllen derselben mit dem abstützenden Fluid 42 entweichen kann. Wenn die Kammer gefüllt ist, wird das Lüftungsloch 52 jeder Kammer mit einem Lüftungslochstopfen 54 dicht verschlossen, so daß dadurch der Membran und der Formfläche 24, 26 jedes Formabschnitts die erforderliche Steifigkeit verliehen wird.
Wie 2 zeigt, in der die relativen Dimensionen von beispielsweise den Membranen 32, 34 und dem Formplenum 22 zur einfachen Darstellung übertrieben sind, weist jeder Formabschnitt 14, 16 ein System von sich innerhalb seiner fluiddichten Kammer 38, 40 erstreckenden Heiz- und/oder Kühlschlangen 56 auf, die ihrerseits über Schnel lanschlußkupplungen 58 mit einer äußeren Heiz- und/oder Kühleinheit 60 herkömmlicher Konstruktion verbunden sind. Dabei sind die Schlangen 56 in Verbindung mit der Heiz- und/oder Kühleinheit 60 so wirksam, daß sie die Temperatur des abstützenden Fluids 42 und somit der Formfläche 24, 26 jeder Membran 32, 34 während des gesamten Spritzgießverfahrens präzise regeln. In 2 sind die Schlangen zwar nahe der Rückseite der Verbundmembran gezeigt, nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Wärmeleitfähigkeit des abstützenden Fluids 42 jedoch erhebliche Konstruktionsänderungen hinsichtlich der Anordnung der Schlangen 56 innerhalb der Kammer 38, 40 jedes Formabschnitts 14, 16, was wiederum die Verwendung eines gegebenen Formabschnittgehäuses 28, 30 und Schlangensystems 56 mit einer großen Vielfalt von Membranen 32, 34 erleichtert. Nach der vorliegenden Erfindung sind zwar in 2 die Membranen 32, 34 der beispielhaften Vorrichtung in der Tat mit einer relativ gleichmäßigen Dicke gezeigt; der Wirkungsgrad, mit dem die Werkzeugtemperatur nach der vorliegenden Erfindung gesteuert werden kann, gestattet jedoch die Verwendung von Membranen 32, 34 veränderlicher Dicke, was beispielsweise erwünscht sein kann, wenn der fertige Gegenstand mit Verstärkungsrippen versehen wird.
Sofern das abstützende Fluid 42, mit dem jeder Formabschnitt 14, 16 gefüllt wird, mit einer Temperatur zugeführt wird, die von der gewünschten Verfahrenstemperatur verschieden ist, weist das Fluidversorgungsnetz 44 ferner eine Niederdruck-Expansionskammer 62 auf. Beim anschließenden Erwärmen oder Abkühlen jedes Formabschnitts 14, 16 auf die gewünschte Temperatur wird also eine resultierende Wärmeausdehnung des abstützenden Fluids 42 innerhalb jeder Kammer 38, 40 von der Expansionskammer 62 aufgenommen, so daß dadurch eine Verformung und/oder schädliche Beanspruchung der Membranen 32, 34 verhindert wird.
Es wird erneut auf die Zeichnungen Bezug genommen. 2 zeigt, daß sich ein Anguß 64 durch den oberen Formabschnitt 14 so erstrecken kann, daß er einen Weg bildet, durch den hindurch ein gewünschtes härtbares Harz aus einer Harzversorgung 66 unter Druck durch eine geeignete Pumpe 68 in das Formplenum 22 eingespritzt werden kann. Die Anzahl und Anordnung solcher Angüsse 64 hängt auf eine dem Fachmann bekannte Weise von der Konfiguration und den gewünschten Eigenschaften des zu formenden Gegenstands und den Durchflußeigenschaften des verwendeten Harzes ab. In diesem Zusammenhang ist ersichtlich, daß eine Serie kleiner Lüftungslöcher 70 zwischen gege nüberliegenden Klemmringen 36 des oberen und unteren Formabschnitts 14, 16 vorgesehen ist, durch die hindurch während des Einspritzen des Harzes in das Formplenum 22 eingeschlossene Luft zur Atmosphäre entweichen kann.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die beispielhafte Spritzgußvorrichtung 10 ferner eine allgemein mit 72 bezeichnete Einrichtung an dem unteren Formabschnitt 16 auf, um die Werkzeuganordnung 12 oder mindestens das in dem unteren Formabschnitt 16 enthaltene abstützende Fluid 42 in Schwingung zu versetzen. Es wird angenommen, daß eine Vibration der Werkzeuganordnung 12 und/oder des abstützenden Fluids 42 während des Einspritzens des Harzes den Harzdurchfluß durch das Formplenum 22 erleichtert sowie die Sättigung und Benetzung der darin angeordneten faserverstärkten Vorformlinge (nicht gezeigt) verbessert.
Nach der vorliegenden Erfindung kann die in den Zeichnungen gezeigte beispielhafte Spritzgußvorrichtung wie folgt verwendet werden: Ein oder mehrere faserverstärkte Vorformlinge werden in den Formenhohlraum gelegt, der durch die "aufnehmende" Formfläche 26 des unteren Formabschnitts 16 definiert ist. Danach wird der obere Formabschnitt 14 auf den unteren Formabschnitt 16 abgesenkt, so daß jeder Arretierstift 18 mit seinem jeweiligen Arretierschlitz 20 in Eingriff gelangt (falls gewünscht, kann dann der obere Formabschnitt 14 an dem unteren Formabschnitt 16 beispielsweise durch die Verwendung geeigneter Spanneinrichtungen, nicht gezeigt, befestigt werden). Jeder Formabschnitt 14, 16 wird dann an das Versorgungsnetz 44 für das abstützende Fluid (Wasser) angeschlossen, und sein jeweiliges Lüftungsloch 52 wird geöffnet und das Einlaßventil 46 betätigt, um dadurch die darin befindliche Kammer 38, 40 vollständig mit Wasser zu füllen.
Wenn die Kammern 38, 40 vollständig gefüllt sind, wird jedes Formabschnitt-Lüftungsloch 52 mit seinem jeweiligen Lüftungslochstopfen 54 dicht verschlossen und die Heiz- und/oder Kühleinheit 60 betätigt, um jeden Formabschnitt 14, 16 auf die gewünschte Verfahrenstemperatur zu bringen. Das Einlaßventil 46 zu jedem Formabschnitt 14, 16 wird danach geschlossen, um seine jeweilige Kammer 38, 40 von der Expansionskammer 62 des Fluidversorgungsnetzes zu trennen (die im übrigen eine Wärmeausdehnung des abstützenden Fluids 42 während der Temperaturnormalisierung aufgenommen hat). Nur beispielhaft sei erwähnt, daß es sich gezeigt hat, daß dann, wenn das einzuspritzende Harz ein härtbares Polyester- oder Vinylesterharz ist, die gewünschte Betriebstemperatur, die erforderlich ist, um die gewünschten Durchflußeigenschaften für ein gegebenes härtbares Polyester- oder Vinylesterharz zu erhalten, 60°C bis ungefähr 66°C (140°F bis ungefähr 150°F) beträgt.
Das gewünschte Harz wird danach unter Druck durch den Anguß 64 in das Formplenum 22 eingespritzt. Wenn die Membranen beispielsweise aus Glasfaser mit einer Nenndicke von ungefähr 0,95 cm (0,375 inches) gebildet sind, ist ein typischer Einspritzdruck, der beim Einspritzen eines härtbaren Polyester- oder Vinylesterharzes mit einer Viskosität zwischen ungefähr 400 und 500 Centipoise in das Formplenum 22 verwendet wird, bevorzugt unter ungefähr 690 kPa (200 psig) und am meisten bevorzugt unter ungefähr 410 kPa (60 psig). Selbstverständlich beruht die optimale Durchflußrate, mit der das Harz eingespritzt wird, auf einer Reihe von Faktoren, die dem Fachmann wohl bekannt sind.
Wenn das Formplenum 22 vollständig mit Harz gefüllt ist, was visuell durch die Abgabe von Harz durch die Luftauslässe bestätigt wird, die in den Klemmringen 36 jedes Formabschnitts 14, 16 gebildet sind, wird das Einspritzen von Harz beendet. Die Temperatur jeder Formfläche 24, 26 wird danach durch Betätigung der Heiz- und/oder Kühleinheit 60 geregelt, um dadurch eine optimale Härtungsrate zu erhalten, mit der die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit und/oder die gewünschten Eigenschaften des fertigen Gegenstands erzielt werden können, oder um das Spritzgießverfahren anderweitig zu optimieren. Die Formabschnitte 14, 16 werden danach getrennt, und der fertige Gegenstand wird auf herkömmliche Weise aus dem Formenhohlraum entnommen.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung biegt sich aufgrund der halbsteifen Beschaffenheit der Membran 34 des unteren Formabschnitts die Membran 34 dimensionsmäßig geringfügig beim Einspritzen von Harz durch, da das abstützende Fluid 42 die resultierende Einspritzdruckbelastung über die gesamte Oberfläche der Membran 34 verteilt. Auf diese Weise vermeidet die halbsteife Membran 34 eine schädliche Spannungskonzentration an ihrer Formfläche 26 während des Einspritzens von Harz. Tatsächlich wird angenommen, daß das geringfügige Durchbiegen der Formflächen 24, 26 von einer oder beiden Membranen 32, 34 beim Einspritzen von Harz den Harzdurchfluß durch das Formplenum 22 weiter verbessert oder steigert, wobei diese Wirkung durch gewolltes impulsförmiges Einspritzen des Spritzharzes weiter verstärkt werden kann und wobei all dies ohne schädlichen Einfluß auf die Formwerkzeuge (die Membranen 32, 34) geschieht.
Es sind zwar die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden; es versteht sich jedoch, daß die Erfindung modifiziert werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung nach den beigefügten Ansprüchen abzuweichen. Beispielsweise verwendet die bevorzugte Ausführungsform zwar das die Membran abstützende Fluid 42, das seinerseits vollständig in der Kammer 38, 40 jedes Formabschnitts 14,16 enthalten ist, der durch die Heiz- und/oder Kühleinheit 60 über die Schlangen 56 zu erwärmen oder zu kühlen ist, bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch an die Verwendung eines Temperaturreguliersystem mit geschlossenem Kreislauf gedacht, wobei das abstützende Fluid 42 seinerseits zwischen der inneren Kammer 38, 40 jedes Formabschnitts und der Heiz- und/oder Kühleinheit 60 umgewälzt wird.

Claims

Spritzgussvorrichtung mit einem Paar von gegenüberliegenden Formabschnitten (14, 16), deren jeder ein starres Gehäuse (28, 30) und eine halbstarre Membran (32, 34) aufweist, die lösbar mit dem Gehäuse (28, 30) befestigt ist, damit eine flüssigkeitsdichte Kammer (38, 40) innerhalb eines jeden Formabschnittes (14, 16) ausgebildet wird, wobei die Membrane (32, 34) eines jeden Formabschnittes (14, 16) eine Formfläche (24, 26) festlegen und die gegenüberliegenden Formflächen (24, 26) der Formabschnitte (14, 16) ein Form-Plenum (22) ausbilden, mit einer Vorrichtung (64, 66, 68) zum Injizieren von Harzunterdruck in das Plenum (22), und mit einem nicht kompressiblen flüssigen Medium, das innerhalb der Kammer (38, 40) eines jeden Formabschnittes (14, 16) angeordnet ist und die Kammer füllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Expansionskammer (62) in Flüssigkeitsverbindung mit der Kammer (38, 40) eines oder beider Formabschnitte (14, 16) sowie eine Ventilvorrichtung zum Isolieren der Expansionskammer gegenüber der Kammer des einen oder beider Formabschnitte aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Membran (32, 34) eines der Formabschnitte (14, 16) aus einem Verbundmaterial besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Membran (32) eines der Formabschnitte (14) aus einem Material und die Membran (34) des anderen Formabschnittes (16) aus einem unterschiedlichen Material besteht
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der das nicht kompressible flüssige Medium thermisch leitend ausgebildet ist, und eine Vorrichtung (56, 58, 60) vorgesehen ist, die in thermischer Verbindung mit dem flüssigen Medium innerhalb der Kammer (38, 40) eines oder beider Formabschnitte steht, um die Temperatur des flüssigen Mediums zu regulieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Temperaturregelvorrichtung (56, 58, 60) ein System von Spulen (56) aufweist, die innerhalb der Kammer (38, 40) des einen oder eines jeden Formabschnittes (14, 16) angeordnet sind, und eine Temperatur-Steuereinheit (60) mit dem Spulensystem so verbunden ist, dass flüssiges Medium mit geregelter Temperatur durch das Spulensystem geführt wird.
Verfahren zum Spritzgießen in einem geschlossenen System, mit dem ein Form-Plenum (22) ausgebildet wird, das durch ein Paar von beabstandeten, gegenüberliegenden, sich gleich weit erstreckenden halbsteifen Membranen (32, 34) festgelegt wird, wobei jede Membran teilweise eine flüssigkeitsdichte Kammer (38, 40) und die Formflächen (24, 26) eines zu formenden Gegenstandes bildet, das Form-Plenum (22) geschlossen wird, die Membrane (32, 34) außerhalb des Form-Plenums (22) abgestützt waren und ein nicht kompressibles flüssiges Medium dagegenwirkt, ein Spritzgussharz in das geschlossene Form-Plenum (22) injiziert wird, und Wärme oder Kälte über das flüssige Medium den Formflächen (24, 26) und dem Plenum (22) aufgegeben wird, um einen gehärteten, geformten Gegenstand mit der durch das Plenum festgelegten Formgebung zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Expansion des flüssigen Mediums außerhalb der Kammern (38, 40) vor dem Injizieren des Harzes ausgeführt und während des Injizierens des Harzes und des Aushärtens durch Isolieren der Kammern (38, 40) gegen die äußere Expansion verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Membrane (32, 34) als die innere anliegende Begrenzung und als Verschlusswände der gegenüberliegenden Formgehäusekammern (38, 40) der aufeinander passenden Werkzeuge verwendet werden, und das flüssige Medium in die Kammern (38, 40) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die halbstarren Membrane (32, 34) so abgestützt werden, dass sie eine geeignete Dimensionierung des dazwischen geformten Gegenstandes sicherstellen, während eine geringfügige dimensionale Biegung beim Injizieren des Harzes auf gleichförmige Weise ermöglicht wird, um eine durch Injektionsdruck hervorgerufene Belastung über die Formflächen (24, 26) zu verteilen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der die Membran abstützenden Flüssigkeit beim Formvorgang geregelt wird, um gewünschte Änderungen in den charakteristischen Eigenschaften des geformten Gegenstandes und in den Prozessparametern, z. B. die Aushärtzeit und der sich daraus ergebenden Ausgusszeit, zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur durch Erwärmen oder Kühlen des flüssigen Mediums gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (32, 34) aus den Gehäusekammern (38, 40) entfernbar und durch ähnlich oder unterschiedlich geformte Membrane auswechselbar sind, z. B. zum entsprechenden Austauschen und Formgeben eines anders geformten Gegenstandes innerhalb der gemeinsamen Formwerkzeug-Gehäusekammern (38, 40).