DE69724821T2

DE69724821T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eises hohlkörpers aus kunststoff

Info

Publication number: DE69724821T2
Application number: DE69724821T
Authority: DE
Inventors: Mikael Hildesson; Tor Hesselgren; Lars Odelmark
Original assignee: Lear Corp Sweden AB; Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp; International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: WO1998028119A1; SE9604475D0; JP2001508369A; SE508097C2; AU5422098A; US6372177B1; BR9715008A; DE69724821D1; EP0954424A1; JP4397051B2; SE9604475L; EP0954424B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstands mit den folgenden Schritten:
Einspritzen von Kunststoffmaterial unter Druck in einen Formhohlraum,
Kühlen des den Wänden des Formhohlraums nahesten Kunststoffmaterials,
Einspritzen von Gas unter Druck in flüssiges Kunststoffmaterial, welches durch das gekühlte Kunststoffmaterial umgeben ist,
Herausdrücken flüssigen Kunststoffmaterials in mindestens eine Überlaufkammer, die außerhalb des Formhohlraums liegt und mit dem Formhohlraum kommuniziert, mittels des eingespritzten Gases, um einen Hohlraum in dem Kunststoffmaterial zu bilden, wobei eine Kommunikation mit einem ersten vorbestimmten Durchflussbereich zwischen dem Formhohlraum und der Überlaufkammer während des Einspritzens des Gases aufrechterhalten wird und
Trennen des Kunststoffmaterials in der Überlaufkammer von dem Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum.
Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Spritzgießvorrichtung mit einem Formhohlraum, der zwischen Formhälften definiert ist, die aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, umfassend eine Einrichtung zum Einspritzen unter Druck flüssigen Kunststoffmaterials in den Formhohlraum, eine Einrichtung zum Einspritzen von Gas unter Druck in das Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum, mindestens eine Überlaufkammer, die außerhalb des Formhohlraums gelegen ist und mit dem Formhohlraum kommuniziert, wobei die Überlaufkammer angeordnet ist, um Kunststoffmaterial zu empfangen, das durch das eingespritzte Gas herausgezwängt wird, und eine Einrichtung zum Öffnen und Abtrennen der Kommunikation mit der Überlaufkammer, wobei die Einrichtung durch eine Regeleinheit derart geregelt ist, dass die Kommunikation zwischen dem Formhohlraum und der Überlaufkammer während des Einspritzens des Gases vollständig offen gehalten ist.
Das Verfahren zum Herstellen hohler Kunststoffgegenstand durch zuerst vollständiges Füllen des Formhohlraums wie beim normalen Spritzgießen und abschließendes Drücken des Kernmaterials mithilfe von Gas aus der Überlaufkammer heraus, sodass der Hohlraum in dem Artikel gebildet wird, wird üblicherweise aus Ausblas-Gasinjektion („blow-out gas injection") bezeichnet und ist beispielsweise in US 5,204,051 beschrieben. In dem bekannten Verfahren wird die Kommunikation zwischen dem Formhohlraum und der Überlaufkammer während des Einspritzens des Kunststoffmaterials geschlossen gehalten, und wird geöffnet, nachdem der Formhohlraum vollständig gefüllt worden ist, und nachdem die Oberfläche des Kunststoffmaterials etwas ausgehärtet ist. Das Ausblasen wird hier durch eine Leckage zwischen den Formhälften ausgeführt, und dies bedeutet, dass der Gegendruck gegen das Kunststoffmaterial relativ groß sein wird.
In diesem Verfahren wird das gesamte in den Formhohlraum eingespritzte Kunststoffmaterial in dem Hohlraum verbleiben. Dies bedeutet, dass das Kunststoffmaterial, das zu Beginn des Einspritzens der Düse des Formeinspritzers am nahesten ist bzw. in dieser ist und das eine niedrigere Temperatur und/oder geringere Qualität als der Rest des Kunststoffmaterials besitzt, insbesondere wenn die Strömungskanalbereiche groß sind, in dem Formhohlraum an einem Ort angelangt, der von dem Einlass des Formhohlraums am weitesten entfernt ist. Dies kann insbesondere auftreten, wenn duroplastische Harze und/oder sogenannte vernetzbare (cross-linkable) Kunststoffe eingespritzt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art herzustellen, mittels derer der oben genannte Nachteil beseitigt werden kann, sodass sowohl eine gleichmäßigere Wanddicke als auch eine gleichmäßigere Kunststoffqualität in dem hergestellten Kunststoffgegenstand erzielt werden können.
Dies wird mittels der Tatsache erzielt, dass eine Kommunikation mit einem zweiten, kleineren Durchflussbereich zwischen dem Formhohlraum und der Überlaufkammer während des Einspritzens des flüssigen Kunststoffmaterials aufrecht erhalten wird.
Die Kommunikation mit dem kleineren Durchflussbereich wird für eine derart lange Zeit aufrecht erhalten, dass die gesamte Luft aus dem Hohlraum herausgedrückt wird, und möglicherweise eine kleine Menge des Kunststoffmaterials in die Überlaufkammer herausgedrückt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung erzielt nicht nur ein Produkt mit einer gleichmäßigen Wanddicke und einer einheitlichen Kunststoffqualität, sondern ermöglicht es auch, den Herstellungszyklus mittels der Tatsache zu verkürzen, dass ein Ausblasen des Formhohlraums von Luft sehr viel schneller ausgeführt werden kann, als wenn dass Ausblasen durch normale Leckage zwischen zwei Formhälften vorgenommen wird. Schnelleres Ausblasen vermindert ebenso die Gefahr, dass sich kleine Luftblasen in dem Kunststoffmaterial bilden. Eine Spritzgießvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Öffnen und Abtrennen der Kommunikation mit der Überlaufkammer und die Einrichtung zum Einspritzen des Kunststoffmaterials durch die Reglereinheit derart geregelt werden, dass die Kommunikation zwischen dem Formhohlraum und der Überlaufkammer während des Einspritzens des Kunststoffmaterials teilweise offen gehalten ist.
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher unter Bezugnahme auf in den begleitenden Zeichnungen gezeigte Beispiele gezeigt, wobei 1 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte Spritzgießvorrichtung gemäße einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, 2 zeigt eine Perspektivansicht der Rückseite einer Kunststoffplatte in der Form eines Kühlergrills für Motorfahrzeuge, der unter Einsatz des Verfahrens unter Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden kann 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2, und 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3.
1 in 1 bezeichnet allgemein eine Form, die eine obere und eine untere Formhälfte 2 bzw. 3 aufweist, welche gemeinsam einen Formhohlraum 3 definieren und welche durch hier nicht ausführlich gezeigte Mittel von der gezeigten Position voneinander weg bewegt werden können, um den Formhohlraum 4 zu öffnen. Eine Düse 6 eines Formeinspritzers mündet in einen Kanal 5 durch die obere Formhälfte 2. Der Formeinspritzer besitzt einen Zylinder 7 und einen axial in dem Zylinder beweglichen Kolben 8, mittels dessen flüssiger Kunststoff in dem Zylinder 7 in den Formhohlraum 4 gedrückt werden kann.
Die Formhälften 2 und 3 definieren zusätzlich zu dem Formhohlraum 4 ein Paar sogenannter Überlaufkammern 9, die mit dem Formhohlraum 4 über einzelne Kanäle 10 kommunizieren. Eine Bohrung 11 mündet in jeden Kanal 10 und ein Auswurfstift 12 ist verschiebbar in jeder Bohrung 11 angeordnet. Ein entsprechender Auswurfstift 13 ist in einer Bohrung 14 angeordnet, die in die Überlaufkammer 9 mündet. Eine Gasnadel 15 erstreckt sich direkt gegenüberliegend zu dem Kanal 5 und ist mit einer Öffnung 15a ausgestattet, durch welche das in das Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum 4 eingespritzt werden kann. Die Gasnadel 15 kann in der gezeigten Position befestigt oder aus dem Formhohlraum 4 herausziehbar sein.
16 in 1 bezeichnet eine Regeleinheit, 17 bezeichnet eine Druckgasquelle und 18 und 19 sind Antriebseinrichtungen zum Antreiben des Kolbens 8 bzw. der Auswurfstifte 12. 1 ist symmetrisch zu einer Mittenebene A, und links der Ebene A ist der Zustand dargestellt, nachdem der Kolben 8 den Boden des Zylinders 7 erreicht und der Formhohlraum 4 vollständig mit flüssigem Kunststoff „b" gefüllt worden ist, während Luft und eine kleine Menge Kunststoffmaterials „c" zu der Überlaufkammer 9 ausgedrückt worden sind. Während der Kunststoffeinspritzphase hält die Regeleinheit 16 die Auswurf stifte 12 über die Antriebseinrichtung 19 in der links in 1 gezeigten Position, in welcher Position die obere Endfläche 12a jedes Auswurfsstifts 12 einen schmalen Durchgang 10a offen lässt, durch welchen zuerst Luft und dann Kunststoffmaterial zu der Überlaufkammer 9 passieren kann.
Wenn das Einspritzen des Kunststoffs abgeschlossen ist, ist die gesamte Luft und möglicherweise eine geringe Menge Kunststoff zu der Überlaufkammer 9 ausgestoßen worden. Die Regeleinheit 16 aktiviert dann die Druckluftquelle 17, sodass Gas unter Druck (bevorzugt Stickstoff) über die Gasnadel 15 und durch deren Öffnungen 15a in den Kunststoff eingeführt wird, der noch nicht ausgehärtet ist, und der dann durch die Kanäle 10 und in die Überlaufkammern 9 herausgedrückt wird, bis diese vollständig gefüllt sind, wie rechts in 1 veranschaulicht. Während der Gaseinspritzphase hält die Regeleinheit 16 die Auswurfstifte 12 in der rechts in 1 gezeigten Position, in welcher Position die Endfläche 12a in einem oberen Niveau ist, um die gesamte Druchfluss-Querschnittsfläche des Kanals 10 zu öffnen.
Wenn das Kunststoffmaterial ausgehärtet ist, wird der Formhohlraum 4 geöffnet und die Regeleinheit 16 aktiviert die Antriebseinheit 19 der Auswurfstifte 12, um die Stifte 12 hochzuschieben, um den Kunststoffgegenstand von der unteren Formhälfte 3 anzuheben. Wenn sich die Stifte 12 durch den Kanal 11 bewegen, ist die Kommunikation zwischen dem Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum 4 von dem Kunststoffmaterial und der Überlaufkammer 9 abgetrennt, sodass Letzteres dann mit dem Auswurfstift 13 ausgeworfen werden kann.
2, 3 und 4 veranschaulichen einen Kunststoffgegenstand in der Form eines Kühlergrills 20 für ein Motorfahrzeug, der mit dem Verfahren und der Gaseinspritzer-Gießvorrichtung wie oben beschrieben hergestellt werden kann.
Der gezeigte Kühlergrill umfasst einen rechteckigen Rahmen, allgemein mit 21 bezeichnet, der aus einem horizontalen, oberen Rahmenelement 22, einem horizontalen, unteren Rahmenelement 23 und zwei vertikalen Seitenrahmenelementen 24 besteht, welche das obere und das untere Rahmenelement 22 und 23 miteinander verbinden. Zwischen den Rahmenelementen 22 und 23 erstreckt sich ein Paar vertikaler Formlinge 25, und zwischen diesen und dem jeweiligen Seitenrahmenelement 24 erstreckt sich ein Paar horizontaler Formlinge 26 und 27. Schließlich erstreckt sich ein horizontaler Formling 28 über die vertikalen Formlinge 25 von einem Seitenrahmenelement 24 zu dem anderen 24.
All die gezeigten und beschriebenen Bauteile 22 bis 28 sind einstückig miteinander in einem Gaseinspritz-Gießverfahren in der oben beschriebenen Weise hergestellt, sodass Hohlräume in den Rahmenelementen 22 bzw. 23 und in den Formlingen 26, 27 bzw. 28 gebildet werden. Diese Hohlräume, die sich über die gesamte Länge der Rahmenelemente und der Formlinge erstrecken, sind in 3 mit 29, 30, 31, 32 und 33 bezeichnet.
40 in 2 bezeichnet die nach den Gasnadeln 15 gebildeten Löcher, durch welche Gas unter Druck in das noch nicht ausgehärtete Kunststoffmaterial während des Gaseinspritz-Gießverfahrens eingeblasen wird. Wie in 1 zu sehen ist, wird durch Verwenden eines Formhohlraums, der eine graduell abnehmende Querschnittsfläche zu den Enden besitzt, ein ausgeglicheneres Füllen der Form sichergestellt, als dies der Fall wäre, wenn die Kanäle entlang ihrer gesamten Länge dieselbe Querschnittsfläche besäßen. Falls daher das Kunststoffmaterial auf einer Seite der Nadel 15 dazu neigen sollte, zu dem Ende des Formhohlraums schneller zu strömen als das Kunststoffmaterial auf der anderen Seite der Nadel, würde der Gegendruck gegen das frühere Kunststoffmaterial ansteigen, wenn es den verjüngten Abschnitt des Formhohlraums erreicht, sodass der Gasdruck gegen das letztere Kunststoffmaterial ansteigt, welches noch nicht den entsprechenden, gegenüberliegenden verjüngten Abschnitt des Formhohlraums erreicht hat, wodurch das Füllen ausgeglichen wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstands mit einem darin eingeschlossenen Hohlraum, umfassend die folgenden Schritte: Einspritzen von Kunststoffmaterial unter Druck in einen Formhohlraum, Abkühlen des den Wänden des Formhohlraums nahesten Kunststoffmaterials, Einspritzen von Gas unter Druck in flüssiges Kunststoffmaterial, das von dem abgekühlten Kunststoffmaterial umgegeben ist, Herausdrücken flüssigen Kunststoffmaterials in mindestens eine Überlaufkammer, die außerhalb des Formhohlraums liegt und mit dem Formhohlraum kommuniziert, mittels des eingespritzten Gases, um einen Hohlraum in dem Kunststoffmaterial zu bilden, wobei eine Kommunikation mit einem ersten vorbestimmten Durchflussbereich zwischen dem Formhohlraum und der Überlaufkammer während des Einspritzens des Gases aufrechterhalten wird, und Trennen des Kunststoffmaterials in der Überlaufkammer von dem Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikation mit einem zweiten, kleineren Durchflussbereich zwischen dem Formhohlraum und der Überlaufkammer während des Einspritzens des flüssigen Kunststoffmaterials aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Kunststoffgegenstandes mit einem Hohlraum in der Form eines länglichen Kanals, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mitten zwischen zwei Enden eines länglichen Formhohlraums mit einem Querschnitt, der zu dessen Enden hin abnimmt, eingespritzt wird.
Spritzgießvorrichtung mit einem Formhohlraum (4), der zwischen zwei Formhälften (2, 3), die aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, definiert ist, umfassend eine Einrichtung zum Einspritzen unter Druck flüssigen Kunststoffmaterials in den Formhohlraum, eine Einrichtung (7, 8) zum Einspritzen von Gas unter Druck in das Kunststoffmaterial in dem Formhohlraum, mindestens eine Überlaufkammer (9), die außerhalb des Formhohlraums gelegen ist und mit dem Formhohlraum kommuniziert, wobei die Überlaufkammer derart angeordnet ist, um Kunststoffmaterial zu empfangen, das durch das eingespritzte Gas herausgezwängt wird, und eine Einrichtung (12, 19) zum Öffnen und Abtrennen der Kommunikation mit der Überlaufkammer, wobei die Einrichtung durch eine Regeleinheit (16) derart geregelt ist, dass die Kommunikation zwischen dem Formhohlraum (4) und der Überlaufkammer (9) während des Einspritzen des Gases vollständig offengehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12, 19) zum Öffnen und Abtrennen der Kommunikation (10, 11) mit der Überlaufkammer (9) und der Einrichtung (7, 8, 18) zum Einspritzen des Kunststoffmaterials durch die Regeleinheit (16) derart geregelt wird, dass die Kommunikation zwischen dem Formhohlraum (4) und der Überlaufkammer (9) während des Einspritzens des Kunststoffmaterials teilweise offengehalten ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation zwischen dem Formhohlraum (4) und der Überlaufkammer (9) ein Ventilelement (12) in der Form eines Auswurfstifts enthält, der eine erste Position besitzt, in welcher er die Kommunikation vollständig geschlossen hält, eine zweite Position besitzt, in welcher er die Kommunikation teilweise offen hält, und eine dritte Position besitzt, in welcher er die Kommunikation vollständig offen hält, und der derart angeordnet ist, dass er, wenn er sich von der offenen zu der geschlossenen Position bewegt, das Kunststoffmaterial (c) in der Überlaufkammer (9) von dem Kunststoffmaterial (b) in dem Formhohlraum (4) trennt und danach, während fortgesetzter Bewegung, den Kunststoffgegenstand aus dem Formhohlraum auswirft, nachdem der Formhohlraum geöffnet worden ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlaufkammer (9) derart angeordnet ist, um geöffnet zu sein, wenn der Formhohlraum (4) geöffnet ist, und dass ein zusätzlicher Auswurfstift (13) in Verbindung mit der Überlaufkammer angeordnet ist, um das Kunststoffmaterial in der Überlaufkammer auszuwerfen.
Spritzgießvorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum (4) eine im wesentlichen größere Länge als Höhe und Breite besitzt, und Endabschnitte besitzt, deren Querschnittsflächen zu den Enden hin abnehmen, und dass eine Einrichtung (7, 8, 18) angeordnet ist, um flüssiges Kunststoffmaterial unter Druck und Gas unter Druck zu dem Formhohlraum mitten zwischen dessen zwei Enden zuzuführen.