DE4300397C2

DE4300397C2 - Vorrichtung zum Spritzgießen eines Kunststoffgegenstandes mit einer hohlen Rippe

Info

Publication number: DE4300397C2
Application number: DE4300397A
Authority: DE
Inventors: James Watson Hendry
Original assignee: Individual
Current assignee: Melea Ltd
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1993-01-09
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2013-01-10
Also published as: AU3322293A; DE4300397A1; ES2103074T3; DE69219157T2; WO1993014916A1; CN1076887A; GB2264449B; KR0164909B1; CA2129009A1; NO942786D0; KR950700157A; CA2129009C; NO303972B1; AU668124B2; US5225141A; EP0625089A4; BR9207068A; US5324189A; DE69219157T3; GB2264449A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spritzgießen eines Kunststoffgegenstandes mit mindestens einer hohlen Rippe oder dgl., bestehend aus einer Gießform mit mindestens einer die Rippe bildenden Ausnehmung sowie einer Einrichtung zur Zufüh rung und Ableitung von Druckgas zumindest in die Ausnehmung und aus dieser heraus, wobei sich bei Gaszufuhr in dem flüssi gen Kunststoff eine Gaspassage bildet.

Die Anmeldung bezieht sich auf die US-Patente 4,781,554, 4,855,094, 5,028,777 und 5,069,859.

In der Technik des Kunststoffspritzgusses sind die auftreten den Herausforderungen, die den Produktdesigner betreffen, einen Gegenstand, der die erforderliche Stärke für die Pro duktanwendung und eine gleichförmige Oberflächenqualität für ein befriedigendes äußeres Aussehen besitzt, zu entwickeln, aber dabei übermäßiges Gewicht, Materialverbrauch und Herstel lungszeit zu vermeiden. Oft muß ein Kompromiß zwischen der Festigkeit und der Kunststoffdicke gemacht werden. Ein relativ dicker Kunststoffbereich in dem Gegenstand, wie z. B. eine Strukturrippe, führt zu größerem Gewicht, Materialverbrauch und Herstellungszeit und führt zu Mulden und anderen Ober flächenfehlern, hervorgerufen durch thermische Gradienten im Gebiet des verdickten Bereichs.

Bekanntermaßen wird bei der Spritzgußtechnik zur Herstellung hohler Kunststoffgegenstände ein unter Druck gesetztes Gas in Verbindung mit dem Kunststoffspritzguß von Gegenständen be nutzt. Das unter Druck gesetzte Gas ist gewöhnlicherweise Stickstoff, der in die Gießform während oder nach Abschluß der Kunststoffeinspritzung eingebracht wird. Das Gas dient ver schiedenen Zwecken.

Erstens: Es gestattet, in dem so hergestellten Artikel hohle innengelegene Bereiche zu bilden, die eine Gewichts- und Ma terialeinsparung bringen.

Zweitens: Das unter Druck gehaltene Gas bewirkt innerhalb der Gießform einen nach außen gerichteten Druck, der den Kunst stoff gegen die Formoberflächen drückt, während der Artikel erstarrt.

Drittens: Die für den Formvorgang benötigte Zeit wird redu ziert, da das Gas den Kunststoff in den Bereichen ersetzt, welche ansonsten einen ausgedehnten Abkühlungsvorgang benöti gen würden.

Viertens: Der Gasdruck drückt den Kunststoff gegen die Form oberfläche, wodurch der maximale Abkühleffekt von der Form erzielt wird.

Bei wachsenden Abmessungen eines Formteiles muß das Gas mehr Arbeit leisten, um ein Ausfüllen des Artikels innerhalb der Kavität der Gießform zu gewährleisten. Wenn der Gasdruck bei Eintritt in die Gießform zu groß ist, besteht das Risiko, daß der Kunststoff abreißt oder aus der Gießform herausgeblasen wird, insbesondere besteht das Risiko, daß das Gas nicht in nerhalb des Kunststoffs geführt ist. Daher gibt es praktische Grenzen in der Anwendung des Gasinnendruckverfahrens im Be reich des Kunststoffspritzgusses.

Es ist wichtig, sich zu versichern, daß das Maximum der Gas menge in einem Kanal im Kunststoff geführt wird, so daß Durch dringung (Permeation), Schattenmarken oder Einsackstellen minimiert werden. Bekanntlich drängt das Gas bei Eintritt in einen teilweise gefüllten Formhohlraum den Kunststoff nach vorne oder nach außen, um den Formhohlraum zu füllen. Die Gaskanäle im Kunststoff werden bekanntermaßen vom Gasein trittspunkt in Fließrichtung zunehmend kleiner. Dies kann dazu führen, daß der Gaskanal nicht vollständig mit Gas bis zum Ende des Kanals hin gefüllt ist, was zu Einsackstellen am Ende des Kanals führen kann.

Ein Weg, dieses Problem zu überwinden, ist es, den Anteil an eingespritztem Kunststoff in den Formhohlraum zu reduzieren. Dies läßt mehr Raum für Gas. Dadurch kann aber ein anderes Problem auftreten, nämlich die Gasdurchdringung (Permeation) zu den Wänden des Formhohlraums. Weitere Gewichtsreduktion könnte ein Ausblasen des Gases und einen nicht gefüllten Form hohlraum verursachen.

Aus der WO 90/00466 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der jedoch im Unterschied zu einer gattungsgemäßen Vorrichtung nicht eine die Gestalt eines Rippenteiles vorgebende Ausneh mung, sondern ein ganzes hohles Teil vorgesehen ist.

Des weiteren wurde von H. Eckhardt et al. in "Kunststoffbera ter" 1/2/1989, Seiten 36-40, die Formung von flachen, vollwan digen Gegenständen mit Hohlrippen im Airmould-Verfahren be schrieben, wobei das injizierte Gas unter kontinuierlicher Druckerzeugung mit konstantem bzw. in Profilform steuerbarem Druck eingebracht wird.

Die Verteilung des Gases innerhalb der Formteile bei der Her stellung derselben ist insbesondere bei dünnwandigen, platten förmigen Kunststoffteilen nur durch geeignete geometrische Anpassungen des Formteils möglich. Bei der Herstellung dünn wandiger Formteile müssen die Formteile Rippen- und Wand dickenunterschiede aufweisen, die eine gezielte Führung des Gases sicherstellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bisher bekann ten Vorrichtungen derart weiterzubilden, daß insbesondere auch bei größeren Formteilen stets eine definierte, d. h. die Gaska näle vollständig mit Gas ausfüllende Führung des injizierten Gases ermöglicht, und die Gasdurchdringung (Permeation), Schat tenmarken oder Einsackstellen minimiert ist.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbe griffs des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß in der Gieß form am Ende der Ausnehmung eine mit dieser flußgekoppelte Nebenkavität vorgesehen ist, die verdrängten flüssigen Kunst stoff aufnehmen kann, und bei der die Oberflächen der Aus nehmung zur Mittellinie hin geneigt sind, wobei sich der Quer schnitt der Ausnehmung von der Gaszufuhr aus in Richtung zur Nebenkavität erweitert. Hierdurch sind mittels Gasinnendruck verfahren Kunststoffgegenstände mit hohlen Verstärkungsrippen zuverlässig formbar.

Im einzelnen beinhaltet die Vorrichtung eine Einrichtung zur Einspritzung flüssigen Kunststoffes in den Formhohlraum einer Gießform, der eine Ausnehmung mit einer ein Rippenteil des zu formenden Kunststoffteils vorgebenden Gestalt aufweist. Wäh rend oder nach Abschluß der Kunststoffeinspritzung ist druck beaufschlagtes Gas in den Formhohlraum einführbar, um einen Teil des noch flüssigen Kunststoffes aus dem Formhohlraum ver drängen zu können. Der verdrängte Kunststoff fließt durch eine Passage von der Ausnehmung in eine damit verbundene Nebenkavi tät oder ein Reservoir. Dadurch wird eine längere Gaspassage in dem Rippenteil gebildet. Vorzugsweise erstreckt sich die Gaspassage über die Gesamtlänge des Rippenteils und weist einen konstanten Querschnitt auf. Der eingespritzte Kunststoff kann danach erstarren. Das Gas tritt aus der Gießform aus und der Kunststoffartikel wird aus dem Formhohlraum entfernt.

Die Nebenkavität kann alternativ dienen als (i) Anhängsel des Gegenstandes; (ii) als eigener Gegenstand; oder (iii) als Kavität für die Aufnahme von überschüssigem Kunststoff, der anschließend abgeschliffen (entgratet) werden kann. Der ver drängte Kunststoff ist allgemein der heißeste und dünnflüssig ste. Das Einführen druckbeaufschlagten Gases in die Gießform kann daher zeitlich abgestimmt werden, um den Anteil des ver drängten Kunststoffes zu regeln, insbesondere bedeutet das, daß je länger das Einführen des Gases ausgesetzt wird, der Kunststoff in der Gießform kühler und hochviskoser wird.

Die Ausnehmung kann sich zur Vermeidung von Einsackstellen über deren gesamte Länge erweitern, ohne daß eine Durchdrin gung (Permeation) stattfindet.

Dabei erweitert sich die Ausnehmung vorteilhafterweise unter einem derartigen Winkel, daß das druckbeaufschlagte Gas sich im wesentlichen entlang der ganzen Länge der Ausnehmung aus breiten kann, um so eine Gaspassage zu formen, die im wesent lichen entlang der gesamten Länge der Ausnehmung einen gleich förmigen Querschnitt besitzt.

Der Neigungswinkel der Oberflächen der Ausnehmung kann dabei 0,25° betragen.

Die Gießform kann einen Raum beinhalten, der zumindest einen festen Wandteil des Gegenstandes vorgibt, so daß der Raum flußgekoppelt zur Ausnehmung ist, wobei die Höhe der Ausneh mung gleich hoch oder signifikant höher als die Höhe der Wan dung ist. Vorzugsweise ist die Höhe der Ausnehmung entlang deren gesamter Länge mindestens doppelt so groß wie die Höhe des Raumes. Dies reduziert grundlegend die Durchdringung (Per meation) und die Schattenmarken.

Der Raum kann zur Bildung von zwei benachbarten Wandteilen des Gegenstandes dienen, wobei die nach innen gerichtete Ausneh mung eine die beiden Wandteile miteinander verbindende Rippe bildet.

Die Ausnehmung kann zur Bildung einer Außenrippe oder einer Innenrippe vorgesehen sein.

Die vorliegende Erfindung erlaubt den Spritzguß von dünnwandi gen festen Kunststoffgegenständen, die hohle Verstärkungsrip pen besitzen und in verschiedenen Produktsparten ihre Anwen dung finden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar gestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, die einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Gießform mit einer kanalartigen Ausnehmung und einer Nebenkavität in der Form zeigt;

Fig. 2 eine Endansicht der Ausnehmung und einen Raum, der zumindest einen Wandteil des Artikels vorgibt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer bekannten Kunst stoffspritzgußvorrichtung; und

Fig. 4, 5 Endansichten von Kunststoffprofilen mit zwei an einandergrenzenden Wandteilen in zwei unterschied lichen Arten von inneren Rippenanordnungen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit sich erweiternder kanalartiger Ausnehmung 66 einer Gießform, die ebenfalls als Ausnehmung 68 in Fig. 2 dar gestellt ist. Die Ausnehmung 66 hilft das Problem der Einsack stellen zu überwinden: Ist die Erweiterung der Ausnehmung hin reichend groß bemessen, so kann das druckbeaufschlagte Gas sich im wesentlichen in der ganzen Länge der Ausnehmung 66 ausbreiten. Im Beispiel in Fig. 1 beträgt der Neigungswinkel der Oberflächen der Ausnehmung 0,25°. Der Winkel kann in Ab hängigkeit von der Art des eingespritzten Kunststoffs des Gasdrucks in der Ausnehmung, der Größe der Ausnehmung usw. variieren.

Eine Gaspassage 70, die einen relativ gleichförmigen Durch messer besitzt, wird in dem Kunststoffrippenteil 72 des Gegen standes geformt. Die Nebenkavität 73 empfängt den geschmolze nen Kunststoff von der Ausnehmung 66, während das Gas in die Ausnehmung 66 strömt.

Wie in Fig. 2 gezeigt beinhaltet die Gießform 68 zudem einen Raum 74, der zumindest einen festen Wandteil des Gegenstandes vorgibt und der flußgekoppelt zur Ausnehmung ist. Die Aus nehmung 66 erstreckt sich ausgehend von der Bodenfläche 76, die ebenso die Bodenfläche des festen Wandteils des Gegen standes vorgibt. Die Höhe y der kanalförmigen Ausnehmung 66 ist vorzugsweise entlang der ganzen Länge der Ausnehmung 66 ungefähr zweimal so grob wie die Höhe x des Raums, so daß die Dicke des festen Wandteils des. Gegenstandes direkt oberhalb des Rippenteiles 72 im wesentlichen gleich der Höhe des vor stehenden Bereichs des festen Wandteils, d. h. der Rippe des Gegenstandes ist. Dieses Merkmal beseitigt im wesentlichen die Durchdringung (Permeation) und die Einsackstellen im äußersten Oberflächenbereich des Gegenstandes unmittelbar über dem Rip penteil 72.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, beinhaltet die Gießform der Er findung eine kanalartige Ausnehmung, die mit ihrer Form ein Rippenteil des zu formenden Gegenstandes vorgibt. Der ver arbeitete Kunststoff ist irgendein Thermoplast, vorzugsweise ein mit Gas oder mit Mineral gefüllter thermoplastischer Po lyester, wie er allgemein durch die Marke Valox der General Electric Company bekannt ist. Die Menge ist ausreichend, um den gewünschten Gegenstand zu formen, aber geringer als die Menge, die die Gießform vollständig füllen würde.

Fig. 3 veranschaulicht zur Erläuterung der Erfindung eine bekannte Kunststoffspritzgußvorrichtung 50, wie sie beispiels weise in der WO 90/00466 A1 beschrieben ist und in Verbindung mit welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbar ist. Die Vorrichtung 50 beinhaltet eine erste und eine zweite Ne benkavität 54 und 56, die durch die Angußverteiler 58 und 60 bezüglich der Gießform 52 flußgekoppelt sind. Eine Düse 26 wird von einer Spritzgießmaschine auf die Einspritzmulde 28, die wie in der U.S. 4,855,094 beschrieben, ausgestaltet sein kann, aufgebracht, um geschmolzenen Kunststoff in die Gießform 52 einzuspritzen.

Druckbeaufschlagtes Gas strömt bei im wesentlichen abgeschlos sener Einspritzung des Kunststoffs entlang dem Gaspfad 32 in der modifizierten Einspritzmulde 28 in die Gießform 52, um den viskosesten Kunststoff aus der Gießform 52 in die beiden Ne benkavitäten 54 und 56 zu verdrängen. Das Volumen der Neben kavitäten 54 und 56 kann durch wohlbekannte Mittel variiert werden, um die Menge des verdrängten Kunststoffes zu kontrol lieren, z. B. durch eine Einstellschraube. Die Nebenkavitäten 54 und 56 können so ausgelegt sein, daß sie ein festes Anhäng sel zum Gegenstand 64 oder einen eigenen Gegenstand oder ein fach einen entfernbaren Grat bilden.

Bei der Erfindung wird wie bei der WO 90/00466 A1 die Gasin jektion in die Gießform unter dem Druck und der Menge und Zeit aufrecht erhalten, die ausreichend ist, um eine bestimmte Men ge von Kunststoff aus der Ausnehmung der Gießform in eine Nebenkavität, welche zur kanalartigen Ausnehmung flußgekoppelt ist, zu verdrängen. Das Gas neigt dazu, den heißesten und flüssigsten Kunststoff in den Zentralteil der Ausnehmung zu verschieben. Folglich hat der Rippenteil des geformten Kunst stoffartikels dort ein hohles Inneres, wo der dünnflüssigste Kunststoff verschoben wurde. Die Injektion des Gases erbringt Einsparungen im Gewicht und Materialverbrauch. Durch Zusatz stoffe können eine erhöhte Oberflächenqualität durch den vom Gas nach außen gerichteten, eine verminderte Formgebung durch die Verschiebung des relativ heißen Kunststoffes vom Zentral teil des Rippenteils des Gegenstandes und weitgehend span nungsfreie Formteile erhalten werden. Anschließend härtet der Artikel innerhalb der Gießform aus, während der interne Gas druck aufrecht erhalten wird. Entlang dem Gaspfad 32 wird das unter Druck gehaltene Gas vom Inneren des Rippenteils des geformten Gegenstandes zur Öffnung der Form entlüftet. Ver schiedene Entlüftungsarten sind möglich, wie sie z. B. im US-Patent 4,101,617 oder im eingangs erwähnten US-Patent 4,781,554 beschrieben sind. Der Kunststoffartikel wird aus dem Formhohlraum entfernt, so daß der abgezweigte oder verdrängte Kunststoff aus der Nebenkavität oder dem Reservoir entfernbar ist. In bestimmten Fällen sind die Formteile aus der Gießform und der Nebenkavität gemeinsam entfernbar.

Mittels der Vorrichtung ist somit ein Gegenstand 64 herstell bar, der einen zentralen Hohlraum 62 in Folge der Verdrängung des Kunststoffes durch das druckbeaufschlagte Gas beinhaltet.

Fig. 4 und 5 zeigen Wandteile 78 und 80 des Gegenstandes 82 und 84, die innengeführte verbindende Rippenteile 86 und 88 aufweisen.

Vorzugsweise wird der flüssige Kunststoff druckbeaufschlagt und in einem weiteren Schritt nach der Kunststoffeinspritzung eine Druckrelaxation des Kunststoffs durchgeführt, um die Ver drängung des Kunststoffs von der Ausnehmung in die Nebenka vität 73 zu erleichtern. Dieser Relaxationsschritt ist in dem oben erwähnten US-Patent 5,028,377 beschrieben.

Bezugszeichenliste

26 Düse
28 Einspritzmulde
50 Kunststoffspritzgußvorrichtung
52 Gießform
54 Nebenkavität
56 Nebenkavität
58 Angußverteiler
60 Angußverteiler
62 Hohlraum
64 Gegenstand
66 Ausnehmung
68 Gießform
70 Gaspassage
72 Rippenteil
73 Nebenkavität
74 Raum
76 Bodenfläche
78 Wandteil
80 Wandteil
82 Gegenstand
84 Gegenstand
86 Rippenteil
88 Rippenteil

Claims

1. Vorrichtung zum Spritzgießen eines Kunststoffgegenstandes mit mindestens einer hohlen Rippe oder dgl., bestehend aus einer Gießform mit mindestens einer die Rippe bildenden Ausnehmung sowie einer Einrichtung zur Zuführung und Ab leitung von Druckgas zumindest in die Ausnehmung und aus dieser heraus, wobei sich bei Gaszufuhr in dem flüssigen Kunststoff eine Gaspassage bildet, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Gießform (68) am Ende der Ausnehmung (66) eine mit dieser flußgekoppelte Neben kavität (73) vorgesehen ist, die verdrängten flüssigen Kunststoff aufnehmen kann, und daß die Oberflächen der Ausnehmung (66) zur Mittellinie hin geneigt sind, wobei sich der Querschnitt der Ausnehmung (66) von der Gaszufuhr aus in Richtung zur Nebenkavität (73) erweitert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die Erweiterung der Ausnehmung (66) über deren gesamte Länge erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Ober flächen der Ausnehmung (66) 0,25° beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Gießform (68) einen Raum (74) beinhaltet, der zumindest einen festen Wandteil des Gegenstandes vorgibt, so daß der Raum (74) flußgekoppelt zur Ausnehmung (66) ist und daß die Höhe der Ausnehmung (66) mindestens doppelt so groß ist wie die Höhe des Raums (74) entlang der gesamten Länge der Ausnehmung (66).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Ausneh mung (66) zur Bildung einer Außenrippe vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Ausneh mung (66) zur Bildung einer Innenrippe vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß der Raum (74) zur Bildung von zwei benachbarten Wandteilen (78; 80) des Gegenstandes vorgesehen ist und daß die nach innen ge richtete, Ausnehmung eine die beiden Wandteile (78; 80) miteinander verbindende Rippe (86; 88) bildet.