DE102005009009A1

DE102005009009A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Injektionskompressionsformung eines Gegenstandes hergestellt aus einem Kunststoffmaterial mit zwei Komponenten

Info

Publication number: DE102005009009A1
Application number: DE102005009009A
Authority: DE
Inventors: Afro Rossanese; Dario Girelli
Original assignee: Incos SpA
Current assignee: Inglass SpA
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-05-24
Also published as: JP2006142805A; US20060108702A1; US7534102B2; ITTO20040813A1

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Formen von Gegenständen, hergestellt aus einem Kunststoffmaterial, mit zwei Komponenten mittels einer Stapelformpresse mit einem ersten Hohlraum und einem zweiten Hohlraum zum Einspritzen des Kunststoffmaterials und der möglichen Kompression des eingespritzten Kunststoffmaterials, in dem die Formen (10, 11) und die Gegenformen (9, 12) der Vorrichtung entsprechend gegenseitig zugewandte Oberflächen (14a, 13; 14v, 15) definieren. Es werden Parameter detektiert, die hinweisend sind für die gegenseitige Parallelität zwischen den zugewandten Oberflächen (14a, 13; 14b, 15), und die Schließanordnung zum Schließen der Presse wird gemäß den detektierten Parametern gesteuert (einzige Figur).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Formen von Gegenständen hergestellt aus einem geformten Kunststoffmaterial mit zwei Komponenten in zwei aufeinander folgenden Schritten.

Spezieller bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, welche einer Presse zugeordnet werden kann eines Typs, welcher enthält: Eine drehendes Zentralelement, welches eine erste Form und eine zweite Form trägt, die einander gegenüber liegend angeordnet sind; eine erste Gegenform und eine zweite Gegenform, welche an gegenüber liegenden Seiten mit Bezug auf das drehende Zentralelement angeordnet sind und welche in Bezug dazu verschoben werden können; Mittel zum Schließen der ersten und zweiten Gegenformen mit Bezug auf die ersten und zweiten Formen, um entsprechende Formhohlräume zu definieren; Mittel zum Einspritzen eines Kunststoffmaterials in zumindest eine der ersten und zweiten entsprechenden Hohlräume, um die erste Komponente zu formen und die zweite Komponente überzuformen.

Formpressen der oben genannten Art werden üblicherweise „Stapelformpressen" genannt und verwendet zur Formung von Gegenständen mit zwei Komponenten, aufweisend komplexe Gegenstände, in zwei aufeinander folgenden Schritten. Zuerst wird die erste Komponente geformt unter Verwendung der ersten Form und der ersten Gegenform und dann wird mittels einer Drehung um 180° des rotierenden Zentralelements die erste Form in einer Position angeordnet, die der zweiten Gegenform entspricht, um die zweite Komponente über die erste Komponente überzuformen. Gleichzeitig wird unter Verwendung der zweiten Form und der ersten Gegenform die erste Komponente eines nachfolgenden Gegenstandes geformt, und dann wird der Zyklus auf identische Weise wiederholt.

Die Produkte, welche mit solchen Formvorrichtungen hergestellt werden können, können von unterschiedlicher Natur und von unterschiedlichem Typ sein: Die erste Komponente kann z. B. aus einer transparenten Platte bestehen, sogar einer mit großen Abmessungen, typischerweise hergestellt aus Polykarbonat und die zweite Komponente kann aus einem umlaufenden Rahmen bestehen, der aus einem unterschiedlichen Kunststoffmaterial, z. B. einem nicht-transparenten Kunststoffmaterial, hergestellt sein kann, geformt mit Fortsätzen und Anhängen zur Montage des Produkts an einer Tragstruktur, z. B. der Karosserie eines Kraftfahrzeuges.

Die beigefügte 1 ist eine schematische Illustration in Seitenansicht einer Presse des Stapelformtyps, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht. Sie umfasst in Kurzform ein Paar von Pressenoberflächen 1, 2, denen entsprechende Einspritzanordnungen 7, 8 des Schraubentyps zugeordnet sind und welche an gegenüber liegenden Seiten mit Bezug auf ein Zentralelement 4 angeordnet sind, welches um eine vertikale Achse rotiert. Die Pressenoberflächen 1, 2 tragen über entsprechende Platten 3, 5 zwei Gegenformen 9, 12, die entsprechenden Formen 10, 11 zugewandt sind, die von dem drehenden Zentralelement 4 getragen werden. Die Presse ist mit einem hydraulischen Schließsystem ausgerüstet, das nicht dargestellt ist, da es von einer konventionellen Art ist, durch das die Pressenoberflächen 1, 2 und daher die Platten 3, 5 mit den Gegenformen 9, 12 an gegenüber liegenden Seiten gegen das drehende Zentralelement 4 geschlossen werden, um zwei Formhohlräume zu definieren, innerhalb die über die Anordnungen 7 und 8 das Kunststoffmaterial im flüssigen Zustand eingespritzt wird. Auf diese Art und Weise wird in dem Hohlraum, der zwischen der Gegenform 9 und der Form 10 definiert ist, die erste Komponente des zu formenden Artikels geformt, während in dem Hohlraum, der zwischen der Gegenform 12 und der Form 11 definiert wird, die zweite Komponente auf die erste vorher geformte Komponente übergeformt wird. Der Transfer der ersten Komponente von der Position, welche der Gegenform 9 entspricht, zu der Position, die der Gegenform 12 entspricht, wird erhalten, wie bereits beschrieben, als ein Ergebnis der Drehung um 180° des Zentralelements 4 um die Achse 6. Der fertige Gegenstand, der durch die zwei Komponenten gebildet wird, wird dann schließlich aus der Presse entnommen.

Eine Stapelformpresse dieses Typs wird z. B. in dem Dokument mit der Nummer DE-A-102 17 584 beschrieben.

Dieses System ermöglicht daher die Steuerung der Injektion der zwei Komponenten, welche den fertigen Gegenstand bilden, mit dem Schließsystem selbst.

Im Falle von Gegenständen von großen Abmessungen oder in jedem Fall, von welchen mit hoher Qualität, wird das Problem aufgeworfen, die notwendige Qualität der geformten Gegenstände zu garantieren, hinsichtlich der Abwesenheit von Deformationen aufgrund von Verzug und hinsichtlich dem Beibehalten der besten mechanischen Eigenschaften. Dies betrifft im Speziellen den Fall von großen Platten, die aus einem transparenten Kunststoffmaterial hergestellt werden, für die es notwendig ist, das Vorhandensein von verbleibenden Spannungen zu verhindern, welche die optischen Eigenschaften davon beeinträchtigen würden. Aus diesem Grund, genauer gesagt zum Zweck der Verbesserung der produzierten Gegenstände wird eine Technik der Injektionskompression verwendet, welche besteht aus der Ausführung eines Kompressionsschritts gefolgt auf den Injektionsschritt des Kunststoffmaterials in die Form oder gleichzeitig mit dem Injektionsschritt. Die Technik kann angewandt werden auf das Formen der ersten oder der zweiten Komponente oder sonst auf beide, was eine beträchtliche Verringerung von den erhaltenen verbleibenden Spannung in dem Material ermöglicht, das in die Hohlräume der Form eingespritzt wird.

Diese Methoden werden zusammen mit spezifischen besonderen Lösungen beschrieben und illustriert z. B. in den italienischen Patentanmeldungen mit der Nummer TO2004A000696 und TO2004A000697, welche beide am 8. Oktober 2004 im Namen der vorliegenden Anmelderin eingereicht wurden und welche beide am Anmeldetag der vorliegenden Erfindung immer noch unveröffentlicht sind.

Der Vorgang der Injektionskompression, der erhalten wird auf beiden oder sogar nur auf einer Komponente von Gegenständen, die aus einem Kunststoffmaterial mit zwei Komponenten hergestellt werden, umfasst jedoch einige kritische Probleme, welche im Allgemeinen von der Tatsache herrühren, dass das Schließen zwischen den vertikalen Oberflächen (bezeichnet in 1 mit 13 und 15) der Platten 3, 5, die die zwei Gegenformen 9 und 12 tragen und die ihnen zugewandten vertikalen Oberflächen (in 1 mit 14a und 14b bezeichnet) des Zentralelements 4, das die Formen 10 und 11 trägt, durchgeführt wird, während der Schritte des Einspritzens und der möglichen Kompression durch die hydraulische Schließanordnung, welche nur auf die äußeren Oberflächen wirkt (wie gesagt in 1 mit 13 und 15 bezeichnet). Typischerweise umfasst die Schließanordnung horizontale Führungssäulen (in 1 nicht dargestellt), welche im Wesentlichen benachbart zu den Eckpunkten der Pressenoberflächen 1 und 2 angeordnet sind.

Die Steuerung der relativen Position der gegenüber liegenden Oberflächen 13, 14a, 15 und 14b wird daher an die Steuerung der Position der Säulen delegiert. Dies umfasst ein Toleranzproblem, da das System eine Vielzahl von elastischen Zwischenelementen aufweist, die zu der Presse und zu der Form gehören, welche einen negativen Einfluss auf die Messmöglichkeiten haben und daher auf ein präzises Einschreiten. Um eine Injektionskompression mit der notwendigen Präzision durchzuführen ist es notwendig, dass die Oberflächen der einen oder der mehreren Formen und Gegenformen, zwischen denen die Kompression durchgeführt wird, parallel zueinander gebracht werden. Die ungefähre Steuerung dieser Parallelität erzeugt tatsächlich einen Fehler, der einen negativen Effekt auf die Verteilung des Materials hat, da das Schließsystem der Presse dazu tendiert, zuerst das Gebiet der Form mit dem geringsten Druck zu schließen, d. h. das Gebiet, das am weitesten von der Injektion entfernt ist, welches immer noch entweder total oder partiell leer ist. Wenn die Dicke nicht konstant ist, wird ein Fehler erzeugt, der, nach der Drehung der Form mit den gleichen Parametern verstärkt wird: Tatsächlich durch Schließen des geformten zweiten Gegenstandes in dem zweiten Hohlraum wird eine zusätzliche Kraft erzeugt, welche dazu neigt, die Falschausrichtung und daher den Fehler zu vergrößern.

In traditionellen Stapelformpressen ist eine korrekte Steuerung der Parallelität tatsächlich praktisch unmöglich. Das Problem dieses Mangels an Steuerung erzeugt einen Mangel an Gleichförmigkeit der Dicke in den geformten Komponenten und daher unerwünschten Effekten von jeder Seite aus: internen Spannungen, Deformationen, Dimensionstoleranzen, ästhetische Erscheinung, etc.

Ein weiteres Problem, das mit der Methodik der Injektionskompression unter Verwendung von Pressen des Stapelformtyps verbunden ist, bezieht sich auf die Dosierung des Kunststoffmaterials. Die Injektionskompression sieht vor, dass das Material exakt dosiert werden muss: Es ist notwendig, das Injektionssystem im Allgemeinen vor dem Kompressionsschritt zu schließen. Auf diese Art und Weise erzeugen alle Fehler der Dosierung des Materials in den Hohlraum unerwünschte Effekte am Ende der Kompression und nachfolgend auch Grade oder die Unmöglichkeit, den Hohlraum komplett zu schließen, da das Endvolumen des Formhohlraums exakt definiert ist. Stattdessen erzeugt ein Mangel an Material eine Unvollständigkeit des Teils. Es ist daher notwendig, während des Formschritts die verschiedenen Parameter in einer genauen Art und Weise zu steuern, so dass die Form exakt in der gewünschten Schließposition mit dem gewünschten Druck ankommt. Die Enddicke muss sorgfältig direkt durch die Form kalibriert werden und die Kompressionsschritte müssen in einer parallelen Art und Weise durchgeführt werden, um das Material innerhalb des Hohlraums auf eine bestmögliche Weise zu verteilen, um negative Effekte der internen Spannungen des geformten Stückes („In-Form-Spannungen", „in-mould stresses") und daher auf ihre Deformationen und mechanischen und auch optischen Eigenschaften im Falle von transparenten Gegenständen zu verhindern.

Die o. g. Probleme entstehen sowohl in dem Fall, wo die Injektionskompression nur für die erste Komponente des Gegenstandes vorgesehen ist als auch in dem Fall, wo beide Komponenten mittels der Injektionskompression geformt werden. Offensichtlich sind in dem zweiten Fall die Nicht-Ausrichtungsprobleme und der Mangel an Steuerung der Elemente, die zu der Form gehören, sogar noch kritischer.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die o. g. Probleme zu lösen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird das Ziel erreicht, mittels einer Vorrichtung zum Formen von Gegenständen, die aus einem Kunststoffmaterial mit zwei Komponenten hergestellt werden, des Typs, welcher am Anfang definiert wurde, in dem die Formen und die Gegenformen entsprechend zugewandte Oberflächen definieren, wobei die essentielle Eigenschaft in der Tatsache liegt, dass sie Sensormittel umfasst, die operativ den gegenüber liegenden Oberflächen zugeordnet sind, um Parameter zu messen, die die gegenseitige Parallelität zwischen den Oberflächen anzeigen und zum Steuern der Schließmittel gemäß den gemessenen Parametern.

Die Sensormittel können Positionsgeber umfassen zum direkten Messen der Distanz zwischen den Oberflächen während des Schließens der Gegenform mit Bezug auf die entsprechenden Formen und/oder Druckgeber zum direkten Messen der Drücke, welche zwischen den zugewandten Oberflächen im abschließenden Schritt des Schließens der Gegenformen mit Bezug auf die entsprechenden Formen ausgeübt wird.

Gemäß einem anderen Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Formen von Gegenständen vor, die aus einem Kunststoffmaterial mit zwei Komponenten hergestellt werden, mittels einer Vorrichtung des am Anfang definierten Typs, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den Schritt des Messens von Parametern umfasst, die die gegenseitige Parallelität zwischen den zugewandten Oberflächen anzeigen und den Schritt des Steuerns der Schließmittel gemäß den gemessenen Parametern.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, welche nur als nicht einschränkendes Beispiel bereitgestellt wird und welche eine schematische und vereinfachte Ansicht in Aufsicht auf eine Presse des Stapelformtyps gemäß der Erfindung ist.
Mit Bezug auf die Figur unterscheidet sich die Stapelformpresse gemäß der Erfindung von einer konventionellen Presse (deren wesentliche Komponenten vorher bereits beschrieben wurden) wegen des Vorhandenseins eines Systems zum Messen der Parallelität zwischen dem Oberflächen 14a, 14b, die den Formen 10 und 11 entsprechen, und den entsprechenden zugewandten Oberflächen 13 und 15, die jeweils den Gegenformen 9 und 12 entsprechen.
Das o. g. Messsystem kann Positions- oder Verschiebungsgeber 16 umfassen, beispielsweise angeordnet an dem Zentralelement 4, d. h. an den Formen 10, 11 in einer Position, die den Eckpunkten der Oberflächen 14a und 14b (normalerweise viereckig) entspricht, welche entworfen ist, um die Abmessungen A, A1 und B, B1 auf direkte Weise zu messen. Die Positionsgeber 16 können von einem konventionellen Typ sein und ihre Details werden aus Gründen der Kürze nicht beschrieben, da sie für Fachleute erhältlich sind.
Weiterhin können, als eine Alternative oder in Kombination mit den Positionsgebern 16, Sensoren bereitgestellt werden zum direkten Messen der Drücke, die ausgeübt werden in dem letzten Schritt und/oder am Ende des Kompressionshubs, zwischen den zugewandten Oberflächen 14a, 13 und 14b, 15. Diese Geber, die mit 17 bezeichnet werden und beispielsweise von Druckzellen gebildet werden, können auch an dem Zentralelement 4 bereitgestellt werden, d. h. an den Formen 10, 11, an Positionen nahe denen der Positionsgeber 16.
Die Positionsgeber 16 und/oder die Druckgeber 17 können in unterschiedlichen Gebieten angeordnet sein, sogar, aber nicht notwendig, an dem Zentralelement 4 und z. B. an zu diesem Zweck bereitgestellten Halterungen.
Die Positionsgeber 16 und/oder die Druckgeber 17 sind operativ durch ein elektronisches Steuerungssystem verbunden, mit dem die Presse normalerweise ausgerüstet ist, und über einen geeigneten Algorithmus mit der hydraulischen Schließanordnung der Presse selbst, so dass die Kräfte und Geschwindigkeiten der Schließzylinder so reguliert werden, dass eine korrekte Ausführung des Formvorgangs garantiert wird. Die direkte Messung des Abstandes zwischen den Oberflächen 14a, 13 und 14b, 15, zwischen denen der Kompressionsschritt durchgeführt wird, ermöglicht tatsächlich, dass ein regulärer Vorgang erhalten wird. Der finale Test, dass die Oberflächen auf allen Seiten in Berührung gekommen sind und dass ein regulärer Schließdruck erzeugt wurde, ermöglicht dann einen genauen Test, der auf die effektive Masse des Kunststoffmaterials angewandt wird, die in dem einen und/oder dem anderen Formhohlraum vorhanden ist, d. h. er ermöglicht eine Qualitätskontrolle des erzeugten Stückes.
Natürlich kann die Gestalt und Anordnung der Sensoren 16 und 17 mit Bezug auf das, was mit Bezug auf das Beispiel beschrieben wurde, variieren. Es sollte vielmehr beachtet werden, dass es auch möglich ist, nur das Vorhandensein von Positionsgeber 16 vorzusehen oder stattdessen nur das Vorhandensein der Druckgeber 17, und das in jedem Fall die Geber nur einer der Formhohlräume zugeordnet sein können, in dem Fall, wenn der Kompressionsschritt des eingespritzten Kunststoffmaterials nur für diesen Hohlraum vorgesehen ist.
In dem Fall der Herstellung von hoch qualitativen Zwei-Komponenten-Gegenständen, so wie z. B. von transparenten Platten von großen Abmessungen mit einem nicht-transparenten umlaufenden Rahmen, bei dem die Formung für beide der Komponenten mittels der Injektionskompression durchgeführt wird, wird das System vorzugsweise komplett sein, in dem Sinne, dass vorteilhafterweise sowohl die Positionsgeber 16 als auch die Druckgeber 17 verwendet werden. In diesem Fall können die besten Ergebnisse für den Zweck der Endqualität des geformten Gegenstandes erhalten werden, durch Kombination des Systems zum Messen der Parallelität gemäß der Erfindung mit den Rückhaltevorrichtungen, welche den Gegenstand der bereits zitierten italienischen Patentanmeldung mit der Nummer TO2004A000697 bilden und mit den Kontrastvorrichtungen, welche den Gegenstand der bereits zitierten italienischen Patentanmeldung mit der Nummer TO2004A000697 bilden. Natürlich können die Details der Konstruktion und der Ausführungsformen breit variieren mit Bezug auf das, was hierin beschrieben und dargestellt ist, ohne dabei von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er von den folgenden Ansprüchen definiert wird.

Claims

Eine Vorrichtung zum Formen von Gegenständen, hergestellt aus einem Kunststoffmaterial mit zwei Komponenten, aufweisend: ein drehendes Zentralelement (4), welches eine erste Form (10) und eine zweite Form (11) trägt, die einander gegenüber angeordnet sind; eine erste Gegenform (9) und eine zweite Gegenform (12), welche an gegenüber liegenden Seiten mit Bezug auf das drehende Zentralelement (4) angeordnet sind und mit Bezug dazu verschoben werden können; Mittel zum Schließen der ersten und zweiten Gegenform (9, 11) mit Bezug auf die ersten und zweiten Formen (10, 11), um entsprechende Formhohlräume zu definieren; Mittel zum Einspritzen (7, 8) von einem Kunststoffmaterial in die ersten und zweiten Hohlräume; und Mittel zum Komprimieren des Kunststoffmaterials in zumindest einem der entsprechenden ersten und zweiten Hohlräume, um die erste Komponente zu formen und die zweite Komponente überzuformen, wobei die Formen (10, 11) und die Gegenformen (9, 12) entsprechende zugewandte Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) definieren, wobei die Vorrichtung dadurch gekenn zeichnet ist, dass sie weiterhin Sensormittel (16, 17) aufweist, die operativ den zugewandten Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) zugeordnet sind, um Parameter zu messen, die die gegenseitige Parallelität zwischen den zugewandten Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) anzeigen und zum Steuern der Schließmittel gemäß den gemessenen Parametern.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel einen Positionsgeber (16) umfasst, zum Messen der Distanz (A, A1; B, B1) direkt zwischen den zugewandten Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) während des Schließens der Gegenformen (9, 12) mit Bezug auf die entsprechenden Formen (10, 11).
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel Druckgeber (17) umfasst, um direkt die Drücke zu detektieren, die zwischen den zugewandten Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) ausgeübt werden, in dem letzten Schritt des Schließens der Gegenformen (9, 12) mit Bezug auf die entsprechenden Formen (10, 11).
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (16; 17) an den Formen (10, 11) bereitgestellt werden.
Verfahren zum Formen von Gegenständen hergestellt aus einem Kunststoffmaterial mit zwei Komponenten, mittels einer Vorrichtung aufweisend: ein drehendes Zentralelement (4), welches eine erste Form (10) und eine zweite Form (11) trägt, die einander gegenüber angeordnet sind; eine erste Gegenform (9) und eine zweite Gegenform (12), welche an gegenüber liegenden Seiten mit Bezug auf das drehende Zentralelement (4) angeordnet sind und mit Bezug dazu verschoben werden können; und Mittel zum Schließen der ersten und zweiten Gegenformen (9, 12) mit Bezug auf die ersten und zweiten Formen (10, 11), um entsprechend einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum zu definieren, zum Einspritzen des Kunststoffmaterials und der möglichen Kompression des eingespritzten Kunststoffmaterials, wobei die Formen (10, 11) und die Gegenformen (9, 12) entsprechend gegenseitig zugewandte Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) definieren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es den Schritt des Messens von Parametern umfasst, welche die gegenseitige Parallelität zwischen den zugewandten Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) anzeigen, und den Schritt des Steuerns der Schließmittel gemäß den gemessenen Parametern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass es die direkte Messung der Distanzen (A, A1; B, B1) zwischen den Oberflächen (14a, 13; 14b, 15), zwischen denen der Kompressionsschritt durchgeführt wird, vorsieht.
Verfahren gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst die direkte Messung der Drücke, die zwischen den zugewandten Oberflächen (14a, 13; 14b, 15) in dem letzten Kompressionsschritt ausgeübt werden.