DE60007903T2

DE60007903T2 - Gas-unterstütztes spritzgiessen

Info

Publication number: DE60007903T2
Application number: DE2000607903
Authority: DE
Inventors: Mikael Ors N
Original assignee: AGA AB
Current assignee: Linde Sverige AB
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2020-11-03
Also published as: ATE258109T1; US6666999B1; AU1426601A; SE9904062L; SE9904062D0; ES2215081T3; EP1259368A1; SE517483C2; DE60007903D1; EP1259368B1; WO2001034363A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Formen und im Besonderen ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum gasgestützten Formen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Formen ist eine Herstellungstechnik, wobei ein Polymer unter Druck in ein Formwerkzeug eingespritzt wird und aushärtet. Das Formwerkzeug ist im Wesentlichen ein Negativ des Formteils, der hergestellt werden soll. Herkömmliche Einspritzdrücke schwanken von 350 bis 1400 bar. Da diese hohen Drücke auftreten, muß das Formwerkzeug, das häufig aus zwei Formhälften besteht, während der Einspritzung und des Abkühlens in einem eingespannten Zustand gehalten werden. Die Einspannkraft muß beträchtlich hoch sein.
Die Formungstechnik kann zum Herstellen einer großen Anzahl von Formteilen mit einer sehr hohen Genauigkeit verwendet werden. Toleranzen, die besser als 0,0025 mm sind, werden durch Verwenden einer geeigneten Kombination aus der Formgestaltung, dem Material und der Formteilgestaltung leicht erzielt. Ferner ist das Formen ein Hochleistungsvorgang. Die Zykluszeiten schwanken abhängig von der Größe und der Form des geformten Formteils zwischen wenigen Sekunden und mehreren Minuten.
Die Formwerkzeuge sind verhältnismäßig teuer und müssen so gestaltet sein, dass sie die hohe Genauigkeit bieten und gleichzeitig ausreichend robust sind, um den auftretenden hohen Drücken standzuhalten. Sie können aus Aluminium gefertigt sein, sind jedoch vorzugsweise aus gehärtetem Werkzeugstahl gefertigt, um während einer langen Zeit verwendbar zu sein. Somit ist die Formungstechnik besonders vorteilhaft, wenn eine große Anzahl an Formteilen herzustellen ist.
Das gasgestützte Formen (das auch GAM, gasgestützter Spritzguss, oder GID, Gasinnendruck genannt wird), das eine Verbesserung der Formungstechnik ist, und das seit verhältnismäßig kurzer Zeit kommerzialisiert ist, gestattet, dass Abschnitte des Inneren eines Produkts entfernt werden, oder einfach, dass hohle Produkte hergestellt werden können. Die Technik, die im Folgenden als gasgestütztes Formen bezeichnet wird, ist zur Herstellung von dickeren Produkten wie etwa Griffen, wie auch von Produkten, die dünnere Wände aufweisen, geeignet.
Die Technik umfasst, dass ein geformtes Teil über ein Netz von Stromkanälen oder direkt im geformten Teil mit einem Gas druckbeaufschlagt wird, bevor dem eingespritzten Material ein Abkühlen gestattet wird. Das druckbeaufschlagte Gas stellt die Verdichtungskraft bereit, die zur Herstellung eines hohlen geformten Qualitätsteils benötigt wird.
Ein Überblick über das gasgestützte Formen einschließlich Besprechungen der Technik wie auch ihrer Anwendungen findet sich in "Gas Assisted Moulding", T. C. Pearson, Rapra Review Report Nr. 103, 1998. Im Überblick wird die Auswahl der Ausrüstung einschließlich, z. B., der Positionierung und der Zeitabstimmung der Gaseinspritzung und der Ausmaße und der Positionierung von Gaskanälen besprochen.
Die Vorteile das gasgestützten Formens beinhalten, dass zur Herstellung des Formteils weniger Material verbraucht wird (bis zu 45% geringerer Verbrauch), dass eine bessere Maßstabilität erzielt werden kann, dass Schrumpfspuren, d. h., heiße Flecken, beseitigt werden können, dass Formteile hergestellt werden können, die eine höhere Festigkeit und Starrheit aufweisen, dass die Zykluszeiten verringert werden können, dass durch das Formen bewirkte Beanspruchungen im Material des Formteils stark verringert werden können, und dass eine geringere Einspannkraft benötigt wird.
Es wird angenommen, dass die Verwendung eines druckbeaufschlagten Gases zur Unterstützung während des herkömmlichen Polymerformens durch eine Erfindung von Friedrich, die 1978 patentiert wurde, siehe das Dokument US 4,101,617 , kommerziell anwendbar wurde. Die Erfindung betrifft das Formen von hohlen Artikeln in einem einzelnen Schritt, wobei ein Druckgas zusammen mit oder direkt nach der Einspritzung des geschmolzenen Polymers in die artikeldefinierende Form eingebracht wird.
Ferner wurden während späterer Jahre unterschiedliche besondere Gesichtspunkte des gasgestützten Formens patentiert, siehe z. B. die Patentschriften US 5,728,329 ; US 5,662,841 ; US 5,558,824 ; US 5,705,201 ; US 5,411,685 ; US 5,110,553 ; US 5,069,858 ; und, US 5,204,050 ; und Verweise darin.
Die ersten drei erwähnten dieser Patente betreffen die Druckbeaufschlagung eines Gases in der Form vor der Einspritzung des geschmolzenen Polymers in diese und die Erzeugung eines statischen Drucks mit dem geschmolzenen Polymer. Insbesondere das dritte beschreibt eine Technik zum Steuern des Ausstoßes des anfänglichen Gases, wobei die Strömungsfront und die Ausdehnungsgeschwindigkeit des eingespritzten geschmolzenen Polymers moduliert werden, um einen gleichmäßigen Materialstrom in der Form zu erzielen, um Spuren aufgrund eines nicht gleichmäßigen Stroms auf ein Mindestmaß zu verringern, um sicherzustellen, dass im Materialstrom keine Gasblasen auftreten, und um Artikel zu erzielen, die eine gleichmäßigere Wandfestigkeit aufweisen.
Ferner offenbart das vierte Patent ein schwingungsgestütztes Verfahren, um den Spritzguss und/oder die Eigenschaften des Formmaterials abzuändern.
Das fünfte Patent beschreibt eine Gassteuereinheit für ein gasgestützten Formsystem, wobei während des Spritzgusses eine Menge an Gas in Verbindung mit einer Menge an Polymermaterial in die Form eingebracht wird.
Das sechste und das siebente Patent zeigen Prozeßverfahren, um die Oberflächenqualität der hergestellten Artikel zu erhöhen.
Das zuerst erwähnte dieser Patente umfasst zuerst das Einspritzen einer deutlichen Menge an Polymer in die Form und danach das gleichzeitige Einspritzen druckbeaufschlagten Gases und einer weiteren Menge an Polymer. Die Einbringung des druckbeaufschlagten Gases verhindert zuerst, dass der erste Polymerstrom angehalten wird, und danach, im Anschluß an die Einbringung der zusätzlichen Menge des Polymers, verteilt das Gas die gesamte Menge des geschmolzenen Polymers in der artikeldefinierenden Form. Besondere Bereiche für den Gasdruck und für die gegenseitige Beziehung zwischen den beiden Polymermengen werden gegeben.
Das letztere dieser Patente beschreibt ein Formverfahren, wobei eine erste Menge druckbeaufschlagten Gases während des Formens hilft, aber nicht in die artikeldefinierende Form eintritt, sondern in einen Raum eintritt, der sich im Wesentlichen neben der Form befindet, um beim Ausfüllen der Form zu helfen.
Schließlich beschreibt das achte Patent ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung, wobei ein Artikel durch Einspritzen von geschmolzenem Polymer in eine Form und durch Einspritzen einer Menge druckbeaufschlagten Gases in das Polymer, um die Form auszufüllen und einen Hohlraum in der Form zu erzeugen, hergestellt wird. Danach wird Gas an einer zweiten Stelle in das Polymer in der Form eingespritzt, was entweder einen gesonderten Hohlraum im Polymer bildet oder einen Durchgang durch das Polymer in den ersten Hohlraum bildet. Das erste Gas wird vorzugsweise an der gleichen Stelle wie das Polymer eingespritzt, und das letztere Gas kann an einer Stelle eingespritzt werden, die eine direkte Verbindung mit der Form aufweist. Das Gas wird abgelassen, wenn der Artikel ausreichend ausgehärtet ist, dass vorkommende Ventile, Ausstoßauslässe oder dergleichen nicht verstopft werden. Dieses Ablassen kann aus jeder der Einspritzstellen oder aus beiden, gleichzeitig oder in einer aufeinanderfolgenden Reihenfolge, durchgeführt werden. Diese Technik zeigt Vorteile, die u. a. kurze Zykluszeiten, eine Verringerung der Betriebsunterbrechungen auf ein Mindestmaß, einen geringen Materialverbrauch und eine Herstellung von Artikeln mit hoher Qualität umfassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere verbesserte Technik während der Herstellung durch gasgestütztes Formen, die die Vorteile der oben erwähnten Technik zeigt, aber gleichzeitig noch weiter verringerte Zykluszeiten bereitstellt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Somit ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für ein wirksames, schnelles und verläßliches gasgestütztes Formen bereitzustellen, das deutlich verringerte Zykluszeiten aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, das ein Herstellen von hochwertigen Produkten bereitstellt, die eine hohe Festigkeit und Starrheit ohne jegliche Schrumpfspuren oder durch das Formen bewirkte Beanspruchungen aufweisen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Formen von Produkten bereitzustellen, wobei der Grundmaterialverbrauch gering ist.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, wobei das Abkühlen des geformten Produkts gesteuert werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung bereitzustellen, worin das Verfahren zum Formen ausgeführt werden kann.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den beiliegenden Patentansprüchen erfüllt.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Zykluszeiten verglichen mit den Techniken des Stands der Technik deutlich verringert werden können, möglicherweise um zumindest bis zu 30%.
Weitere Vorteile der Erfindung und Eigenschaften davon werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 9, die nur zur Veranschaulichung der Erfindung gezeigt sind und diese daher keineswegs beschränken sollen, näher beschrieben werden.
1 ist ein Ablaufschema, das ein schematisches Verfahren beim gasgestützten Formen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 bis 8 zeigen eine Vorrichtung zum gasgestützten Formen während unterschiedlicher Phasen des in 1 gezeigten erfinderischen Verfahrens schematisch im Querschnitt.
9 zeigt ein erfinderisches Beispiel zum Steuern des Abkühlens des geformten Produkts.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der nachfolgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erklärung und nicht der Beschränkung der Erfindung bestimmte Einzelheiten wie etwa besondere Anwendungen, Techniken usw. bekannt gemacht, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Fachleuten wird jedoch offensichtlich sein, dass die Erfindung in anderen als diesen Ausführungsformen praktisch ausgeübt werden kann.
Die Erfindung wird unter paralleler Bezugnahme einerseits auf 1, die ein Ablaufschema eines Verfahrens zum gasgestützten Formen ist, und andererseits auf 2 bis 8, die eine Vorrichtung zum gasgestützten Formen während unterschiedlicher Phasen des erfinderischen Verfahrens von 1 veranschaulichen, näher beschrieben werden.
Das Bezugszeichen 21 in 2 bezeichnet einen Formhohlraum eines Formwerkzeugs, das zum gasgestützten Formen bestimmt ist. Im veranschaulichten Fall ist ein Formhohlraum gezeigt, der zum Formen von hohlen Griffen bestimmt ist, doch ist die vorliegende Erfindung auf das Formen einer großen Vielfalt von Produkten einschließlich sowohl breiterer als auch dünnerer Teile anwendbar. Es sollte sich verstehen, dass jede beliebige Art von Formwerkzeug, die innerhalb des technischen Gebiets bekannt ist, abgeändert werden kann, um die vorliegende Erfindung aufzunehmen. Zum Beispiel kann für diesen Zweck ein wie in der Patentschrift US 5,204,050 offenbartes Formwerkzeug verwendet werden.
Das Formwerkzeug umfasst eine Öffnung im einen Ende des Formhohlraums, in der eine ventilgesteuerte Düse 22 angeordnet ist. Ferner steht die Düse mit einem steuerbaren Zuführungsystem einer Standardart (nicht gezeigt) zum Einspritzen des Rohmaterials in Verbindung.
In einem Schritt 11 (1) wird eine Menge geschmolzenen Polymers mit einer typischen Temperatur von etwa 200°C durch die oben erwähnte Düse 22 in den Formhohlraum 21 eingespritzt. In 2 ist das Polymer durch 23 bezeichnet, und reicht seine Front hier etwa bis zur Hälfte in den Formhohlraum 21. Der Umstand, dass das Einspritzen im Gange ist, wird durch den Pfeil POLY angezeigt. Ferner umfasst das Formwerkzeug eine zweite Öffnung, worin ein zweites Ventil 24 angebracht ist, wobei dieses Ventil bei der vorliegenden Erfindung eine wichtige Funktion aufweist, die weiter unten in der Beschreibung ausführlich beschrieben werden wird.
Anschließend, vorzugsweise nach dem völligen Abschluß des Einspritzens des geschmolzenen Polymers, wird in einem Schritt 12 eine vorherbestimmte Menge druckbeaufschlagten Gases, vorzugsweise ein träges Gas wie etwa Stickstoff oder ein stickstoffhaltiges Gasgemisch, durch die gleiche Düse 23 in das geschmolzene Polymer im Formhohlraum eingespritzt. Die Düsen sollen dann mit einem steuerbaren Gassystem für eine gesteuerte Zuführung von Gas verbunden sein. Alternativ ist das Formwerkzeug mit einer gesonderten Gaszuführungsdüse an einer gesonderten Öffnung für die Zuführung des druckbeaufschlagten Gases versehen. Die Zeitabstimmung, der Druck, die Temperatur und die Geschwindigkeit des zugeführten Gases sind kritische Parameter, die genau gesteuert werden müssen.
Das druckbeaufschlagte eingespritzte Gas ist in 3 mit 25 bezeichnet. Ein mit GAS bezeichneter Pfeil zeigt an, dass die Gaseinspritzung im Gange ist. Da das Polymer von der Innenwand des Formhohlraums her abgekühlt wird, entsteht senkrecht zur Strömungsrichtung ein Temperaturgradient mit der höchsten Temperatur und daher der geringsten Viskosität im Zentrum. Somit wählt das Gas den natürlichen Weg durch die niedrigviskösen und heißeren Abschnitte des Polymers zu Bereichen, die einen geringen Druck aufweisen.
Auf diese Weise erzeugt das Gas einen Hohlraum, der sich entlang einer zentralen Achse von der Düse 22 und zum Frontende des Polymers erstreckt und das geschmolzene Polymer dadurch zur Innenwand des Formhohlraums drückt. Dieser Schritt ist in 1 mit 13 bezeichnet.
In 4 ist das Verfahren in einem Stadium gezeigt, in dem das Einspritzen des Polymers beendet ist und in dem das Polymer auch das Ende des Formhohlraums bei 24 erreicht hat. Das Gas wird dennoch immer noch eingespritzt, was erneut durch einen mit GAS bezeichneten Pfeil angezeigt wird, und das Gas hat eine wesentliche Entfernung im Formhohlraum erreicht. Durch Steuern der Menge des in den Hohlraum eingespritzten Gases wird der Druck, der eine Last auf das abkühlende Polymer legt, gesteuert. Vorzugsweise wird eine weitere Zuführung von Gas durch die Düse 22 angehalten, wenn das Gas eine vorherbestimmte geschätzte Entfernung wie z. B. die in 4 veranschaulichte erreicht hat.
Ferner wird in einem Schritt 14 eine vorherbestimmte Menge druckbeaufschlagten Gases durch die Düse 24, die verglichen mit der Düse 22 an der gegenüberliegenden Seite des Formhohlraums gelegen ist, und in das abkühlende Polymer eingespritzt. In 5 ist dieser Schritt durch einen mit GAS bezeichneten Pfeil, der anzeigt, dass die Gaseinspritzung durch die Düse 24 im Gange ist, und durch eine Gasmenge 26 veranschaulicht, die sich entlang der oben erwähnten zentralen Achse von der Düse 24 und in die Richtung des durch die frühere Menge an Gas definierten Hohlraums erstreckt. In dieser Hinsicht wird ein weiterer Druck zum Polymer erzielt, der die Herstellung hochwertigerer Formteile, welche eine genauer definierte Form und gleichmäßigere Oberflächen aufweisen, gestattet.
Durch das Steuern der Zuführung bei 24, so dass der Druck im Gas 26 höher als der Druck im Gas 25 ist, wird ein Druckgradient entlang der Achse erzielt. Hiermit kann in einem Schritt 15 ein Durchgang zum Hohlraum 25 erzielt werden. In 6 ist dies deutlich veranschaulicht, wobei der Durchgang mit 27 bezeichnet ist.
Während des andauernden Aushärtungs- und Abkühlvorgangs ist es wichtig, dass im Formhohlraum 21 ein gleichmäßiger Druck erhalten wird, um ein hochwertiges Formteil herzustellen. Die Zeit für diesen Abkühlvorgang liegt normalerweise in der Größenordnung von 75% der gesamten Zykluszeit. Wie oben erwähnt ist die Zykluszeit ein sehr kritischer Parameter für die Produktivität eines Werkzeugs und kann sie abhängig von u. a. dem Werkzeug, dem Formhohlraum, der Formteilgestaltung, dem Rohmaterial und dem Abkühlen enorm schwanken. Typische Werte für Zykluszeiten sind 90 bis 120 Sekunden. In Versuchen hat der Anmelder festgestellt, dass es möglich ist, die Abkühlzeit mit bis zu 50% zu verringern, was eine verkürzte Zykluszeit von bis zu etwa 35% ergeben wird. Auch wenn bei der Herstellung viel geringere Werte erzielbar sind, ist jede mögliche Verringerung der Zykluszeit wünschenswert. In dieser Hinsicht wird auch eine Verringerung von 5 bis 10% als beträchtlich erachtet.
Um diese Abkühlzeiten und dadurch die Zykluszeiten zu verringern, wird zur gleichen Zeit, zu der einer Menge in der gleichen Größe ein Ausströmen durch die Düse 22 aus dem Formhohlraum gestattet wird, eine weitere gesteuerte Menge druckbeaufschlagten Gases durch die Düse 24 zugeführt. Die Temperatur des zugeführten Gases sollte geringer als die Temperatur des entnommenen Gases sein, so dass Wärme im Formhohlraum über den erhaltenen Gasstrom aus dem Formhohlraum transportiert werden kann. Dieser Schritt ist in 1 mit 16 angegeben.
Auf eine solche Weise wird Gas beim gasgestützten Formen für zwei unterschiedliche Hauptzwecke benutzt: teilweise als ein Mittel zum Liefern der notwendigen Verdichtungskraft des Polymers nach dem herkömmlichen gasgestützten Formen, teilweise als ein Mittel zum Transportieren von Wärme durch z. B. Konvektion aus dem Formhohlraum zum Zweck des Beschleunigens des Abkühlens. Im letzteren Fall ist das druckbeaufschlagte Gas als ein Wärmeaustauscher tätig.
Um eine solche Funktion in der Praxis zu betreiben, ist eine genaue Steuerung erforderlich, um den Druck im Formhohlraum während eines solchen Stroms durch den Formhohlraum innerhalb annehmbarer Toleranzen zu halten. Parameter, die gesteuert werden können, beinhalten die Menge des durch den Hohlraum geführten Gases, seine Geschwindigkeit und die Temperatur des zugeführten Gases. In 7 ist der Strom durch den Formhohlraum durch mit GAS bezeichnete Pfeile an den jeweiligen Düsen 22, 24 angezeigt, ist die transportierte Wärme durch einen mit Q bezeichneten Pfeil angezeigt, und ist der durch das druckbeaufschlagte Gas gebildete Durchgangshohlraum mit 28 bezeichnet.
Danach wird das druckbeaufschlagte Gas in einem Schritt, der in 1 mit 17 bezeichnet ist, aus dem Formhohlraum abgelassen. Dies ist auch in 8, erneut durch einen mit GAS bezeichneten Pfeil an der Düse 22, veranschaulicht.
Das Ablassen kann sicherlich auch durch die Düse 24 durchgeführt werden, doch das Polymer sollte am Ende bei 22 am kühlsten sein, wodurch es ein Vorteil sein sollte, das Gas dort abzulassen, da die Gefahr des Verstopfens der Düse dort am geringsten ist.
Schließlich wird der Formhohlraum in einem Schritt 18 geöffnet und das fertige geformte Teil entnommen.
Die vorliegende Erfindung kann alternativ in Schritt 16 umfassen, dass Gas bei 24 zugeführt wird und bei 22 entnommen wird, so dass statt dessen ein Strom in die entgegengesetzte Richtung erzielt wird. Normalerweise ist es jedoch am vorteilhaftesten, das Gas bei 24 zu entnehmen, da das Polymer am kühlsten ist und beim Vorgang des Aushärtens am weitesten fortgeschritten ist. Je geschmolzener das Polymer ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Auslaßventil verstopft werden wird oder dass Polymerteilchen durch den Auslaß nach außen folgen werden. Dies ist sicherlich nicht wünschenswert. Zur Verhinderung des Auftretens dieses Vorgangs sind der Hohlraum und die Düsen danach gebildet und muß ferner der gesamte Vorgang genau gesteuert werden.
Ein anderer kritischer Punkt betrifft das Durchbohren, d. h., die Bildung des Durchgangs zum Hohlraum 25 von der Düse 24, der in 5 und 6 gezeigt ist. In der Praxis kann das Polymermaterial die Größe des Durchgangs beschränken, so dass ein Durchgangshohlraum erzielt wird, der einen Aufbau aufweist, welcher dem in 6 (25, 26, 27) gezeigten ähnlicher ist, als dem in 7 (28) gezeigten. Wenn der Durchgang eine kleinere Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche der Öffnung der Düse 24 aufweist, können Probleme auftreten, da in einem solchen Fall der Flusswiderstand im Formhohlraum unbekannt ist.
Um dies zu vermeiden, muß so weit wie möglich eingerichtet werden, dass dieser Durchgang mit einer kleinsten Querschnittsfläche erzielt wird, die größer, vorzugsweise deutlich größer, als die Querschnittsfläche der Öffnungen der Düsen 24, 22 ist. Zweitens muß man versuchen, diesen Durchgang mit einer kleinsten Querschnittsfläche zu bilden, die wiederholbar erzielt werden kann, so dass in jedem Zyklus der gleiche Flusswiderstand erhalten wird. Der Zweck dieser Vorgangsweise ist, von Zyklus zu Zyklus ein wiederholbares Abkühlen des Polymers im Formhohlraum zu erzielen, was durch einen wiederholbaren Gasstrom durch den Formhohlraum erzielt wird, was wiederum durch einen wiederholbaren Flusswiderstand im Formhohlraum erzielt wird.
Ferner ist es möglich, zuerst das druckbeaufschlagte Gas in eine Richtung und dann in eine entgegengesetzte Richtung zu führen. Da das zugeführte kalte Gas am Einlaß am wirksamsten kühlen wird, wird hierdurch eine gleichmäßigere Abkühlung erzielt, was die Abkühlzeit weiter verringert und die Qualität des geformten Produkts verbessert. Es ist sogar möglich, den Gasstrom wiederholt und abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen einzurichten, z. B. zwei bis sechs Mal.
Das Gasstromsystem zur Zuführung und Entnahme von druckbeaufschlagtem Gas kann durch eine Durchflussmengenregelung gesteuert werden.
Die Menge druckbeaufschlagten Gases, die durch den Formhohlraum 21 strömt, die Geschwindigkeit dieses Stroms und die Temperatur des zugeführten Gases werden in einer Ausführungsform so gewählt, dass zumindest im Wesentlichen so viel Wärme Q über das druckbeaufschlagte Gas vom Formhohlraum transportiert wird, wie durch Wärmeleitung in das Formwerkzeug transportiert wird.
Die Temperatur des zugeführten Gases kann von 10 bis 30°C , vorteilhafter von 20 bis 25°C, reichen, und am vorteilhaftesten liegt diese Temperatur bei der Raumtemperatur.
In einer anderen Ausführungsform, bei der das Abkühlen eher langsam durchgeführt werden muß, reicht die Temperatur des zugeführten Gases von 30 bis 80°C, vorteilhafter von 40 bis 70°C, und am vorteilhaftesten von 50 bis 60°C. Innerhalb dieser Temperaturbereiche wird das Formwerkzeug typischerweise bei einem herkömmlichen gasgestützten Formen gehalten, um dem Polymer zu gestatten, ausreichend "auszufließen", so dass Formteile, die gleichmäßige Oberflächen ohne Wellen oder dergleichen aufweisen, erhalten werden. Ferner können die Gefahren des Verstopfens der Düsen verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsform, bei der die Stromgeschwindigkeit gering sein muß (z. B., um die Probleme des Verstopfens zu vermeiden), kann das zugeführte Gas durch flüssigen Stickstoff auf eine Temperatur unter der Raumtemperatur, z. B. eine sehr niedrige Temperatur, abgekühlt werden. In dieser Hinsicht kann durch Verwendung einer viel niedrigeren Stromgeschwindigkeit der gleiche Wärmetransport erhalten werden. Es ist auch möglich, ein anderes Gas, z. B. Helium, zu wählen, das unterschiedliche Wärmeleitungseigenschaften aufweist.
Der Druck des druckbeaufschlagten Fluids muß während des Formens genau gesteuert werden. Typische Drücke reichen von 50 bis 200 bar.
Ferner kann das Formwerkzeug für eine weitere Zuführung und/oder Entnahme von druckbeaufschlagtem Gas zusätzliche Öffnungen in das Formwerkzeug aufweisen. Man kann sich, insbesondere für die Herstellung komplizierterer Produkte, eine willkürliche Anzahl von Öffnungen vorstellen, die als Einlässe und/oder Auslässe für das hindurchströmende Gas dienen.
9 zeigt schematisch ein erfinderisches Beispiel zur Regulierung des Abkühlens des geformten Produkts. Ein ventilgestütztes Röhrensystem, das Ventile 29 bis 32 und Röhren 33 bis 36 umfasst, kann über Schalter 37, 38 an ein steuerbares Gasstromsystem (nicht gezeigt) angeschlossen werden. Druckbeaufschlagtes Gas wird in einer regulierten Weise bei 37 zugeführt und bei 38 entnommen, so dass im Röhrensystem ein gleichmäßiger Strom druckbeaufschlagten Gases erzielt wird und im Formhohlraum 21 ein im Wesentlichen konstanter Druck erzielt wird.
Die oben beschriebenen Änderungen in der Strömungsrichtung durch den Formhohlraum 21 können durch Öffnen und Schließen der Ventile 29 bis 32 in der folgenden Weise erzielt werden. Zuerst werden die Ventile 29 und 30 geschlossen gehalten, während die Ventile 31 und 32 geöffnet gehalten werden. Das bei 37 eintretende druckbeaufschlagte Gas wird durch die Röhre 33, durch die Düse 22, durch den Hohlraum 28 in den Formhohlraum 21 und durch die Düse 24 heraus, durch die Röhre 34 und schließlich bei 38 aus dem System gedrückt. Somit wird die Strömungsrichtung durch ein gleichzeitiges Öffnen der Ventile 29 und 30 und Schließen der Ventile 31 und 32 im Formhohlraum 21 geändert. Das Gas strömt hier bei 37 ein, durch die Röhre 35 und durch die Düse 24 herein, durch den Hohlraum 28 im Formhohlraum 21 und durch die Düse 22 heraus, durch die Röhre 36 und bei 38 heraus. Durch ein Öffnen der Ventile 31 und 32 und synchron ein Schließen der Ventile 29 und 30 wird die Strömungsrichtung erneut geändert. Der Vorgang kann eine geeignete Anzahl von Malen wiederholt werden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Technik erzielt, die das Ausfüllen des Polymers im Formhohlraum erhöht, um die Qualität des geformten Teils zu erhöhen, während gleichzeitig die Zykluszeit äußerst deutlich verkürzt werden kann.
Zusammengefaßt beinhaltet die Technik die Verwendung eines druckbeaufschlagten Gases beim gasgestützten Formen für ein herkömmliches inneres Druckbeaufschlagen von Polymer, das in einen Formhohlraum eingespritzt ist, und ferner als ein Transportmedium, um, deutliche Mengen an Wärme aus dem Formhohlraum zu entnehmen.
Die wie hierdurch beschriebene vorliegende Erfindung löst die Probleme, die mit dem Stand der Technik ver bunden sind. Sicherlich ist sie nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann sie innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche abgeändert werden.

Claims

Verfahren bei der Herstellung eines Formteils in einem gasgestützten Formverfahren, wobei – geschmolzenes Polymer (23) in einen Formhohlraum (21) eines Formwerkzeugs eingespritzt (11) wird, – druckbeaufschlagtes Fluid (25) dem Formhohlraum durch mindestens eine erste Öffnung (22) zugeführt (12) wird, um einen Hohlraum (26) in dem Polymer zu bilden (13) und das Polymer gegen die Innenwände des Formhohlraums zu drücken (13), – druckbeaufschlagtes Fluid (27) danach dem Formhohlraum durch mindestens eine zweite Öffnung (24) zugeführt (14) wird, die von der ersten Öffnung entfernt angeordnet ist, um einen Durchgang (28) durch das Polymer in den Hohlraum (26) zu bilden (15), – das Polymer heruntergekühlt (16) wird und aushärtet, – druckbeaufschlagtes Fluid dem Formhohlraum entnommen (17) wird und – der Formhohlraum geöffnet wird (18), um das geformte Teil zu entnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass, während das Polymer auskühlt und aushärtet, druckbeaufschlagtes Fluid durch den Hohlraum (26) geführt wird, indem im Wesentlichen gleiche Mengen druckbeaufschlagten Fluids dem Formhohlraum durch mindestens eine der Öffnungen (22, 24) zugeführt (16) werden und gleichzeitig durch mindestens eine andere der Öffnungen (24, 22) dem Formhohlraum entnommen (16) werden, wobei – der Druck in dem Formhohlraum im Wesentlichen konstant gehalten wird, und – die zugeführte Menge eine niedrigere Temperatur hat als die entnommene Menge, so dass Wärme (Q) aus dem Formhohlraum über das hindurch geführte Fluid transportiert wird und das Herunterkühlen und Aushärten beschleunigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen gleiche Mengen druckbeaufschlagtes Fluid dem Formhohlraum durch mindestens die andere der Öffnungen (22, 24) zugeführt (16) werden und gleichzeitig dem Formhohlraum durch mindestens die erste der Öffnungen (24, 22) entnommen (16) werden, während das Polymer abkühlt (16) und aushärtet, wobei – der Druck in dem Formhohlraum im Wesentlichen konstant gehalten wird und – die zugeführte Menge eine niedrigere Temperatur hat als die entnommene Menge, so dass die Wärme (Q) über den erhöhten, in entgegengesetzter Richtung strömenden Fluidstrom aus dem Formhohlraum transportiert wird, wobei ein gleichmäßigeres, beschleunigtes Herunterkühlen erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zugeführten und entnommenen Mengen wahlweise durch die Öffnungen zugeführt und entnommen werden, so dass der erhöhte Fluidstrom wiederholt und im Wechsel in entgegengesetzten Richtungen strömen kann.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Richtung des strömenden Fluids 2 bis 6 mal verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Menge des druckbeaufschlagten Fluids, die dem Formhohlraum zugeführt und entnommen wird, mittels einer Durchflussmengenregelung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Menge des druckbeaufschlagten Fluids, die dem Formhohlraum zugeführt und entnommen wird, durch ein ventilgestütztes Röhrensystem strömt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Menge des druckbeaufschlagten Fluids, die dem Formhohlraum zugeführt und entnommen wird, die Geschwindigkeit der Zuführung und Entnahme und die Temperatur der zugeführten Menge so gewählt sind, dass mindestens im Wesentlichen dieselbe Wärmemenge (Q) durch das druckbeaufschlagte Fluid aus dem Formhohlraum transportiert wird, wie durch Wärmeleitung dem Formwerkzeug zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Temperatur der Menge zugeführten Fluids auf einen Bereich zwischen 10°C und 30°C, vorteilhafter zwischen 20°C und 25°C, und am vorteilhaftesten auf Raumtemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Temperatur der Menge zugeführten Fluids auf einen Bereich zwischen 30°C und 80°C, vorteilhafter zwischen 40°C und 70°C und am vorteilhaftesten zwischen 50°C und 60°C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Temperatur der Menge zugeführten Fluids auf unterhalb der Raumtemperatur und vorteilhafter deutlich unterhalb der Raumtemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Temperatur des Formwerkzeuges auf einen Bereich zwischen 30°C und 80°C, vorteilhafter zwischen 40°C und 70°C und am vorteilhaftesten zwischen 50°C und 60°C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Druck des druckbeaufschlagten Fluids auf einen Bereich zwischen 50 und 200 bar eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das druckbeaufschlagte Fluid Stickstoffgas oder ein stickstoffhaltiges Gasgemisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Durchgang durch eine kleinste Querschnittsfläche gebildet wird, die größer ist als mindestens die Querschnittsflächen der ersten und der zweiten Öffnung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Durchgang durch eine kleinste Querschnittsfläche gebildet wird, die wiederholt herstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das geschmolzene Polymer (23) durch die erste Öffnung (22) in den Formhohlraum (21) gespritzt (11) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das geschmolzene Polymer (23) durch eine getrennte Polymereinspritzöffnung, die von der ersten und der zweiten Öffnung (22, 24) entfernt angeordnet ist, in den Formhohlraum (21) eingespritzt (11) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die erste und die zweite Öffnung wahlweise an im Wesentlichen verschiedenen Enden des Formhohlraums angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei mindestens eine dritte Öffnung zum Zuführen und Entnehmen druckbeaufschlagten Fluids bereit gestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das druckbeaufschlagte Fluid in dem Formhohlraum durch eine der Öffnungen entnommen (17) wird.
Formsystem zum Herstellen eines Formteils in einem gasgestützten Formverfahren, wobei das System Folgendes umfasst: – einen Formhohlraum (21), der das zu formende Teil begrenzt, – eine Polymereinspritzöffnung in den Formhohlraum, durch die geschmolzenes Polymer (23) einspritzbar ist, – eine erste Gaseinspritzöffnung (22) in den Formhohlraum, durch das druckbeaufschlagte Fluid (25) zuführbar ist, um einen leeren Raum in dem Polymer zu bilden und das geschmolzene und eingespritzte Polymer gegen die Innenwände des Formhohlraums zu drücken, – eine zweite Gaseinspritzöffnung (24), die von der ersten Gaseinspritzöffnung entfernt angeordnet ist, wobei durch diese zweite Gaseinspritzöffnung druckbeaufschlagtes Fluid (27) zuführbar ist, um einen Durchgang (28) durch das Polymer in den leeren Raum zu bilden, und – Mittel zum Herunterkühlen und Aushärten des geschmolzenen Polymers, gekennzeichnet durch – ein ventilgestütztes Röhrensystem (29 bis 36), das mit den Öffnungen (22, 24) verbunden ist, und – Mittel zum Zuführen in den Formhohlraum durch mindestens eine der Öffnungen (22, 24) und gleichzeitigen Entnehmen (16) aus dem Formhohlraum durch eine andere der Öffnungen (24, 22) über das Röhrensystem im Wesentlichen gleicher Mengen druckbeaufschlagten Fluids, während das Polymer heruntergekühlt wird und aushärtet, wodurch der Druck in dem Formhohlraum im Wesentlichen konstant gehalten wird und die zugeführte Menge eine niedrigere Temperatur hat als die entnommene Menge, so dass die Wärme (Q) aus dem Formhohlraum über den erhöhten Fluidstrom transportiert wird und das Herunterkühlen und Aushärten beschleunigt werden.
System nach Anspruch 21, wobei das System so ausgelegt ist, dass im Wesentlichen gleiche Mengen druckbeaufschlagten Fluids durch eine andere der Öffnungen (22, 24) dem Formhohlraum zugeführt (16) werden und gleichzeitig über das Röhrensystem durch eine der Öffnungen (24, 22) dem Formhohlraum entnommen (16) werden, während das Polymer heruntergekühlt (16) wird, wodurch der Druck in dem Formhohlraum im Wesentlichen konstant gehalten wird und die zugeführte Menge eine niedrigere Temperatur hat als die entnommene Menge, so dass die Wärme (Q) aus dem Formhohlraum über den erhöhten in entgegengesetzter Richtung strömenden Fluidstrom transportiert wird, wodurch ein gleichmäßigeres, beschleunigtes Herunterkühlen und Aushärten erreicht wird.
System nach Anspruch 21 oder 22, wobei das System zum Zuführen und Entnehmen druckbeaufschlagtes Fluid durch die Öffnungen ausgelegt ist, so dass der erhöhte Fluidstrom wiederholt und im Wechsel in entgegengesetzten Richtungen strömen kann.