-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von
Kunststoffen mit metallischem Aussehen und insbesondere eine Spritzgießform mit
auswechselbaren Angusseinsätzen,
die geschmolzenes thermoplastisches Material der Formkavität zuführen.
-
Wie
in dieser Beschreibung verwendet, ist ein Farbmittel jedes Material,
welches dazu geeignet ist, dem Medium, in welchem es verwendet wird,
Farbe zu vermitteln. Das Farbmittel kann in dem Medium löslich oder
unlöslich
sein. Im Allgemeinen können Farbmittel
in zwei große
Kategorien unterteilt werden, Pigmente und Farbstoffe. Wie in dieser
Beschreibung verwendet, kann ein Pigment organisch oder anorganisch,
natürlich
oder synthetisch sein und ist grundsätzlich in dem Medium, in welchem
es verwendet wird unlöslich,
wohingegen ein Farbstoff grundsätzlich
in dem Medium, in welchem er verwendet wird, löslich ist.
-
Wie
in dieser Beschreibung verwendet, umfasst eine Unterkategorie von
Pigmenten solche Pigmente, die zur Modifizierung der optischen Eigenschaften
des Mediums verwendet werden, in welchem diese Anwendung finden,
beispielsweise solche Eigenschaften wie Lichtreflektivität, Lichtbrechung,
Lichtadsorptionsvermögen
oder Lichtdurchlässigkeit.
Eine Unterkategorie von Pigmenten, die zur Modifizierung der optischen
Eigenschaften des Mediums verwendet werden, in dem diese Anwendung
finden, sind lichtreflektierende Pigmente. Lichtreflektierende Pigmente
umfassen, sind jedoch nicht beschränkt hierauf, metallische Pigmente
(ebenso bekannt als metallische Flockenpigmente) und Glitter (ebenso
bekannt als Flitter oder Flitterplättchen). Ein metallisches Pigment
ist ein Partikel oder eine Flocke, die im Allgemeinen aus Metall
oder einer Legierung bestehen, die zur Modifizierung der optischen Eigenschaften
des Mediums verwendet werden, wie beispielsweise die Lichtreflektivität oder,
um ein metallisches Aussehen zu erzielen. Die am häufigsten verwendeten
Metalle umfassen, sind aber nicht beschränkt hierauf, Gold, Silber,
Aluminium, Kupfer, Bronze und Zink. Von Metallen verschiedene Materialien,
die verwendet werden können,
um ein metallisches Aussehen zu erzielen, umfassen Minerale (beispielsweise
Glimmer) oder Glas. Diese Materialien werden im Allgemeinen in Flockenform
verwendet.
-
Typischerweise
umfassen gegossene Kunststofferzeugnisse Automobilkarosserieteile,
Schürzen und
Verkleidungen. In der Automobilindustrie ist ein bevorzugtes Verfahren
zur Herstellung solcher Erzeugnisse das Spritzgießen von
Kunststoff, vorzugsweise das Spritzgießen einer Kunststoffzusammensetzung.
Spritzgießen
wird gegenüber
anderen Kunststofftormgebungstechniken bevorzugt, weil es die Vorzüge einer
Massenherstellung mit verhältnismäßig kostengünstigen
Materialien verbindet.
-
Nach
dem Gießvorgang
wird oftmals solchen Automobilerzeugnissen ein metallisches Aussehen in
Form einer Beschichtung vermittelt. Typischerweise wird dies durch
eine Lackierung unter Verwendung von metallischer Farbe erzielt.
Eine metallische Farbe ist eine Farbe unter Verwendung von metallischen
Pigmenten, wie sie vorstehend definiert worden sind.
-
Kürzlich ist
der Wunsch aufgetreten, das nachträgliche Vermitteln eines metallischen
Aussehens durch Behandlung nach dem Gießen, beispielsweise mittels
einer metallischen Farbe, auf solche Automobilerzeugnisse zu eliminieren.
Es besteht das Bedürfnis,
das metallische Erscheinungsbild für solche Automobilerzeugnisse
während
des Formvorgangs oder des Gießvorgangs
des Erzeugnisses selbst zu erzeugen. Das Einbeziehen des metallischen
Erscheinungsbildes für
solche Automobilerzeugnisse während
der Herstellung des Erzeugnisses ist gewünscht, um die Kosten und das
Freisetzen potentiell gefährlicher
flüchtiger
organischer Zusammensetzungen (VUCs) in die Atmosphäre, wie
es beim Lackiervorgang üblich
ist, zu reduzieren.
-
Es
ist insbesondere wünschenswert,
das metallische Aussehen solcher Automobilerzeugnisse bereits in
die Zusammensetzung einzubeziehen, die zum Formen oder Gießen des
Automobilerzeugnisses selbst Anwendung findet. Es ist ebenso wünschenswert,
dass die Zusammensetzung des Automobilerzeugnisses ein Kunststoffmaterial
umfasst, vorzugsweise ein thermoplastisches Material. Es wird weiterhin
gewünscht,
das erwähnte
bevorzugte thermoplastische Material durch einen Gießprozess, insbesondere
durch Spritzgießen
zu verarbeiten.
-
Kürzlich wurden
Versuche unternommen, das metallische Aussehen durch Spritzgießen von thermoplastischem
Material in Automobilerzeugnisse einzubeziehen. Durch Versuche wurde
herausgefunden, dass ein akzeptables Maß an Qualität der gegossenen Automobilerzeugnisse
mit einem Spritzgießverfahren
und Änderungen
der Kunststoffzusammensetzung erzielbar ist. Dies wird durch die vorderen
und hinteren Schürzen
und Verkleidungen des 1999er Modells Jeep Grand Cherokee Laredo veranschaulicht,
die unter Verwendung des Spritzgießverfahrens mit Solvey Engineered
Polymers' Sequel
1440 aus der Klasse der thermoplastischen Olefine (TPO) hergestellt
wurden.
-
Es
hat sich jedoch herausgestellt, dass das benötigte Spritzgießverfahren
und die Änderungen der
Zusammensetzung zur Erzeugung eines akzeptablen Maßes an Qualität sich mit
jeder einzelnen verwendeten thermoplastischen Zusammensetzung signifikant ändern können. Insbesondere
wurde herausgefunden, dass bei Verwendung von verschiedenen metallischen
Pigmenten zur Erzielung von verschiedenen metallischen Erscheinungsbildern und/oder
Farben die Änderungen
des Spritzgießverfahrens
und der Zusammensetzungen, die zur Erzeugung eines akzeptablen Ausmaßes an Qualität erforderlich
sind, signifikant variieren können.
In einigen Fällen
wurde ebenso herausgefunden, dass selbst die Veränderung des Spritzgießverfahrens
und der thermoplastischen Zusammensetzung innerhalb akzeptabler
Grenzen nicht zu einem akzeptablen Ausmaß an Qualität führen kann. Typischerweise erfüllten solche
Erzeugnisse kein akzeptables Maß an Qualität wegen
verschiedenen metallischen Aussehens an verschiedenen Stellen der
Oberfläche
des Erzeugnisses. Dieses verschiedene metallische Aussehen tritt
am wahrnehmbarsten in Bereichen der Oberfläche auf, die durch Zusammenflusslinien
eingenommen werden, im Gegensatz zu solchen Bereichen der Oberfläche ohne
Zusammenflusslinien. Zusammenflusslinien (ebenso bekannt als Verbindungslinien,
Fließlinien
oder Schweißmale)
in einem gegossenen Kunststofferzeugnis markieren das Zusammentreffen
verschiedener Kunststofffließfronten innerhalb
der Form. Nach Whittington's
Dictionary of Plastics, 3. Ausgabe, haben sich die Fließfronten
bereits abgekühlt
und mit einer Haut versehen, bevor diese zusammentreffen, oder hatten
im geschmolzenen Zustand wenig Zeit zur Interdiffusion von molekularen
Bestandteilen über
deren Grenzfläche.
-
Aufgrund
der vorbeschriebenen Schwierigkeit erfolgte versuchsweise die Änderung
von Vorrichtungen zusätzlich
zur Änderung
des Spritzgießverfahrens
und der thermoplastischen Zusammensetzungen. Spezifische Vorrichtungsänderungen
befassten sich mit Änderungen
der für
das Spritzgießverfahren
verwendeten Spritzgießform.
Insbesondere befassten sich Formänderungen
mit der Angussgestaltung wie beispielsweise Größe, Konfiguration und Lage.
Beim Spritzgießverfahren
ist der Anguss der Kanal, durch welchen der geschmolzene Kunststoff
vom Einlauf in den Formhohlraum fließt. In Experimenten wurde herausgefunden,
dass das Ändern der
Angussgestaltung der Spritzgießform
zusätzlich zu Änderungen
des Spritzgießverfahrens
und der thermoplastischen Zusammensetzungen zu einem akzeptablen
Maß an
Qualität
führt.
Mit anderen Worten, die Angussgestaltung hatte eine Auswirkung auf die
Steuerung verschiedener Kunststofffließfronten und die Zusammenflusslinienbildung
innerhalb des Formhohlraums derart, dass das metallische Erscheinungsbild über die
Oberfläche
des Teils gleichmäßiger gestaltet
werden konnte, um ein akzeptables Maß an Qualität zu erzeugen. Verschiedene
Angussgestalten für
Spritzgießformen
für jede
thermoplastische Zusammensetzung konnten jedoch nur durch signifikante Änderungen
der Spritzgießform
erzielt werden, die zeitaufwändig
waren und daher für Massenproduktion
nicht geeignet sind. Alternativ wären Änderungen der Spritzgießform entbehrlich, wenn
für jede
thermoplastische Zusammensetzung eine andere Spritzgießform hergestellt
würde.
Unter Berücksichtigung
der Größe von Automobilteilen
sind jedoch die Kosten für
verschiedene Spritzgießformen für jede thermoplastische
Zusammensetzung prohibitiv.
-
Die
Verwendung von Angussstellen in Spritzgießformen ist bekannt. Die japanische
Veröffentlichung
JP 5031767A scheint eine
Oberflächenbehandlung der
Stirnflächen
durch ein Ionenimplantationsablagerungsverfahren zur Verschleißminderung zu
betreffen.
-
In
der Veröffentlichung
Nr. XP002273645 von ANTEC 1996 Kunststoffe, Band 1, Verarbeitung, Gesellschaft
von Kunststoffingenieuren, mit dem Titel „Effects Of Gate Design On
The Processing Latitude Of Engineering Thermoplastics" beschreibt der Autor ein
Experiment unter Verwendung drei verschiedener Anguss- bzw. Anschnitttypen
(Vorkammer, mit rechtwinklig abgelenktem Anguss und Tunnelanschnitt) um Übereinstimmung
des Teilegewichts zu maximieren.
-
In „Oberflächenfehler
an thermoplastischen Spritzgießteilen", Teil 1, „Plastverarbeiter", Zechner und Hüthig Verlag
GmbH, Speyer/Rhein, De, Band 46 Nr. 4, 1. April 1995 (1995-04-01)
Seiten 92, 95-97, XP 000510880 ISSN: 0032-1338 und Teil 2, Band
46, Nr. 5, 01. Mai 1995 (1995-05-01) Seiten 24, 26-28, XP000504734 ISSN:
0032-1338, von Theinel, P. et al, beschreiben die Autoren Oberflächendefekte
von spritzgegossenen Teile und die Bedeutung der Angussgestaltung.
-
Schließlich beschreib
Wheeler in „Metallic Pigments
in Polymers" 1.
September 1999 (1999-09-01) RAPRA, London, XP002273646 die Formwerkzeuggestaltung
für metallische
Pigmente und erwähnt
die begrenzten Möglichkeiten,
vorhandene Werkzeuge zu modifizieren und dass eine Vielzahl von
Angussstellen eine Vielzahl von frontalen Zusammenflusslinien bedeutet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgießverfahren
bereitzustellen, welches die schnelle und kostengünstige Änderungen
der Anschnittgestaltung erleichtert, sowie eine kostengünstige Massenproduktion
von spritzgegossenen Automobilteilen aus thermoplastischem Material
mit einem metallischen Erscheinungsbild ermöglicht.
-
Andere
Vorzüge
der vorliegenden Erfindung werden einfach erkannt, da diese unter
Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen verständlich wird. In den Zeichnungen
zeigen:
-
1 eine
perspektivische Darstellung einer Spritzgießvorrichtung eines Zufuhrsystems,
wobei die Form und das Zufuhrsystem teilweise aufgebrochen dargestellt
sind;
-
2 eine
Draufsicht auf einen spritzgegossenen Artikel, die auch den Anguss
zeigt; und
-
3 eine
seitliche Schnittansicht eines ähnlichen
Ausführungsbeispiels
der Erfindung, die die Form und das Zufuhrsystem entlang einer vertikalen
Ebene durch den Angussverteiler und den Anguss zeigt.
-
Unter
Bezugnahme auf die Figuren, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder einander entsprechende Teile in verschiedenen Ansichten bezeichnen,
ist eine Spritzgießvorrichtung
mit 10 bezeichnet. Die Spritzgießvorrichtung 10 umfasst
erste und zweite Formabschnitte 12, 14, die einen
Formhohlraum 16 definieren. Das Materialzufuhrsystem 18 umfasst
ein langgestrecktes Angussteil 20, das mit dem Formhohlraum 16 kommuniziert.
Das Zufuhrsystem 18 umfasst einen Angussverteiler 22,
der mit dem Angussteil 20 kommuniziert.
-
Nachstehend
wird die Erfindung detailliert beschrieben. Vorzugsweise sind das
Angussteil 20 und das Angussverteilerteil 22 durch
zwei Austauschbare Elemente 41, 42 definiert,
welche von den ersten und zweiten Formabschnitten 12, 14 trennbar
sind und Ausnehmungen 50, 60 in fester aber entfernbarer
Art und Weise mittels bekannter Bolzen, Schrauben oder dergleichen
(nicht gezeigt) belegen. Gleichwohl können in anderen Ausführungsbeispielen
das Angussteil 20 und das Angussverteilerteil 22 durch
nur ein separates Element (d.h., nur ein austauschbares Element)
eines der Formabschnitte 12, 14 definiert sein.
-
Ausgehend
von dem stromaufwärts
entfernt angeordnetsten Punkt in dem Zufuhrsystem 18 der Formabschnitte 12, 14 umfasst
das Zufuhrsystem zunächst einen
Einlauf 28. Der Einlauf 28 versorgt das Angußverteilerteil 22 mit
geschmolzenem Kunststoff und insbesondere mit einer thermoplastischen
Zusammensetzung. Alternativ kann der Einlauf 28 direkt
das Angussteil 20 bedienen, ohne Verwendung eines Angussverteilerteils 22.
Diese Diskussion befasst sich nicht mit Spritzgießelementen
stromaufwärts
des Einlaufs 28 in den Formabschnitten 12, 14. Solche
Elemente können
beispielsweise umfassen eine Heißkanalverteiler und zugehörige Düsen, etc. Die
exakte Art und Weise, in welcher das geschmolzene Material an dem
Angussteil 20 angelangt, ist für die vorliegende Erfindung
nicht wichtig; jedenfalls sind dem Fachmann verschiedenste Mittel
zur Zufuhr von geschmolzenem Kunststoff bekannt. Auch der Begriff „Zufuhrsystem" umfasst zahlreiche
Ausführungsbeispiele.
Das Zufuhrsystem 18 kann Heizelemente oder sogar ein Heißkanaluntersystem
umfassen. Alternativ kann das Zufuhrsystem 18 einfach nur eine
Kaltkanalanordnung umfassen.
-
Das
Angussverteilerteil 22 erstreckt sich horizontal und stromabwärts des
Einlaufs 28. Das Angussverteilerteil 22 hat zwei
Hauptabschnitte 22a und 22b. Der zweite Abschnitt 22b stellt
die Verbindung mit dem Einlauf 28 her und transportiert
geschmolzenes Material von dem Einlauf 28 weg in den ersten
Abschnitt 22a. Der zweite Abschnitt 22b des Angussverteilerteils 22 erstreckt
sich in Richtung des Formhohlraums 16, im Allgemeinen Senkrecht
zu dem Formhohlraum 16, wie dies in 1 gezeigt
ist. Der erste Abschnitt 22a des Angussverteilerteils 22 erstreckt
sich mehr oder weniger parallel zum Rand des Formhohlraums 16,
so dass sich der erste Abschnitt 22a etwa senkrecht zu
dem zweiten Abschnitt 22b erstreckt. Der erste Abschnitt 22a ist über seine Länge geöffnet, um
Material über
seine ganze Länge dem
Angussteil 20 zuzuführen.
Wie dies in 2 gezeigt ist, ist der erste
Abschnitt 22a des Angussverteilerteils 22 auswärts in Richtung
auf das Angussteil 20 geöffnet oder abgeschrägt.
-
Vorzugsweise
umfasst das Angussverteilerteil 22 wenigstens einen, vorzugsweise
zwei, Kaltstopfen 36 zum Einfangen und Speichern von nicht geschmolzenen
Materialstücken,
die durch die Angusskanäle
transportiert werden.
-
Das
nächste
Element stromabwärts
des Angussverteilerteils ist das Angussteil 20. Wie zuvor
erwähnt,
erstreckt sich das Angussteil 20 über einen signifikanten Teil
des Randes des Formhohlraums 16. Aus diesem Grund wird
das Angussteil 20 manchmal als Seitenanschnitt bezeichnet.
Wie dies in 3 gezeigt ist, wird an dem Angussteil 20 eine Öffnung 38 definiert.
Mit anderen Worten, das Angussteil 20 ist kleiner oder
enger in den Abmessungen als der erste Abschnitt 22a des
Angussverteilerteils 22. Das Angussverteilerteil 22 ist
in seinen Dimensionen abwärts
in Richtung auf das Angussteil 20 abgeschrägt. Versuche
mit Solvay Engineered Products' Engineered
Polymers' Sequel
1440 aus der Gruppe der thermoplastischen Olefine (TPO) verwendeten
eine Dicke der Öffnung 38 zwischen
den Formabschnitten 12, 14 in der Größenordnung
von 0,010" der Nenndicke
des Erzeugnisses, insbesondere zwischen 0,010" und 0,060" und insbesondere bevorzugt in der Größenordnung
zwischen 0,030" bis
0,050" und in jedem
0,001" Inkrement
dazwischen. Die Länge
der Öffnung 38 in
Bezug auf die zuvor erwähnte
Dicke beträgt
vorzugsweise in der Größenordnung
von 0,040" bezogen
auf die Nenndicke des Erzeugnisses, insbesondere zwischen 0,0250" und 10,0" und insbesondere
zwischen 0,50" und
1,0" in jedem 0,001" Inkrement dazwischen.
-
In
Betrieb schließen
die Formabschnitte 12, 14 um den Formhohlraum 16,
um das Zufuhrsystem 18 zu definieren. Anschließend veranlasst
der Bediener den Zufluss von geschmolzenem Kunststoff, vorzugsweise
aus einer ersten thermoplastischen Zusammensetzung, in das Zufuhrsystem 18 in
den Einlauf 28. Das Material bewegt sich durch den Einlauf 28 in
das Angussverteilerteil 22 und die Angusskanäle leiten
das Material in das Angussteil 20. Das Material aus dem
Angussverteilerteil 22 wird anfänglich durch die kleineren
Abmessungen des Anschnitts daran gehindert, in den Formhohlraum 16 zu
fließen und
beginnt stromaufwärts
des Angusses 20 miteinander zu verlaufen und sich zu vermischen.
Das Verlaufen und Mischen des Materials setzt sich in dem Anguss 20 fort,
wenn sich dieses in den Formhohlraum bewegt, wenn das Zufuhrsystem
entlang des Angusses mit Material gefüllt ist. Nicht aufgeschmolzene
Materialstücke
oder andere Verunreinigungen in Form von ungeschmolzenen Partikeln
werden in den Kaltstopfen 38 gefangen und zurückgehalten. Wenn
der Formhohlraum 16 gefüllt
ist, kann das Material abkühlen
und aushärten.
-
Anschließend können die
Formabschnitte 12, 14 getrennt werden und der
geformte Artikel kann entnommen werden.
-
Nachdem
das Spritzgießen
des Erzeugnisses mit einem ersten thermoplastischen Material erfolgt
ist, werden die Formabschnitte 12 und 14 getrennt
und die austauschbaren Elemente 41, 42 aus deren
Ausnehmungen 50, 52 entfernt. Anschließend werden
neue austauschbare Elemente, die einer annehmbaren Angussgestaltung
für ein
zweites Kunststoffmaterial entsprechen, in die Ausnehmungen 50, 52 eingesetzt
und an den Formabschnitten 12, 14 in ähnlicher
Art und Weise wie die austauschbaren Elemente 41, 42 befestigt.
Es sollte klar sein, dass jedes Kunststoffmaterial eigene austauschbare
Elemente haben kann, um dessen eigene Angussgestaltung 14 zu
definieren wie dies zur Herstellung akzeptabler Erzeugnisse erforderlich
ist. Wenn einmal die Austauschformelemente 41, 42 innerhalb
der Ausnehmungen 50, 52 der Formabschnitte 12 und 14 befestigt
wurden, ist die Vorrichtung 10 zur Verarbeitung eines zweiten
Kunststoffmaterials bereit.
-
Die
Erfindung wurde zuvor in anschaulicher Art und Weise beschrieben,
diese ist jedoch so zu verstehen, dass die verwendete Terminologie
eher beschreibend als beschränkend
sein soll.
-
Es
sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden
Erfindung im Lichte der zuvor beschriebenen Lehre möglich. Es
sollte deshalb innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche zu verstehen sein, dass
die Erfindung anders als speziell beschrieben ausgeübt werden
kann. Darüber
hinaus sind die Bezugszeichen nur der Einfachheit halber vorgesehen
und beabsichtigen nicht, die Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken.