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Die
Erfindung betrifft das Gebiet des Kunststoffdruckgusses und insbesondere
den Kunststoffdruckguss mit Gasunterstützung sowie die Bildung von
Hohlrippenelementen in Kunststoffdruckguss-Teilen.
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Im
Gebiet des Kunststoffdruckgusses umfassen die üblichen Herausforderungen,
mit denen der Entwurfsingenieur konfrontiert wird, den Entwurf eines
Gegenstandes mit der erforderlichen Festigkeit für die Produktanwendung und
mit einem zufrieden stellenden Oberflächenaussehen sowie die Vermeidung
eines übermäßigen Gewichts,
von Oberflächenverwerfungen
und einer hohen Zykluszeit. An flachen oder dünnen Produkte werden typischerweise
ein oder mehr Rippenelemente vorgesehen, um den gegossenen Gegenstand
relativ fest zu machen und ihn zu strukturieren. Die Rippenelemente
sind typischerweise dicker als der gegossene Gegenstand, wodurch
das Gewicht, der Materialverbrauch und die Zykluszeit des Gegenstandes
erhöht
werden, außerdem
werden auf Grund eines Wärmegradienten
im Bereich des verdickten Abschnitts Einfallstellen oder andere
Oberflächendefekte
erzeugt.
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Im
Gebiet des Kunststoffdruckgusses ist es bekannt, mit Druck beaufschlagtes
Gas wie etwa Stickstoff zu verwenden, um Gegenstände mittels Kunststoffdruckgusses
herzustellen. Das mit Druck beaufschlagte Gas dient mehreren Zwecken.
Das Gas ermöglicht,
dass der Gegenstand oder die Rippenstruktur hohle Innenabschnitte
erhält,
die zur Einsparung von Gewicht und Material beitragen, wodurch die
Kosten gesenkt werden. Das mit Druck beaufschlagte Gas übt außerdem einen
nach außen
gerichteten Druck aus, der den Kunststoff gegen die Gießformoberflächen drängt, wenn
der Gegenstand härtet.
Dies trägt
zu einer besseren Oberfläche
des gegossenen Gegenstandes bei, außerdem wer den dadurch Einfallstellen
und andere Oberflächendefekte
verringert oder beseitigt. Die Verwendung von mit Druck beaufschlagtem
Gas reduziert außerdem
die Zykluszeit, da das Gas in das am stärksten flüssige Innenvolumen des Kunststoffs
eingeleitet wird und/oder dorthin migriert, wodurch der Kunststoff
in jenen Bereichen, der andernfalls einen verlängerten Abkühlzyklus erfordern würde, durch
das Gas ersetzt wird. Der Druck des Gases, der den Kunststoff gegen die
Gießformoberflächen drängt, erhöht die Kühlungswirkung
der Gießform
auf das Teil, wodurch das Teil schneller härtet und die Gesamtzykluszeit
verkürzt
wird.
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Wenn
die Rippenelemente oder andere Abschnitte des Gegenstandes, in die
das Gas eingeleitet wird, verlängert
werden, ist es oftmals schwierig, einen zufrieden stellenden gegossenen
Gegenstand zu erhalten. Falls beispielsweise der Druck des Gases
zu hoch ist, wenn das Gas in den Gießformhohlraum eintritt, besteht
die Gefahr, dass der Kunststoff in dem Gießformhohlraum bricht oder dass
es aus dem Kunststoff ausgeblasen wird, so dass das Gas nicht mehr
in dem Kunststoff enthalten ist. Außerdem ist es oftmals schwierig,
dass das Gas über
die gesamte Länge
eines länglichen,
dickeren Kunststoffabschnitts migriert, wodurch ein Produkt mit
einer ungleichmäßigen Dicke
und einem ungleichmäßigen Abkühlzyklus
geschaffen wird.
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Aus
dem Patent
US 5.098.637 ist
ein Verfahren bekannt, das entwickelt worden ist, um die oben genannten
Probleme zu beseitigen. In diesem Verfahren wird an einem Ende des
gegossenen Teils oder eines länglichen
Rippenelements ein zweiter Hohlraum (a/k/a-"Überlauf"-Hohlraum) vorgesehen, um
den stärker
flüssigen
Kunststoff, der aus dem Gegenstand oder dem Rippenelement durch
das mit Druck beaufschlagte Gas gedrängt wird, zu sammeln und aufzunehmen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren für einen
Druckguss mit Gasunterstützung
sowie ein System für
die Ausführung
dieses Verfahrens zu schaffen, um Kunststoffdruckguss-Gegenstände mit
Strukturrippenelementen herzustellen, ohne dass Überlaufhohlräume benötigt werden und/oder
ohne dass überschüssiger Kunststoff
aus dem Gießformhohlraum
nach dem Gießvorgang
aufgefangen und wieder gemahlen werden muss.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein System für
die Ausführung
eines Kunststoffdruckgusses von Gegenständen nach Anspruch 1 bzw. durch
ein Verfahren für
die Ausführung
eines Kunststoffdruckgusses von Gegenständen nach Anspruch 7. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß sind in
dem Gießformhohlraum
ein oder mehrere bewegliche Einsetzelemente vorgesehen. Die Einsetzelemente
befinden sich insbesondere an den Enden länglicher Rippenelemente, in
die mit Druck beaufschlagtes Gas eingeleitet werden soll, um darin
hohle Abschnitte zu schaffen. Die Einsetzelemente werden durch Feder- oder andere Vorbelastungselemente
oder -mechanismen gehalten, die durch die Kraft des Kunststoffs und
des mit Druck beaufschlagten Gases überwunden werden können, wenn
das Gas in die Rippenelemente eingeleitet wird.
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Nachdem
der Kunststoff (Harz) in den Gießformhohlraum eingespritzt
worden ist, wird in ein Ende der Rippenelemente mit Druck beaufschlagtes Gas
eingeleitet. Da in den Rippenelementen der Gaskanal ausgebildet
wird und der in der Mitte der Rippenelemente vorhandene flüssige Kunststoff längs der
Rippenelemente und aus den gegenüberliegenden
Enden gedrängt
wird, kann die Feder- oder Vorbelastungskraft der Einsetzelemente überwunden werden.
Wenn sich die Einsetzelemente zurückziehen, füllt der Kunst stoff den den
Gegenstand definierenden Gießformhohlraum
vollständig
aus. Der verdrängte
Kunststoff fließt
in den Bereich, den vorher das Einsetzelement eingenommen hatte,
wodurch eine zusätzliche
Rippe oder ein zusätzliches
Teil des gegossenen Gegenstandes erzeugt wird.
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Das
Einsetzelement kann in seiner Anfangsposition durch Federspannung,
Druckzylinder, Dämpfungsmechanismen
und dergleichen gehalten werden. Diese Zug- oder Vorbelastungsmechanismen
schaffen eine ausreichende Vorbelastungskraft, die der Kraft widersteht,
die durch den Druck in der Gießform
durch das Einspritzen des Kunststoffs erzeugt wird. Dadurch wird
die Nennwanddicke des gegossenen Gegenstandes über die gesamte Gießform hinweg
mit Ausnahme des dickeren Abschnitts der Rippenelemente aufrechterhalten.
Sobald der Hohlraum gefüllt
ist, wird an dem Ende der Rippe gegenüber den Einsetzelementen das
mit Druck beaufschlagte Gas eingeleitet. Das Harz, das aus den Rippenelementen
gedrängt
wird, überwindet
die Vorbelastungskraft der Einsetzelemente.
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Wenn
ein zusätzlicher
Verdichtungsdruck des Harzes oder des Gegenstandes erforderlich
ist (beispielsweise für
zusätzliche
Gießteilmerkmale), können die
Einsetzelemente an ihrer Position unter Verwendung eines äußeren Verriegelungsmechanismus,
etwa eines Druckluft-, Hydraulik- oder
Elektromechanismus fixiert werden. Das Einsetzelement kann dann
unter Verwendung verschiedener Vorrichtungen wie etwa Positionssensoren,
Hohlraumdrucksensoren, Zeitgebern oder dergleichen freigegeben werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen
Bezug nimmt; es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht
eines herkömmlichen
Kunststoffdruckgusssystems;
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2 eine schematische Ansicht
einer Gießform
eines herkömmlichen
gasunterstützten Kunststoffdruckgusssystems
sowie eines Gegenstandes, der damit gegossen worden ist;
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3 eine perspektivische Ansicht
eines gegossenen Teils oder Gegenstandes gemäß der Erfindung;
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4 eine Querschnittsansicht
eines Strukturrippenelements an einem Teil, das gemäß der Erfindung
hergestellt worden ist, wobei der Querschnitt längs der Linie 4-4 in 3 und in Richtung der Pfeile verläuft;
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5 eine Querschnittsansicht
einer Gießform
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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6 eine Teilschnittansicht
eines Einsetzelements gemäß der Erfindung;
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7 eine weitere Ansicht eines
Einsetzelements der Erfindung in Richtung der Pfeile 7-7 in 6;
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8 eine weitere Ansicht des
Einsetzelements und eines Mechanismus nach 7, wobei das Einsetzelement in Reaktion
auf die Einleitung von Gas in ein Rippenelement verlagert worden
ist;
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9 einen Ablaufplan zur Erläuterung
der grundlegenden Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung; und
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10 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung eines
Verriegelungmechanismus für
ein Einsetzelement.
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Das
erfindungsgemäße System
und das erfindungsgemäße Verfahren
sind vor allem für
die Herstellung von Hohlrippenstrukturen für die Strukturverstärkung von
verzierenden oder nicht verzierenden Verkleidungskomponenten und
Platten unter Verwendung eines gasunterstützten Kunststoffdruckgusses
geeignet.
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In 1 ist ein herkömmliches
Kunststoffdruckgusssystem 20 gezeigt. Das System 20 umfasst
eine Druckgussmaschine 22, eine Gießform 24 und eine
Gasquelle 26 für
den gasunterstützten Druckguss.
Wie im Gebiet des Druckgusses wohl bekannt ist, besitzt die Druckgussmaschine 22 einen Trichter 28,
durch den der Maschine Kunststoffpellets zugeführt werden. Die Druckgussmaschine
enthält einen
Mechanismus, der den Kunststoff schmilzt, sowie einen (nicht gezeigten)
schraubenartigen Stößel im Körper der
Maschine. Der geschmolzene Kunststoff wird durch eine Düse 30 in
die Gießform 24 eingeleitet.
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Die
Gießform 24 besitzt
zwei Gießformhälften (24A und 24B).
Die beiden Gießformhälften sind mit
Traversen 32 und 34 verbunden, die sich voneinander
entfernen und einander annähern
können.
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Das
bei dem Druckguss verwendete Gas ist typischerweise ein Inertgas
wie etwa Stickstoff, das von einem (nicht gezeigten) Vorratsbehälter oder -system
einer Gaseinleitungs-Steuereinheit 26 zugeführt wird.
Die Steuereinheit 26 reguliert die Gasströmung durch
eine Leitung 26 oder dergleichen in die Gießform 24.
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Die
Vorbelastungskraft oder die Federspannung, die das Einsetzelement
festhält,
sollte vorzugsweise so hoch sein, dass sie einem Druck von 1000 bis
1380 kPa (150-200 psi) widersteht.
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Selbstverständlich kann
die Erfindung mit jeder anderen Kunststoffdruckgussmaschine 22,
jeder anderen Gasunterstützungs-Steuereinheit 26 und
im Prinzip mit jedem anderen Typ von Gießform 24 verwendet
werden. In 2 ist eine
schematische Darstellung einer repräsentativen Gießform 24 gezeigt.
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Zwischen
den zwei Gießformhälften 24A und 24B ist
ein Gegenstandsformungshohlraum 40 vorgesehen. Der Kunststoff 42 wird
durch die Maschinendüse 30 und
durch eine Buchse 44 in den Gießformhohlraum 40 eingeleitet.
Nachdem der gesamte Kunststoff oder ein wesentlicher Anteil des
Kunststoffs 42 in den Gießformhohlraum 40 eingeleitet worden
ist, wird von der Steuereinheit 26 Gas in den Gießformhohlraum
eingeleitet. Das Gas drängt
den Kunststoff in alle Abschnitte und gegen alle Oberflächen des
Gießformhohlraums 40 und
schafft einen hohlen Innenraum 46.
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Sobald
der Kunststoff 42 in der Gießform abgekühlt ist und sich verfestigt
hat, wird das Gas entlüftet,
woraufhin die Gießform
geöffnet
wird, um das Teil entnehmen zu können.
Es sind viele Mechanismen bekannt, um das Gas in der Gießform zu
entlüften,
wobei jedes herkömmliche
System und jedes herkömmliche
Verfahren verwendet werden können. Beispielsweise
kann das Gas durch die Leitung 36 zurück zu der Steuereinheit entlüftet werden,
kann die Düse 30 aus
der Buchse 44 zurückgezogen
werden, um einen "Eingussunterbrechung" zu erzeugen, oder
dergleichen. Die Entnahme von aus Kunststoff geformten Gegenständen aus
der Gießform
wird typischerweise durch einen oder mehrere (nicht gezeigte) Ausstoßstifte
unterstützt.
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Wie
oben erwähnt
worden ist, ist die Erfindung insbesondere für die Erzeugung von Kunststoffdruckguss-Verkleidungskomponenten
und -platten mit Rippenelementen geeignet. Ein repräsentativer Gegenstand
dieses Typs ist in 3 gezeigt
und allgemein mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Wie gezeigt
ist, besitzt der Gegenstand 50 im Vergleich zu seiner Breite
und seiner Länge
eine verhältnismäßig geringe
Dicke 52 und weist auf einer Oberfläche mehrere Rippenelemente 54 auf.
Die äußere Oberfläche 50A des
Gegenstandes 50 ist jene Oberfläche, die der Betrachtung ausgesetzt
ist, wenn das Teil in seiner geeigneten Umgebung verwendet wird
oder installiert ist. Der Gegenstand 50 könnte beispielsweise
ein Computergehäuse,
eine Platte für
eine Fahrtzeugtür
oder einen anderen Fahrzeuggegenstand oder dergleichen sein. Die
Rippenelemente 54 sind an der gegenüberliegenden Seite 50B vorgesehen
und im normalen Gebrauch des Gegenstandes 50 dem Blick
entzogen. Obwohl an dem Gegenstand 50 vier Rippenelemente 54 dargestellt
sind, kann jede beliebige Anzahl von Rippenelementen verwendet werden.
Die Rippenelemente schaffen insbesondere eine strukturelle Unterstützung des
plattenähnlichen
Gegenstandes 50.
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Da
die Rippenelemente 54 typischerweise dicker als die Breite
oder die Dicke des Gegenstandes 50 sind, werden gasunterstützte Druckgusstechniken
und Verfahren verwendet, um die Rippenelemente auszuhöhlen. Dadurch
wird die Dicke der Rippenelemente verringert, wodurch Materialkosten
eingespart werden, die Zykluszeiten verringert werden und Oberflächendefekte
wie etwa Einfallstellen auf der dem Blick ausgesetzten Oberfläche 50A minimiert
oder beseitigt werden.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Gas" hat die Bedeutung
jedes beliebigen Stoffs, der bei Normaltemperatur und Normaldruck
gasförmig
ist, etwa Stickstoff, Kohlendioxid und Luft. Vorzugsweise ist das
Gas ein Inertgas wie etwa Stickstoff oder Kohlendioxid. Das Gas
kann aus irgendeiner herkömmlichen
Quelle wie etwa einem Vorratsbehälter,
einer Flasche oder dergleichen stammen.
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In 4 ist ein Rippenelement 54 im
Querschnitt gezeigt. Der Gegenstand 50 besitzt eine bestimmte
Dicke 52, die eine bestimmte Kühlungs- und Zykluszeit erfordert.
Um die geforderte strukturelle Unterstützung zu schaffen, besitzt
das Rippenelement 54 typischerweise dickere Abschnitte,
etwa bei 54A. Um das Gewicht des Rippenelements 54 zu verringern
und seine Dicke zu reduzieren, wird in dem Rippenelement durch Einführen des
mit Druck beaufschlagten Gases ein Kanal 56 geschaffen.
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Obwohl
das Druckgusssystem so gezeigt ist, dass es ein einziges Buchsenelement 44 verwendet, das
zwischen der Düse 30 der
Druckgussmaschine 22 und der Gießform 24 angeordnet
ist, kann selbstverständlich
jedes herkömmliche
System für
den Druckguss verwendet werden, um den geschmolzenen Kunststoff
von der Düse 30 zu
dem Gießformhohlraum 40 zu
liefern. Beispielsweise können
ein Heißkanaldüsensystem,
ein Verteiler und mehrere Buchsen verwendet werden.
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In 5 ist ein repräsentatives
Gießformungssystem
gezeigt, in dem die Erfindung zur Anwendung kommt. Weitere Einzelheiten
dieser Ausführungsform
sind in den 6 bis 8 gezeigt. Die grundlegenden
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in 9 dargestellt.
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Die
Erfindung kann mit allen Kunststofftypen verwendet werden, insbesondere
mit thermoplastischen Werkstoffen, die im Allgemeinen mittels Druckguss
verarbeitet werden. Diese Werkstoffe können beispielsweise Polyethylen
mit niedriger oder hoher Dichte, Polyurethan, Polypropylen, Polystyrol,
Acrylnitril-Butadien-Styrolharz (ABS-Harz), SAN-Harz, Polyvinylchlorid,
Polymethylmetacrylat und dergleichen sein. Werkstoffe wie etwa Polycarbonat,
Polyester, Acetyl, Polyacetyl und Nylon können ebenfalls verwendet werden,
ebenso wie Ethylencopolymere, etwa Ethylenvinylacetat-Copolymer,
Ethylenethylacrylat-Copolymer und dergleichen. Ferner kann jedes
dieser Harze Füllstoffe
wie etwa Glasfasern, pulverisiertes Glas, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Talg,
Mika und dergleichen enthalten.
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Gemäß der Erfindung
wird geschmolzener Kunststoff von einer Maschinendüse 30 in
eine Buchse 44 und in einen Gießformhohlraum 60 einer
Gießform 62 eingespritzt.
Die beiden Gießformhälften 62A und 62B sind
so beschaffen, dass sie längs
einer Teilungslinie 64 getrennt werden können, damit der
geformte Kunststoffartikel entnommen werden kann. Ein Gas, das durch
eine Gassteuereinheit 26 reguliert wird, wird durch eine
Leitung 36 in ein Ende 66A des Rippenelements 66 an
dem in dem Gießformhohlraum 60 geformten
Kunststoffgegenstand 68 eingeleitet. In dem Gießformhohlraum 60 ist
außerdem
ein bewegliches Einsetzelement 70 vorgesehen, das in der
Weise positioniert ist, dass es sich an dem gegenüberliegenden
Ende 66B des Rippenelements 66 befindet. In das
Rippenelement 66 wird mit Druck beaufschlagtes Gas eingeleitet,
um einen Kanal 72 im Querschnitt im Wesentlichen mittig
und über
seine gesamte Länge
zu bilden.
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Das
Gas wird in das in der Gießform
vorhandene Harz mit einem Druck eingeleitet, der höher als der
Kunststoffeinspritzdruck, typischerweise viel höher, ist. Beispielsweise könnte der
Kunststoffeinspritzdruck 689-1379 kPa betragen, während der
Gaseinleitungsdruck 6895-1342 kPa beträgt, wenn der Kunststoff beispielsweise
Polypropylen ist, oder 20684-48263 kPa beträgt, wenn beispielsweise Harze
mit industrieller Qualität
verwendet werden. Im Allgemeinen sollte der Druck des Gases ausreichen, um
an dem Kunststoffteil eine kommerziell akzeptable Oberfläche und
ein kommerziell akzeptables Aussehen zu schaffen.
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Die
Einsetzelemente 70 werden in dem Gießformhohlraum durch einen Vorbelastungs-
oder Zugmechanismus 80 festgehalten. Hierzu ist das Einsetzelement 70,
wie in den 7 und 8 gezeigt ist, lang gestreckt,
wobei auf seiner Länge
zahlreiche Vorbelastungsmechanismen 80 vorgesehen sind. Eine
Vorbelastungskraft wird durch den Vorbelastungsmechanismus 80 wie
etwa durch ein Schraubenfederelement 82 wie in den 6-8 gezeigt erzeugt. Ein Federelement 82 erzeugt
gegenüber
dem Einsetzelement 70 eine Vorbelastungskraft, die der Kraft
des Kunststoffs 68 widerstehen kann, wenn dieser in den
Gießformhohlraum 60 eingespritzt
wird.
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Die
Vorbelastungskraft oder Federspannung, die das Einsetzelement festhält, sollte
vorzugsweise ausreichen, um einem Druck von 1034-1379 kPa (150-200
psi) zu widerstehen.
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Selbstverständlich kann
jeder Typ eines Vorbelastungs-, Zug- oder Krafterzeugungselements oder
-mechanismus verwendet werden, um die Einsetzelemente festzuhalten.
Beispielsweise kann statt der Schraubenfederelemente 82 ein
Gas- oder Luftzylinder verwendet werden, ebenso könnte ein Dämpfungsmechanismus
irgendeines Typs verwendet werden. Das Vorbelastungselement übt auf das Einsetzelement
eine ausreichende Kraft oder Last aus, um der Kraft zu widerstehen,
die durch den Druck in dem Gießformhohlraum
während
des Einspritzens des Kunststoffs erzeugt wird. Dadurch wird die
Nennwanddicke des Gegenstandes 68 über die gesamte Fließlänge mit
Ausnahme des dickeren Abschnitts des Rippenelements 66 aufrechterhalten.
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Wie
in den 7 und 8 gezeigt ist, wird durch
das Einleiten des mit Druck beaufschlagten Gases in das Rippenelement 66 in
dem Rippenelement ein Kanal 72 gebildet, wodurch außerdem der Kunststoff
gegen das Einsetzelement gedrängt
wird und dieses nach unten in Richtung des Pfeils 84 in 8 bewegt wird. Der zusätzliche
Raum, der in dem Gießformhohlraum
durch die Bewegung des Einsetzelements gebildet wird, wird mit geschmolzenem
Kunststoff gefüllt,
der aus dem Rippenelement gedrängt
wird. Der zusätzliche
Kunststoff bildet ein zusätzliches
Rippenelement 90 in der Nähe des Endes des nun hohlen
Rippenelements 66. Weitere Rippenelemente dieses Typs sind
in 3 gezeigt und mit
dem Bezugszeichen 90' bezeichnet.
Die zusätzlichen
Rippenelemente 90' sind
am Ende der Rippenelemente 54 angeordnet und können einen
zusätzlichen
Halt und eine strukturelle Stabilität für den Gegenstand 52 schaffen.
In Abhängigkeit
von der Menge des verdrängten
Kunststoffs und von dem Gaseinleitungsdruck kann in einigen oder
in allen Rippenelementen 90 auch ein Gaskanal – und somit
eine Hohlstruktur – ausgebildet
werden.
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Obwohl
die Erfindung hauptsächlich
auf die Bildung struktureller Rippenelemente an Kunststoffdruckguss-Gegenständen wie
etwa Verkleidungskomponenten oder -platten gerichtet ist, ist es
auch möglich,
die Erfindung für
die Erzeugung oder Bereitstellung anderer Abschnitte von Gegenständen, die für eine geeignete
Gießformung
notwendig sind, zu verwenden. Beispielsweise ist es oftmals notwendig, gegossene
Abschnitte an einem Gegenstand vorzusehen, um Unterschnitte und
dergleichen zu verhindern und somit die Produktion von Gießformen
zu unterstützen,
die einfacher geöffnet
und geschlossen werden können
und eine Entnahme und ein Auswerfen der Teile zulassen.
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Die
Dicke des zusätzlichen
Rippenelements 90 sollte (im Hinblick auf minimale Zykluszeiten)
nicht größer als
die maximale Dicke irgendeines anderen Teils des gegossenen Gegenstands
sein. Vorzugsweise besitzt das Rippenelement 90 eine maximale Dicke,
die wenigstens 10 % geringer als die maximale Dicke des Gegenstandes
ist. Um sicherzustellen, dass Größe und Dicke
des zusätzlichen
Abschnitts oder Rippenelements 90 innerhalb vorgegebener Grenzen
bleiben, kann ein (nicht gezeigtes) Anschlagelement verwendet werden,
um die Bewegung des Einsetzelements 70 zu begrenzen.
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Obwohl
der an dem gegossenen Gegenstand durch Verlagerung des Einsetzelements
geformte Abschnitt hier als Rippenelement bezeichnet wird, kann
der Abschnitt selbstverständlich
irgendeine Form und Größe haben,
um dem Gegenstand im Wesentlichen jede denkbare Struktur zu verleihen, beispielsweise
einen Höcker,
ein Einrastelement und dergleichen. Der Abschnitt kann auch dazu
verwendet werden, dem Gegenstand eine zusätzliche Festigkeit zu verleihen.
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Die
Größe, die
Form und das Volumen des Einsetzelements und des resultierenden
zusätzlichen
Abschnitts, der an dem Gegenstand ausgebildet ist, sollten im Voraus
bestimmt sein, so dass der gesamte aus dem Rippenelement ausgestoßene Kunststoff
verwendet werden kann. Ebenso sollte die Größe des zusätzlichen Abschnitts ausreichend
groß sein,
um die Volumendifferenzen des Kunststoffs von einem Einspritzvorgang
zum nächsten
(d. h. von einem Zyklus zum nächsten)
auszugleichen. Der Vorbelastungsmechanismus 80 sollte solche
volumetrischen Differenzen zulassen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist es möglich,
das Gas in das Rippenelement 66 an einer Stelle zwischen
den Enden 66A und 66B einzuleiten. In einer solchen
Ausführungsform
ist es auch möglich,
die Einsetzelemente an beiden Enden eines Rippenelements anzuordnen
und dort zusätzliche
Gegenstandsabschnitte auszubilden.
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Die
grundlegenden Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in dem
Ablaufplan von 9 angegeben.
Das grundlegende Verfahren ist allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet.
In einem ersten Schritt wird der Kunststoff in den Gießformhohlraum
der Gießform
eingespritzt. Dies ist in 9 mit
dem Bezugszeichen 110 bezeichnet. Dieser erste Schritt
ist nach Auswahl der präzisen
Gießformhohlraum-Größe und -Form
abgeschlossen, wobei der Gießformhohlraum
in der Gießform
spanabhebend bearbeitet wird, das geeignete Heizkanaldüsen-System,
die geeignete Buchse und der geeignete Verteilermechanismus ausgewählt und
bereitgestellt werden, die erforderliche Größe der Druckgussmaschine ausgewählt wird,
der besondere Typ des Kunststoffs oder Harzwerkstoffs für den Gegenstand oder
das Teil ausgewählt
und bereitgestellt werden und die geeigneten Verarbeitungsparameter
wie etwa Zeit, Drücke,
Temperaturen und Zykluszeit bestimmt werden.
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Der
geschmolzene Kunststoff wird in den Gießformhohlraum durch die Druckgussmaschine eingespritzt,
bis der Gegenstandshohlraum nahezu vollständig oder vollständig mit
Kunststoff gefüllt
ist. Wenn ein zusätzlicher
Druck (Verdichtungsdruck) für den
Kunststoff für
zusätzliche
Gießformteil-Merkmale erforderlich
ist – was
nicht ungewöhnlich
ist -, wird der zusätzliche
Druck an diesem Punkt bereitgestellt. Dies ist in einem alternativen
Kasten mit dem Bezugszeichen 112 in 9 gezeigt. Um herbei zu verhindern, dass
das Einsetzelement während
der Prozedur der zusätzlichen
Druckbeaufschlagung oder Verdichtung verlagert oder bewegt wird,
werden die Einsetzelemente unter Verwendung eines externen Verriegelungsmechanismus 100,
der ein Keil, ein Stift oder dergleichen (Bezugszeichen 102,
siehe 5, 6 und 10)
sein kann, festgehalten oder verriegelt. Der Keil 102 befindet
sich in der Gießform
und wird an eine Position bewegt, in der er eine Bewegung des Einsetzelements 70 verhindert.
Der Keil 102 wird durch ein Aktivierungssystem 104 wie
etwa einen Druckluftmechanismus, einen Hydraulikmechanismus, einen
elektrischen Mechanismus oder einen mechanischen Mechanismus aktiviert
und unter Verwendung verschiedener Vorrichtungen wie etwa Positionssensoren,
Hohlraumdrucksensoren, Zeitgebern und dergleichen (nicht gezeigt)
in seine Position geführt
und dort entweder verriegelt oder freigegeben.
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Wenn
der Gießformhohlraum
mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt
oder nahezu gefüllt
ist, wird in eines oder mehrere der Rippenelemente das Gas eingeleitet.
Dies ist in 9 bei 120 angegeben.
Das Gas wird an einem Ende der Rippenelemente gegenüber den
Einsetzelementen während
einer vorgegebenen Dauer und mit einem vorgegebenen Druck eingeleitet.
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Der
geschmolzene Kunststoff wird aus dem Kern oder Innenraum der Rippenelemente
verdrängt, wodurch
der Druck auf die Einsetzelemente erhöht wird. Dieser Druck überwindet
die Vorbelastungskraft, die durch die Federmechanismen oder dergleichen
erzeugt wird, wodurch das Einsetzelement aus seiner Ruhestellung
gedrängt
wird und das verfügbare
Volumen des Hohlraums erhöht
wird. Dies ist in 9 bei
130 gezeigt. Der aus dem Rippenelement verdrängte Kunststoff fließt in den
Raum, der durch die Verlagerung des Einsetzelements gebildet wird. Der
Bewegungsbereich des Einsetzelements ist vorzugsweise vorgegeben,
um ein zusätzliches
Teil oder einen zusätzlichen
Abschnitt an dem Gegenstand mit einer bestimmten Größe, Form
und Länge
zu schaffen. Am Ende der Bewegung des Einsetzelements sind die Drücke auf
das Einsetzelement im Gleichgewicht, so dass der äußere Gasdruck über die
Rippenelemente auf das gegossene Teil einen Verdichtungsdruck zulässt.
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Falls
gewünscht,
kann ein zusätzlicher
Verdichtungsdruck durch Einleiten eines mit einem höheren Druck
beaufschlagten Gases geschaffen werden. Dies ist in 9 in einem alternativen Kasten, der mit
dem Bezugszeichen 132 bezeichnet ist, gezeigt.
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Sobald
der Gießformhohlraum
mit Kunststoff gefüllt
ist und der Gasunterstützungsprozess
abgeschlossen ist, kann der Kunststoffgegenstand in der Gießform abkühlen und
sich verfestigen. Dies ist in 9 bei 140 gezeigt.
Danach wird das Gas aus den Rippenelementen entlüftet, wie bei 150 gezeigt ist. Die
Entlüftung
des Gases aus den Rippenelementen kann in jeder üblichen Weise, die dem Fachmann
auf dem Gebiet wohlbekannt ist, vorgenommen werden. Ein Verfahren
ermöglicht
dem Gas beispielsweise, nach hinten durch das Ende der Rippenelemente, durch
das das Gas vorher eingeleitet worden ist, zu entweichen.
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In
dem letzten Schritt wird der geformte Kunststoffgegenstand aus dem
Gießformhohlraum entnommen,
wie in 9 bei 160 gezeigt
ist.
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Die
Rippenelemente, in die das Gas eingeleitet werden soll, sollten
so entworfen sein, dass ein Entweichen des Gases aus der Rippenstruktur
in die Nennwanddicke des Gegenstandes verhindert wird. Außerdem sollten
die Einsetzelemente so bemessen sein, dass die Volumenzunahme in
dem Gießformhohlraum
zu dem Volumen des Kunststoffs, der durch Einleiten des Gases in
die Rippenelemente verdrängt
wird, proportional ist. Erfindungsgemäß wird der Gießformhohlraum
um ein Volumen, das an einem vorgegebenen Punkt in dem Kunststoffdruckgussprozess
verfügbar
ist, vergrößert, um
dem geschmolzenen Kunststoff zu ermöglichen, aus dem Innenraum
der Rippenelemente durch das Einleiten des Gases zu entweichen.
Die Erfindung erfordert keinen sekundären Hohlraum außerhalb
des Gießformhohlraums,
um den verdrängten
Kunststoff aufzunehmen. Die Einsetzelemente gleichen die volumetrische Änderung
auf Grund der Harzviskositätsänderung,
die den Druckgussprozessen eigentümlich ist, aus.
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Erfindungsgemäß müssen Kunststoffvolumina
aus einem sekundären
Hohlraum nicht zurückgeführt oder
wieder gemahlen werden. Dadurch wird ein zusätzlicher Verarbeitungsschritt
beseitigt, der in bekannten Prozessen notwendig ist.
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Obwohl
die Erfindung oben mit Bezug auf die Bildung von Hohlrippenstrukturen
und Verkleidungskomponenten oder -platten beschrieben worden ist, kann
die Erfindung selbstverständlich
in anderen gasunterstützten
Druckgussprozessen verwendet werden.
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Obwohl
die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsformen beschrieben worden
ist, dienen die bestimmten Mechanismen, Prozesse und Prozeduren,
die beschrieben worden sind, selbstverständlich lediglich der Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung, wobei zahlreiche Abwandlungen an den
Verfahren und Vorrichtungen wie beschrieben vorgenommen werden können, ohne
vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der Erfindung, der durch die
beigefügten
Ansprüche
definiert ist, abzuweichen.