DE69320815T2

DE69320815T2 - Spritzgiessen von kunststoff unterstützt durch phasenweises zuführen von gas

Info

Publication number: DE69320815T2
Application number: DE69320815T
Authority: DE
Inventors: Terence Colwyn Nantwich Cheshire Cw5 5Rl Pearson
Original assignee: GAS INJECTION Ltd
Current assignee: Cinpres Gas Injection Ltd
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2013-06-17
Also published as: WO1993025367A1; DE69320815D1; EP0648157B1; EP0648157A1

Description

Erfindungsgebiet

Die Erfindung fällt in den Schutzbereich des Kunststoffspritzgießens und insbesondere des gasgestützten Spritzgießens.

Hintergrund der Erfindung

Im den vergangenen Jahren hat es mehrere Entwicklungen von Verfahren zum Injizieren eines Fluids, normalerweise gasförmig, in den geschmolzenen Kunststoff während des Spritzgießvorgangs, beim oder nach dem Eintreten des Kunststoffes in den Hohlraum der Spritzgußform, gegeben. Nach der Injektion in den Kunststoffstrom folgt das Gas dem Weg des geringsten Widerstandes, der in der Mitte des Kunststoffstroms liegt, wo der Kunststoff am heißesten und am wenigsten viskos ist, und bildet dadurch fortlaufende Kanäle oder Hohlprofile innerhalb des Kunststoffgußteils.
Die Aufgaben des Unterstützens des Formverfahrens und/oder die Verbesserung der Qualität der Gußteile durch Injektion von Gas in einen geschmolzenen Kunststoffstrom können einen oder mehrere der folgenden Punkte umfassen:
- Gewichtsreduktion durch Ersetzen von Kunststoffmaterial durch hohle Gaskanäle,
- Verringerung der Prozeßabkühlzeit durch Verringern des Wandquerschnitts des geschmolzenen Kunststoffs,
- Verringerung der eingegossenen Spannungen, wodurch die Tendenz verringert wird, daß sich die Gußteile nach dem Formen verwinden,
- Verringerung oder Beseitigung der Oberflächen-Einfallstellen als Ergebnis des Innendrucks, der vom Gas auf den Kunststoff ausgeübt wird,
- Möglichkeit des Kombinierens von dicken und dünnen Querschnitten innerhalb einer Gußteilkonstruktion einschließlich des Einschluß von Geweben, Kissen und anderen Konstruktionsmerkmalen, die nicht immer bei der Konstruktion herkömmlicher Spritzgußteile ausführbar sind,
- gleichförmigere Druckbeaufschlagung des Formteils beim Abkühlen und Festwerden des Kunststoffes, wodurch ein homogeneres Festwerden des Kunststoffes erzielt wird,
- Verbesserung des Strömungsweges des Kunststoffes in den Formhohlraum oder die Hohlräume durch Hinzufügen von dickeren Strömungskanälen innerhalb des Gußteils, die zu Hohlprofilen werden, nachdem der Kunststoffstrom beendet ist,
- Erzeugen dickerer Querschnitte, wie beispielsweise Handgriffen an Positionen, die vom Einguß oder Punkt des Kunststoffeintritts in den Formhohlraum oder die Hohlräume, entfernt sind.
Damit gasgestütztes Spritzgießen wirksam ist, ist es notwendig, die Gasinjektion in den geschmolzenen Kunststoff genau zu steuern, wobei besonders Bezug zu nehmen ist auf die Einstellung der Gasinjektion bezogen auf die Einstellung des Einspritzens des Kunststoffes in den Formhohlraum oder die Hohlräume. Es ist notwendig, den Druck im Gas ebenfalls bezogen auf den Druck im Kunststoff in der Form oder an einem Punkt, an dem das Gas in den Kunststoff injiziert wird, zu steuern.
Bei einigen Versionen des gasgestützten Spritzgießens wird das Gas in die Düse der Spritzgußmaschine injiziert, wenn der Kunststoff die Düsen passiert, bevor er in die Form ge spritzt wird. Bei anderen Verfahren wird das Gas entweder direkt in den oder die Hohlräume des Spritzgußartikels oder in die Kunststoffangüsse in Strömungsrichtung oberhalb des Punktes, an dem der Kunststoff in den oder die Hohlräume der Gußartikel eintritt, injiziert.
Bei einigen Verfahren wird das Gas in den Kunststoff in der Form in einen heißen Anguß oder eine heiße Kammer oder einen heißen oder kalten Angußkanal injiziert, die alle in Strömungsrichtung oberhalb der Materialangüsse in der Form und des Formhohlraums oder der Hohlräume liegen.
Während der Entwicklung des gasgestützten Spritzgießens hat es in den letzten zehn Jahren oder noch länger eine Anzahl von unterschiedlichen Methoden und Verfahren gegeben, für die Patente angemeldet und erteilt wurden. Deutlich zerfällt der veröffentlichte oder sonstige Stand der Technik in zwei Gruppen, die erste umfaßt Verfahren, bei denen Gas am Punkt der Gasinjektion in den Kunststoff injiziert wird, und die zweite Gruppe betrifft Verfahren, bei denen Gas entweder an der Spritzgußmaschine oder an der Form gesteuert abgegeben wird. Damit der Spritzgußvorgang erfolgreich ist, ist es notwendig, daß beide, das Verfahren zum Abgeben des Gases und das Verfahren zum Injizieren des Gases in den Kunststoff kompatibel sind.
Bei allen der vorstehenden Variationen der Verfahren und Positionen des Gaseintritts in den geschmolzenen Kunststoff ist es wichtig, daß der Zeitpunkt des Beginns der Gasinjektion genau, vereinbart mit und bezogen auf das Einspritzen des Kunststoffes und die Position des Kunststoffstroms während dem Füllen des Formhohlraums oder der Formhohlräume ist.
Wenn das Gas in den Formhohlraum oder die Hohlräume oder die Materialangüsse innerhalb der Form injiziert wird, ist es wichtig, daß die Gasinjektion nur nach solchen Punkten startet, die zum Zeitpunkt des Gaseintritts in die Form mit Kunststoff bedeckt sind, der in die Form fließt. Wenn die Gasinjektion anfängt, bevor der Kunststoff den Gaseintrittspunkt bedeckt, wird der Formhohlraum vorab durch Gas unter Druck gesetzt und es ist unwahrscheinlich, daß das Gas in den Kunststoff eintritt, was das Ziel des vorliegenden Spritzgußverfahrens ist. Auch wenn das Gas zu nahe am Führungsende des Kunststoffstroms in den geschmolzenen Kunststoff injiziert wird, kann das die Führungsschicht des Kunststoffstroms sprengen, wodurch Gasdruck aus dem Kunststoff freigegeben wird und konsequenterweise die Steuerung über die Unter-Druck-Setzung des Kunststoffes verloren geht. Wenn im Gegensatz hierzu die Gasinjektion zu lange verzögert wird, nachdem der Kunststoffstrom die Punkte der Gasinjektion passiert hat, wird das Verhältnis von Gas zu Kunststoff in den Formhohlräumen reduziert und das Hohlprofil wird im Kunststoff nicht auftreten oder sich nicht in die Nähe der Extremitäten des Kunststoffstroms innerhalb der Form ausbreiten.
Daraus folgt, daß es für den erfolgreichen Betrieb des Verfahrens wichtig ist, den Zeitpunkt des Beginns der Gasinjektion in den Kunststoffstrom in Relation zu der Position des Stroms zum Zeitpunkt der Gasinjektion präzise zu steuern. Es ist übliche Praxis gewesen, diese Zeitabstimmung durch die Verwendung eines oder mehrerer Zeitschalter zu beeinflussen, um den Beginn der Gasinjektion nach einer Zeitspanne zu steuern, nachdem mit dem Kunststoffeinspritzen der Spritzgußmaschine begonnen worden ist. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund Variationen der Viskosität und Temperatur des Kunststoffes und des hydraulischen Antriebsdruckes der Spritzgußmaschine vorhanden sind, kann die Einspritzgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Gasinjektion variieren.
Es ist daher wünschenswert und das Verfahren wird genauer zu steuern sein, wenn der Beginn der Gasinjektion aktiviert wird, wenn eine vorbestimmte Menge an Kunststoff in die Form geflossen ist. Dies kann durch das Ausgeben des Kunststoffes aus dem Spritzgießmaschinenzylinder während der Vorwärtsbewegung der Schnecke/des Kolbens im Zylinder präziser angezeigt werden, und daher durch die Position der Schnecke/des Kolbens bezogen auf den stationären Zylinder angezeigt werden. Als eine Ausführungsform dieser Erfindung können die präzise Position oder unterschiedliche Positionen der Schnecke/des Kolbens zum Zylinder vorbestimmt und vom Benutzer durch die Verwendung eines linearen Stellungsgebers angezeigt werden, der zwischen der Schnecke oder dem Kolben und dem Maschinenzylinder positioniert ist.
Die US-A-5118455 und EP-A-0310914 beziehen sich beide auf Spritzgießen von Kunststoffmaterial, offenbaren jedoch beide nicht den Ablauf der Phasen im Gaszyklus der Gasinjektionsunterstützung, die notwendig ist, um die Merkmale der vorliegenden Erfindung zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren und eine Ausrüstung zum Liefern von Gas an eine oder mehrere Positionen in einem Spritzgußwerkzeug, von denen aus Gas während des Spritzgießvorganges in den geschmolzenen Kunststoff injiziert werden kann. Das Verfahren der Lieferung basiert auf der genauen und variablen Drucksteuerung innerhalb genau zeitgesteuerter Phasen der Gaslieferung.
Anders als bei anderen bekannten Verfahren wird gemäß der Erfindung danach gestrebt, die Phasen zur Steuerung des Druckes und die Zeitschaltung klar zu definieren. Einige Verfahren basieren auf der Injektion einer vorbestimmten Menge oder eines vorbestimmten Volumens Gas durch Ausgeben desselben aus einem vorher gefüllten Gefäß mit variablem Volumen. Andere Verfahren basieren auf dem Ausgeben einer steuerbaren, variablen Menge Gas aus einem vorher gefüllten Gefäß mit feststehendem Volumen, und die Gasmenge wird durch Laden des Gefäßes mit einem gesteuerten Druck vorbestimmt, wodurch die Gasmenge im Gefäß vorbestimmt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum gasgestützten Spritzgießen mit den Schritten Zuführen von Gas zu einer oder mehreren Positionen in einem Spritzgußwerkzeug während des Formzyklus geschaffen, wobei der Formzyklus in Phasen unterteilt ist, deren Anfang und Ende jeweils gesteuert wird, damit das Gas in den geschmolzenen Kunststoff im Formhohlraum oder in Materialangüsse mit phasenbezogener Drucksteuerung injiziert werden kann, wobei die Phasen wie folgt sind:
Phase 1: Beginn des Einspritzens von Kunststoff in den Formhohlraum oder die Formhohlräume.
Phase 2: Freigeben von Gas in die Leitungen, die mit den Gasinjektionspunkten der Form verbunden sind, um am Punkt der Gasinjektion einen Druck unterhalb des Druckes des Kunststoffes zu erzeugen, wodurch verhindert wird, daß Gas in den Kunststoff injiziert wird.
Phase 3: Erhöhen des Gasdruckes mit einer variabel gesteuerten Steigerungsrate auf einen Maximaldruck oberhalb des Druckes des Kunststoffes am Punkt des Gaseintritts in den Kunststoff, wodurch ermöglicht wird, daß Gas in den geschmolzenen Kunststoff injiziert wird.
Phase 4: Aufrechterhalten des maximalen Gasdruckes für eine gesteuerte Zeitspanne während der Beendigung des Füllens des Formhohlraums oder der Formhohlräume mit Kunststoff und Gas.
Phase 5: Reduzieren des Gasdrucks auf ungefähr atmosphärischen Druck vor dem Öffnen der Form und Auswerfen des oder der Formartikel.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für das gasgestützte Spritzgießen von Kunststoff geschaffen mit einer Form, die einen Formhohlraum definiert, Mitteln zum Zuführen von Kunststoff in den Formhohlraum, Mitteln zum Zuführen von Gas zu einer oder mehr Positionen in dem Hohlraum oder in Angüssen, die zu dem Hohlraum führen, und Mitteln zum Steuern des Spritzgußzyklus in Phasen, wobei die Mittel so betrieben werden können, daß der Anfang und das Ende jeder Phase und der Gasdruck während jeder Phase gesteuert werden kann, wobei die Phasen wie folgt aufweisen:
Phase 1: Beginnen des Einspritzens des Kunststoffes in den Formhohlraum oder die Formhohlräume.
Phase 2: Freigeben von Gas in die Leitungen, die mit den Gasinjektionspunkten der Form verbunden sind, um am Punkt der Gasinjektion einen Druck unterhalb des Druckes des Kunststoffes zu erzeugen, wodurch verhindert wird, daß Gas in den Kunststoff injiziert wird.
Phase 3: Erhöhen des Gasdruckes mit einer variabel gesteuerten Steigerungsrate auf einen Maximaldruck oberhalb des Druckes des Kunststoffes am Punkt des Gaseintritts in den Kunststoff, wodurch es möglich wird, daß Gas in den geschmolzenen Kunststoff injiziert werden kann.
Phase 4: Aufrechterhalten des maximalen Gasdrucks für eine gesteuerte Zeitspanne während der Beendigung des Füllens des Formhohlraums oder der Formhohlräume mit Kunststoff und Gas.
Phase 5: Reduzieren des Gasdruckes auf ungefähr atmosphärischen Druck vor dem Öffnen der Form und Auswerfen des oder der Formartikel.
Die Erfindung basiert auf der Tatsache, daß Gas anders als Flüssigkeiten komprimierbar ist, und daß die Steuerung des Volumens oder der Menge des Gases zum Spritzgießen irrelevant ist. Es ist eine Annahme der vorliegenden Erfindung, daß es daher wichtiger ist, den Druck des Gases zu steuern und über den Spritzgußzyklus eine Menge Gas zur Verfügung zu haben, die einen guten Überschuß über die Menge darstellt, welche während einem Formzyklus erforderlich ist, und die einen Druck aufweist, der oberhalb des Maximaldruckes liegt, welcher während des Zyklus erforderlich ist. Als ein Ergebnis ist es dann möglich, gemäß einem phasenvorbestimmten Programm zu jedem Zeitpunkt während des Herstellzyklus einen ausreichenden Druck auszuüben, um die Rate des Druckaufbaus im Formhohlraum auf das Maximum, welches während der Formfüllphase erforderlich ist, zu steuern, den hohen Druck aufrecht zu erhalten, während der Kunststoff das Füllen des Formhohlraums oder der Formhohlräume vollendet, und dann die Rate der Druckreduktion zu steuern, was als "Haltedruck" während des Festwerdens des Kunststoffmaterials bezeichnet ist, und dann eine weitere Druckreduktion auf ungefähr atmosphärischen Druck zu steuern, bevor die Form öffnet und die Formartikel aus der Form ausgeworfen werden.
Die Erfindung macht es leichter und wirksamer, die individuell zeitlich abgestimmten Druckphasen an eine Anzahl von unterschiedlichen Gasinjektionspunkten innerhalb einer Form zu steuern. Dies ermöglicht es, daß jeder Hohlraum einer Form mit mehreren Hohlräumen separat gesteuert werden kann. Es ist auch mehr für die Verwendung bei größeren, komplexeren Formen geeignet, die von den mehrfachen Gasinjektionspositionen profitieren. Die Zeitschaltung der Gasinjektion kann phasenkonform durchgeführt werden, und die angelegten Drucke können individuell und unterschiedlich profiliert werden, um den Erfordernissen in jedem Bereich des Form teils, welches mit einer Gasinjektionsposition versorgt ist, zu genügen. Dies ermöglicht es, daß der Beginn der Gasinjektion an individuellen Positionen sequentiell erfolgt und dem Strom des Kunststoffes über und an jeder Gasinjektionsposition vorbei folgt. Dies kann erzielt werden, ohne daß separate gasvolumengesteuerte Kammern vorgesehen werden. Die vorliegende Erfindung erfordert nur zeitgesteuerte Drucksteuerventile für jede Zuführposition, wenn eine separate Steuerung für jede Position erforderlich ist. Alternativ kann der Beginn der Gasinjektion an individuellen Positionen innerhalb der Form zeitabgestimmt sein, so daß er simultan auftritt. In allen Fällen kann das Ausstoßen des Gases über eine gemeinsame Gasausgangsleitung erfolgen, die zu einer Gaswiedergewinnungseinheit oder in die Atmosphäre führen kann.
Zum Zweck des klareren Verständnisses der vorliegenden Erfindung werden Ausführungsformen derselben nun im folgenden als Beispiel und anhand der begleitenden Figuren beschrieben, in welchen zeigt:
Fig. 1 ein Gasschaltdiagramm zur Erläuterung des Erzeugens und der Steuerung von Gasdruck und dessen Abgabe an das Spritzgießwerkzeug 1.4. Von einer Gasflasche 1.2 wird der Ausrüstung Stickstoffgas zugeführt, der Druck des Gases wird mit einer Zusatzpumpe erhöht, der mit dem Block 1.3 bezeichnet ist. Das Gas wird einem Lagergefäß 1.1 zugeführt und dann bezüglich Druck und Zeitphasen gesteuert einer einzelnen Leitung durch eine Reihe von Ventilen, die im Block 1.5 angegeben sind, zugeführt. Der Block 1.6 zeigt einen P.L.C. und ein digitales Auslese und Steuergerät;
Fig. 2 die graphische Darstellung des in Phasen auftretenden Gasdruckes während dem gesamten Form-Zeitzyklus (7 Phasen);
Fig. 3 eine graphische Darstellung des in Phasen auf tretenden. Gasdruckes während dem Form-Zeit-Zyklus (fünf Phasen);
Fig. 4 eine graphische Darstellung des in Phasen auftretenden Gasdruckes während des Form-Zeitzyklus und des sequentiell gesteuerten Gasdruckes, der an vier unterschiedlichen und separaten Gasinjektionspunkten erhöht wird; und
Fig. 5 eine allgemeine Übersichtsanordnung einer Spritzgußmaschine mit Schnecke und Zylinder und der Hinzufügung eines linearen Stellungsgebers 5.1, um die Position von Schnecke/Kolben 5.2 in Relation zum Zylinder 5.4 anzugeben.
Die Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Vorladen des Druckgefäßes (1.1 in Fig. 1) mit Gas, das vorzugsweise Stickstoff ist, von einer Gasquelle 1.2 über eine Zusatzpumpe und Ausstattung 1.3 auf einen vorbestimmten Druck oberhalb des Maximaldruckes, der an dem Formpunkt der Gasinjektion 1.4 erforderlich ist.
Die Phasensteuerung des Gasdruckes wird mit einer Reihe von Sicherheitsventilen erzielt, und die Steuerschaltung ist im Block 1.5 dargestellt. Die Zeitsteuerung der Gasschaltung wird durch eine programmierte Logiksteuerung (PLC) mit digitaler Steuerung und Anzeige 1.6 erzielt.
Die Druckphasensteuerung wird durch eine multifunktionelle geschlossene Schleife mit Mehrfachventilbetrieb und die Steuerschaltung, die im Block 1.5 (Fig. 1) dargestellt ist, erzielt.
Durch konsequentes Abtasten des angelegten Druckes in der Gasausgangsschaltung berechnet ein Drei-Term-Algorithmus- Mikroprozessor die Anforderung für Gas gemäß einem vorbestimmten Programm. Der Algorithmus steuert die Ausgänge, die die Ventile modulieren, um den erforderlichen Druck zu einem bestimmten Zeitpunkt in Übereinstimmung mit dem vorbestimmten Programm zu geben.
Der Abtastfaktor ist üblicherweise 1 in 1000, während das schnelle Ansprechen durch ein Abtasten von 2,5 mu/s pro 1000 von Befehlen und mit einer Ausgangsschaltfrequenz von 100 Malen pro Sekunde erzielt wird.
Als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Beginn der Gasinjektion am Punkt des Gaseintritts (am Ende der Phase 1) genauer mit Bezug auf den Kunststoffstrom in die Form, durch die Verwendung eines linearen Stellungsgebers 5.1 gesteuert werden, der zwischen der Kunststoffspritzschnecke 5.2 oder dem Kolbengetriebegehäuse 5.3 und dem Kunststoffspritzgußmaschinenzylinder 5.4 (Fig. 5) angeordnet ist. Dabei kann die präzise Position der Schnecke im Bezug auf den Zylinder der Gasinjektionseinheit signalisiert werden, die den Beginn der Gasinjektion auslöst. Weiterhin kann dies für eine Anzahl von unterschiedlichen vorbestimmten Positionen der Schnecke oder des Kolbens wiederholt werden, wenn sequentiell Gasinjektionszeitspannen an unterschiedlichen Gasinjektionseintrittspunkten erforderlich sind (Fig. 4, Phase 1/A, 1/B und 1/C).
Falls weiter erforderlich, kann der lineare Stellungsgeber auch dazu verwendet werden, den Beginn anderer Phasen der Gasdrucksequenz zu signalisieren, anstatt daß die herkömmlichen Zeitsteuerungen verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Maximaldruck in dem Gas in der Form mit einer gesteuerten Rate vergleichsweise langsam und kontinuierlich über eine zeitgesteuerte Zeitspanne (Phase 5) reduziert werden, bis atmosphärischer Druck erreicht ist (Fig. 3.3.5), wodurch der normale Haltedruck umgangen wird und plötzliche Druckabfälle vermieden werden, die in einigen geformten Produkten eine Bewegung innerhalb des Kunststoffes während dessen Abkühlen und Festwerden Verursachen können, was zu Unvollkommenheiten an den Spritzgußartikeln führen könnte.
Typisches Beispiel der in Druckphasen verlaufenden Injektion.
In Vorbereitung des Spritzgußzyklus wird ein Hochdruckgefäß mit einem Volumen mit gutem Überschuß gegenüber der Gasmenge, die durch den Spritzgieß- und Zuführleitungsschaltkreis erforderlich ist, mit Stickstoffgas mit einem Druck oberhalb des erforderlichen Maximaldruckes vorgeladen. Der Spritzgußzyklus hat die folgenden Phasen (siehe Fig. 2):

Phase 1 (2.1)

Beginn des Kunststoffeinspritzens in die Form, wobei die Gasinjektionsposition oder -positionen mit Kunststoff abgedeckt sind, während der Kunststoff in den Formhohlraum oder die Formhohlräume strömt. Es ist vorzuziehen, daß die Beendigung der Phase 1 durch die Verwendung eines linearen Stellungsgebers wie vorstehend beschrieben, signalisiert wird.

Phase 2 (2.2)

Der Leitungsgasdruck zur Form wird auf einen Druck 2.21 erhöht, der unterhalb des Druckes des Kunststoffes am Punkt der Gasinjektion ist, wodurch die Gasinjektion in den Kunststoff verzögert wird.

Phase 3 (2.3)

Der Gasdruck wird am Gasinjektionspunkt mit einer gesteuerten Anstiegsrate auf einen Druck oberhalb des Druckes innerhalb des Kunststoffes erhöht, um zu ermöglichen, daß Gas in die Außenhaut des Kunststoffes eindringt und in den geschmolzenen Kunststoff innerhalb des Formhohlraums strömt, und der Gasdruck steigt weiter mit einer gesteuerten Rate auf einen maximalen Druck 2.31, um das Füllen des Formhohlraumes oder der Formhohlräume mit Kunststoff und Gas zu unterstützen. Ein typischer erforderlicher Maximaldruck kann 34,45 · 10&sup6; Pa (5000 p.s.i., 330 bar) sein. In einigen Gußteilen, insbesondere dicken Abschnitten, kann der Maximaldruck signifikant niedriger sein, und in anderen Gußteilen mit langem Strömungsweg kann er höher sein, um das Füllen des Formhohlraums oder der Formhohlräume zu unterstützen.

Phase 4 (2.4)

Aufrechterhalten des Maximaldrucks während dem Endfüllen des Formhohlraums oder der Formhohlräume mit Kunststoff und Gas.

Phase 5 (2.5)

Auf das vollständige Füllen des Formhohlraumes oder der Formhohlräume mit Kunststoff und Gas folgend wird der Druck im Gas mit einer gesteuerten Rate auf einen "Anhaltedruck" 2.51 entlastet oder reduziert. Ein typischer Anhaltedruck ist 3,445 · 10&sup6; Pa (500 p.s.i., 35 bar).

Phase 6 (2.6)

Das Aufrechterhalten des Anhaltedruckes während des Abkühlens und Festwerdens des Kunststoffes ermöglicht es, daß der Gasdruck auf den Kunststoff ausgeübt wird, so daß der Kunststoff mit den Formhohlraumoberflächen in Berührung bleibt, wodurch die Hohlflächenform und Textur effektiver als Abdruck erfolgt. Dieser Druck wird aufrechterhalten, bis das Material vollständig fest geworden ist. Während dieser Phase dehnt sich das Gas aus, um die Volumenminderung des Kunststoffes während des Abkühlens des Kunststoffes zu kompensieren.

Phase 7 (2.7)

Entlastung des Druckes in den Formhohlräumen auf atmosphärischen Druck (2.71) oder direkt oberhalb desselben, damit in den Hohlräumen kein Differenzdruck ist, wenn die Form öffnet und die spritzgegossenen Artikel aus den Formhohlräumen ausgeworfen werden.

Alternativ:

Phase 5 (3.5) kann so ausgedehnt werden, daß die Phasen 6 und 7 enthalten sind, indem die Rate der Gasdruckverringerung auf ein kontinuierliches Entlasten des Druckes über eine gesteuerte und vorbestimmte Zeitspanne 3.5 verlangsamt wird (siehe Fig. 3).

Alternativ:

Phase 1 kann an zwei oder mehr Gasinjektionspositionen angewendet werden, die individuell durch die Verwendung von Zeitsteuerungen oder Signalen von einem linearen Stellungsgeber, gesteuert werden und wie vorstehend beschrieben in der Fig. 4 (PHIA, PHIB und PHIC) dargestellt ist.
Es ist eine wichtige Erfordernis eines bevorzugten Verfahrens, daß ein ausreichender Vorrat an Gas in einem vorgeladenen Gefäß bei einem Druck oberhalb des erforderlichen Maximaldruckes am Punkt der Injektion innerhalb des Spritzgußzyklus, vorhanden ist, und so daß der Druck für eine ausreichende Zeitspanne auf dem Maximaldruck gehalten werden kann, um zu ermöglichen, daß der Formhohlraum vollständig mit Kunststoff und Gas gefüllt wird. Auf das Füllen des Formhohlraums und das Beginnen des Festwerdens des Kunststoffes folgt ein Verringern des Maximaldruckes auf einem Anhaltedruck während dem das Festwerden des Kunststoffes beendet wird, bevor der Spritzgußartikel durch Auswerfen aus der Form entfernt wird.
Anzumerken ist, daß die vorstehenden Ausführungsformen lediglich als Beispiel beschrieben worden sind, und daß viele Variationen möglich sind, ohne daß von dem Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird.

Claims

1. Verfahren zum gasgestützen Spritzgießen mit den Schritten Zuführen von Gas zu einer oder mehreren Positionen in einem Spritzgußwerkzeug während des Formzyklus, wobei der Formzyklus in Phasen unterteilt ist, deren Anfang und Ende jeweils gesteuert wird, und der Gasdruck während jeder Phase separat gesteuert wird, damit das Gas in den geschmolzenen Kunststoff im Formhohlraum oder in Materialangüsse mit phasenbezogener Drucksteuerung injiziert werden kann, wobei die Phasen sind:

Phase 1: Beginn des Einspritzens von Kunststoff in den Formhohlraum oder die Formhohlräume;

Phase 2: Freigeben von Gas in die Leitungen, die mit den Gasinjektionspunkten der Form verbunden sind, um am Punkt der Gasinjektion einen Druck unterhalb des Druckes des Kunststoffes zu erzeugen, wodurch verhindert wird, daß Gas in den Kunststoff injiziert wird;

Phase 3: Erhöhen des Gasdruckes mit einer variabel gesteuerten Steigerungsrate auf einen Maximaldruck oberhalb des Druckes des Kunststoffes am Punkt des Gaseintritts in den Kunststoff, wodurch es möglich wird, daß Gas in den geschmolzenen Kunststoff injiziert werden kann;

Phase 4: Aufrechterhalten des maximalen Gasdruckes für eine gesteuerte Zeitspanne während der Beendigung des Füllens des Formhohlraums oder der Formhohlräume mit Kunststoff und Gas;

Phase 5: Reduzieren des Gasdruckes auf ungefähr atmosphärischen Druck vor dem Öffnen der Form und Auswerfen des oder der Formartikel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Hochdruckgasbehälter mit feststehendem Volumen mit Gas mit einem Druck oberhalb des Druckes gefüllt ist, der während des Spritzgußfertigungszyklus am Punkt der Gasinjektion in die Form erforderlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Gasdruckbehälter ein ausreichendes Volumen hat, um Gas mit dem erforderlichen Maximaldruck und in Volumina, die für das Füllen der Formartikel und der Druckzuführleitungen ausreichend sind, zu liefern, ohne daß ein weiteres Laden während dem Spritzgußfertigungszyklus notwendig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Maximaldruck ohne dazwischenliegenden "Halte"- Druck und über eine gesteuerte Zeitspanne graduell und kontinuierlich reduziert wird, bis atmosphärischer Druck erreicht ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Maximaldruck mit einer gesteuerten Rate auf einen "Halte"-Druck verringert wird, und der Halte-Druck während dem Abkühlen und Festwerden des Kunststoffs in der Form aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei einem oder mehreren Gasinjektionspunkten innerhalb eines Spritzgußwerkzeuges Gas zugeführt wird, und jeder Gaspunkt mit individuell gesteuertem Gasdruck und Zeitplan gemäß der Phase der Gaszufuhr gespeist wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei einer Anzahl von Spritzgußartikel-Hohlräumen in einer Form Gas zugeführt wird, so daß die phasenabhängige Gas drucksteuerung für jeden Hohlraum und gemäß eines separat gesteuerten Programms durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Gas einer Anzahl von Gasinjektionspunkten in einem Spritzgußhohlraum zugeführt wird, so daß die phasenabhängige Gasdrucksteuerung für jeden Gasinjektionspunkt und gemäß eines jeweils separat gesteuerten Programms durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere Phasen durch die Verwendung eines linearen Stellungsgebers aktiviert werden, der genau die vorbestimmte, jedoch variable Position der Spritzgußmaschinenschnecke oder des Kolbens in Relation zu dem Materialzylinder signalisiert, wodurch das präzise Volumen des in die Form eingespritzten Kunststoffs und die Position des Stromes bezogen auf die Gasinjektionspunkte in der Form angegeben wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Anfang der Phase 1, 2, 3 und 4 durch die Verwendung eines linearen Stellungsgebers aktiviert wird, der die vorbestimmte, jedoch variable Position der Spritzgußmaschinenschraube oder des Kolbens in Relation zum Materialzylinder, genau signalisiert, wodurch das präzise Volumen des in die Form eingespritzten Kunststoffes und die Position des Stromes bezogen auf die Gasinjektionspunkte in der Form angegeben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Anfang der Gasinjektion durch einen linearen Stellungsgeber an zwei oder mehr Gasinjektionspunkten in einer Form signalisiert und gesteuert wird, wodurch der sequentielle Beginn der Gasinjektion an den verschiedenen Gasinjektionspunkten in der Form erzielt wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gasdruck durch einen Mikroprozessor gesteuert wird, der in Übereinstimmung mit einem gemäß einem 3-Term- Algorithmus konstant abgetasteten Gasdruck arbeitet und die Gaserfordernisse mit einem vorbestimmten Programm berechnet.

13. Vorrichtung für das gasgestützte Spritzgießen von Kunststoff mit einer Form, die einen Formhohlraum definiert, Mitteln zum Zuführen von Kunststoff in den Formhohlraum, Mitteln zum Zuführen von Gas zu einer oder mehr Positionen in dem Hohlraum oder in Angüssen, die zu dem Hohlraum führen, und Mitteln zum Steuern des Spritzgußzyklus in Phasen, wobei die Mittel so betrieben werden können, daß der Anfang und das Ende jeder Phase und der Gasdruck während jeder Phase gesteuert werden kann, wobei die Phasen sind:

Phase 1: Beginnen des Einspritzens von Kunststoff in den Formhohlraum oder die Formhohlräume;

Phase 4: Aufrechterhalten des maximalen Gasdrucks für eine gesteuerte Zeitspanne während der Beendigung des Füllens des Formhohlraums oder der Formhohlräume mit Kunststoff und Gas;

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mittel zum Steuern eine Gassteuerschaltung aufweisen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Steuern eine Zeitsteuerung mit einer programmierten Logiksteuerung aufweisen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die programmierte Logiksteuerung digital ist und eine Anzeige aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mittel zum Zuführen von Kunststoff eine Kolben- /Zylinder-Anordnung aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Kolben/Zylinderanordnung ein linearer Stellungsgeber zugeordnet ist, um die präzise Position des Kolbens im Zylinder bestimmen zu können und für das Auslösen der Gasinjektion zu verwenden.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Mittel zum Steuern einen Mikroprozessor aufweisen, der in Übereinstimmung mit einem gemäß einem 3-Term- Algorithmus konstant abgetasteten Gasdruck arbeitet und die Gaserfordernisse nach einem vorbestimmten Programm berechnet.