DE68921573T2

DE68921573T2 - Formen von thermoplastischem Werkstoff.

Info

Publication number: DE68921573T2
Application number: DE68921573T
Authority: DE
Inventors: Hideki Miyabe
Original assignee: Japan Aircraft Development Corp; Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Japan Aircraft Development Corp; Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH02160529A; EP0373618A2; US5026267A; EP0373618B1; EP0373618A3; JPH069858B2; DE68921573D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Erzeugnisses aus einem thermoplastischen Material. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Erzeugnisses, welches aus einem thermoplastischen Material besteht, dadurch, daß ein Paar Platten aus einem thermoplastischen Harz zwischen ein Formenpaar gestellt wird und daß unter Druck gesetztes Gas zwischen das Paar der thermoplastischen Harzplatten eingeführt wird, so daß die Platten unter dem Gasdruck entlang der Formenhohlräume deformiert werden.

Beschreibung des Standes der Technik

Bekannte Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Harzerzeugnisses umfassen ein sogenanntes Blasformverfahren wobei ein Harzplattenpaar zwischen ein Formenpaar gestellt wird und unter Druck gesetztes Gas zwischen die Platten eingeführt wird, um die Platten entlang der formenden Formoberflächen zu formen. In dem Fall, daß das Blasformverfahren zum Formen eines thermoplastischen Harzes eingesetzt wird, können die Formen an einer Heißpreßvorrichtung befestigt werden, so daß die Formen während des Formverfahrens erwärmt werden. Alternativ können die Formen mit Heizvorrichtungen versehen sein, welche in den Formen eingebettet sind und das Formverfahren kann in einer Preßvorrichtung durchgeführt werden.
In den herkömmlichen Verfahren werden die Formen mit Hilfe einer Preßvorrichtung, die nur in einer Richtung arbeitet, aufeinander gepreßt. Daher können die Verf ahren zur Herstellung eines Erzeugnisses mit relativ ebenen zusammengehörenden Oberflächen eingesetzt werden. Ein weiteres Problem, das bei dem herkömmlichen Verfahren auftritt, ist, daß die bei diesen Verfahren verwendeten Formen genau bearbeitet sein müssen, so daß sie in einer Preßvorrichtung verwendet werden können. Es sollte des weiteren festgehalten werden, daß die herkömmlichen Verfahren, in bezug auf die Größe der Erzeugnisse, die durch diese Verfahren hergestellt werden, beschränkt sind, da die Verfahren in Preßvorrichtungen durchgeführt werden müssen. Ein weiteres Problem der herkömmlichen Verfahren ist, daß die durch das Harzplattenpaar erzeugten Teilhälften zum Zeitpunkt des Formens nicht aneinander befestigt sind, so daß sie nach dem Formverfahren miteinander verbunden werden müssen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme der herkömmlichen Verfahren zu lösen, daß die Verfahren nur für die Herstellung eines Erzeugnisses mit im wesentlichen ebenen zusammengehörenden Oberflächen, wegen der Beschränkung der Preßrichtung, verwendet werden können und daß teure Formen zur Verwendung in einer Presse bereitgestellt werden müssen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Erzeugnisses bereitzustellen, welches für die Herstellung eines Erzeugnisses mit einer relativ komplizierten Gestalt verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Erzeugnisses zur Verfügung zu stellen, welches mit relativ billigen Formen durchgeführt werden kann, zum Beispiel Formen, die aus Metallplatten hergestellt werden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Erzeugnisses bereitzustellen, bei welchem die Erzeugnishälften an den zusammengehörenden Oberflächen miteinander verbunden werden, während das Erzeugnis geformt wird.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Klemmeinrichtungen zur Verfügung zu stellen, um die Formen während des Formverfahrens zu sichern, bzw. zu befestigen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Klemmeinrichtungen zur Verfügung zu stellen, um die Formen während des Formverfahrens mit einer Klemmkraft zu sichern, welche sich auch bei einer erhöhten Temperatur nicht verringert.
Um die obigen und weitere Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung eines Erzeugnisses aus einem thermoplastischen Harz zur Verfügung, umfassend die Schritte des Bereitstellens von Formen mit Randflanschen, die jeweils mit aufeinanderliegenden bzw. zusammengehörenden Oberflächen ausgebildet sind, Anbringen von Platten aus einem thermoplastischen Harz zwischen den Formen, so daß die Randbereiche dieser Platten, zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen dieser Flansche in den Formen angeordnet sind, Einklemmen dieser Formen an den Randflanschen mit Klemmeinrichtungen, welche von solch einer Art sind, daß eine Klemmkraft bereitgestellt wird, welche sich bei einer Erhöhung der Temperatur nicht verringert, Erwärmen der Formen auf eine Formtemperatur des thermoplastischen Harzes und Einführen von Druckgas zwischen die Platten aus thermoplastischem Harz, um die Platten zu formen, und um die Randbereiche der thermoplastischen Harzplatten miteinander zu verbinden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren dadurch ausgeführt werden, daß die thermoplastischen Harzplatten zunächst bei einer Erweichungstemperatur des Harzes geformt werden und anschließend die Formen auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher ist als die Erweichungstemperatur, zum Beispiel eine Schmelztemperatur, um die Randbereiche der Platten zu verschweißen.
Gemäß eines weiteren Gegenstandes der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3 zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bereitgestellt. Die Vorrichtung umfaßt ein Formenpaar mit Randflanschen, die jeweils mit aufeinanderliegenden bzw. zusammengehörenden Oberflächen ausgebildet sind, und Klemmeinrichtungen zum Einklemmen der Flansche der Formen, so daß die Formen aneinander befestigt werden. Die Klemmeinrichtungen umfassen ein Paar Klemmelemente um die Flansche der Formen zu beaufschlagen, Achseneinrichtungen, welche durch die Klemmelemente durchgeführt sind, um eines der Klemmelemente zu beaufschlagen, auf den Achseneinrichtungen bereitgestellte Abstandseinrichtungen für eine axial gleitende Bewegung und welche zur Beaufschlagung des anderen Klemmelementes geeignet sind, auf den Achseneinrichtungen bereitgestellte zweite Stopeinrichtungen für Beaufschlagung der Abstandseinrichtungen an einem dem anderen dieser Klemmelemente gegenüberliegenden Ende, wobei diese Achseneinrichtungen aus einem Material hergestellt sind, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der niedriger ist als der des Materials aus welchem die Abstandseinrichtung hergestellt ist. Wenigstens eine der ersten und zweiten Stopeinrichtung ist in axialer Richtung in bezug auf die Achseneinrichtung einstellbar, so daß die Abstandseinrichtung eine thermische Ausdehnung in axialer Richtung aufweist, die nicht geringer ist als eine thermische Ausdehnung der Achseneinrichtung in axialer Richtung unter der gleichen Temperaturerhöhung. Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren eine Klemmvorrichtung zur Verfügung, welche eine Klemmkraft bereitstellen kann, die sich auch nicht bei einer Erhöhung der Temperatur verringert.
Gemäß der Merkmale der vorliegenden Erfindung weisen die Abstandseinrichtungen eine thermische Ausdehnung auf, welche größer ist als die thermische Ausdehnung der Achseneinrichtung, so daß die Abstandseinrichtungen bei der Formtemperatur eine größere axiale Ausrichtung zeigen als die Achseneinrichtungen. Daher wird das Klemmelement durch die zweite Stopeinrichtung gegen den Flansch der Form gepreßt. Folglich wird die Klemmkraft der Klemmeinrichtungen als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur erhöht, um einen erhöhten Druck auf die Randbereiche der thermoplastischen Harzplatten auszuüben, welche zwischen den Flanschen der Formen gehalten werden. Unter dem Druck werden die Randbereiche der thermoplastischen Harzplatten miteinander verschweißt.
Mit einer herkömmlichen Klemmanordnung können die Flansche der Formen vor dem Formverfahren mit einer geeigneten Klemmkraft eingeklemmt werden. Es gibt jedoch eine Tendenz, daß die Klemmkraft als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur verringert wird, so daß es schwierig ist, die Klemmkraft beizubehalten, welche ausreichend ist, das Verschweißen der Randbereiche der thermoplastischen Harzplatten zu bewirken. Gemäß der Merkmale der vorliegenden Erfindung sind die Klemmeinrichtungen von solch einer Art, die Klemmkraft als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur erhöht wird, so daß es möglich ist, eine Klemmkraft zu erzeugen, welche ausreichend ist, die Randbereiche der thermoplastischen Harzplatten miteinander zu verschweißen.
Die obigen und andere Gegenstände und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Berücksichtigung der begleitenden Zeichnungen deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht, eines Beispiels der Klemmanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 dargestellten Klemmanordnung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Formenanordnung darstellt, die in den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 4 eine Vorderansicht der in Fig. 3 dargestellten Formenanordnung;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 und 4 dargestellte Formenanordnung;
Fig. 6 eine Schnittansicht der Formenanordnung;
Fig. 7 eine Schnittansicht der Gaseinspritzdüsen in vergrößertem Maßstab;
Fig. 8 (a), (b), (c), (d) und (e) ein Formverfahren unter Verwendung der in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Formenanordnung;
Fig. 9 eine Draufsicht auf ein anderes Beispiel der Formenanordnung; und
Fig. 10 eine Seitenansicht der in Fig. 9 dargestellten Formenanordnung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden wird auf die Zeichnungen, insbesondere auf die Zeichnungen 1 und 2, Bezug genommen, in denen ein Beispiel der Klemmanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die dort gezeigte Klemmanordnung ist mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet, und umfaßt ein paar Klemmelemente 2 und 3. Das Klemmelement 2 ist mit einem Gelenk 2a ausgebildet, das Klemmelement 3 ist mit einem Gelenkträger 3a ausgebildet, um das Gelenk 2a des Klemmelementes 2 aufzunehmen. Die Klemmelemente 2 und 3 stehen an dem Gelenk 2a und dem Gelenkträger 3a miteinander im Eingriff. Eine Schraubenachse 4 ist vorgesehen, welche durch die Klemmelemente 2 und 3 durchgeführt ist, und ein Ende aufweist, das über ein Gewinde mit einer Mutter 5 in Eingriff steht. Die Klemmelemente 2 und 3 und die Mutter 5 bestehen aus Stahl.
Oberhalb des Klemmelementes 3 ist ein Abstandshalter 6 bereitgestellt, welcher aus einer Aluminiumbasislegierung hergestellt ist. Die Achse 4 ist durch den Abstandshalter 6 durchgeführt. In der dargestellten Ausführungsform besteht der Abstandshalter 6 aus drei Abstandshalterteilen 6a, 6b und 6c. Oberhalb des Abstandshalterteils 6c ist eine Unterlegscheibe bzw. Dichtungsscheibe 7 bereitgestellt und eine Mutter 8 steht über ein Gewinde mit der Achse 4, an einer Position oberhalb der Unterlegscheibe 8, im Eingriff. Zwischen dem Abstandshalterteil 6a und dem Klemmelement 3 ist eine Unterlegscheibe 9 mit einer konischen Form bereitgestellt.
Bezug nehmend auf die Zeichnung 3 und 4, ist dort eine Formenanordnung 10 dargestellt, welche in dem erfindungsgemaßen Verfahren eingesetzt wird. Die Formenanordnung 10 umfaßt eine obere Form 11 und eine untere Form 12, welche jeweils an den Randbereichen mit Flanschen 11a und 12a ausgebildet sind. Die Flansche 11a und 12a weisen aufeinanderliegende bzw. zusammengehörende Oberflächen auf, welche in einer gasdichten Art und Weise miteinander in Eingriff stehen. Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt die Formenanordnung 10 einen ersten horizontalen Bereich 10a, einen zweiten horizontalen Bereich 10b, welcher sich in der Ebene des und im wesentlichen senkrecht zu dem ersten horizontalen Bereich 10a und einem vertikalen Bereich 10b erstreckt, welcher an den zweiten horizontalen Bereich 10b angrenzt und sich in einer vertikalen Richtung erstreckt. Es sollte daher deutlich werden, daß die Flansche 11a und 12a der Formen 11 und 12 entsprechend gebogen sind, so daß sie sich der Gestalt der Formenanordnung 10 anpassen. Wie in Fig. 6 dargestellt, weisen die obere Form 11 und die untere Form 12 halbrunde Querschnittsformen auf und sind jeweils an den inneren Seiten mit den Formenoberflächen 11b und 12b ausgebildet.
Bezug nehmend auf Fig. 6 wird bemerkt, daß ein Paar thermoplastischer Harzplatten 13 und 14 in der Formenanordnung 10 gestellt werden, wobei die Randbereiche zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen gehalten werden, welche jeweils an den Flanschen 11a und 12a der Formen 11 und 12 gebildet werden. Die Formenanordnung 10 ist an einem Ende mit einer Düsenanordnung 15 versehen, um unter Druck gesetztes Gas zwischen die Harzplatten 13 und 14 einzuführen. Fig. 7 zeigt die Details der Einspritzdüsenanordnung 15. Die Düsenanordnung 15 weist ein Düsenelement auf, mit einem Düsenende 15a, welches durch ein in der oberen Form 11 ausgebildetes Loch durchgeführt wird und zwischen den Harzplatten 13 und 14 angeordnet ist.
Beim Herstellungsverfahren werden die thermoplastischen Harzplatten 13 und 14 folglich in der Formenanordnung 11 angeordnet, und die Einspritzdüsenanordnung, wie in Fig. 7 dargestellt, positioniert. Anschließend werden die Flansche lla und 12a der Formen 11 und 12 über die Klemmanordnung 1 fest miteinander verbunden, welche von der Art ist, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Insbesondere werden die Flansche 11a und 12a der Formen 11 und 12 zwischen den Klemmelementen 2 und 3 der Klemmanordnung 1 an geeigneten Positionen gehalten und die Muttern 5 und 8 werden fest angezogen, um die Flansche 11a und 12a mit der gewünschten Anspannkraft einzusetzen.
Fig. 8 (a), (b), (c), (d) und (e) zeigen ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bezug nehmend auf die Fig. 8 (a) und (b) sind in diesen einleitende Schritte dargestellt, die bereits beschrieben wurden. Während dieser einleitenden Schritte werden die thermoplastischen Harzplatten 13 und 14 in die Formenanordnung 10 gebracht und die Formen 11 und 12 werden mittels der Klemmanordnung 1 fest aneinander gezogen. Die so hergestellte Formenanordnung 10 wird in einen Heizofen 16 eingeführt, um auf eine Erweichungstemperatur des Harzes erwärmt zu werden. Anschließend wird unter Druck gesetztes Gas zwischen die Harzplatten 13 und 14 eingeführt, so daß die Platten 13 und 14 entlang der formenden Oberflächen 11b und 12b der Formen 11 und 12 geformt werden. Mit dem Fortschreiten des Formschrittes wird die Temperatur auf den Schmelzpunkt des Harzes erhöht. Da die Randbereiche der Harzplatten 13 und 14 zwischen den Flanschen 11a und 12a der Formen 11 und 12 gehalten werden und ein festklemmender Druck auf die Flansche 11a und 12a durch die Klemmanordnung 1 ausgeübt wird, werden die Randbereiche der Harzplatten 13 und 14 miteinander verschweißt.
Wie in bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben, ist die Achse 4 der Klemmanordnung 1 aus Stahl hergestellt und der Abstandshalter 6 besteht aus einer Aluminiumlegierung, so daß der Abstandshalter 6 eine größere thermische Ausdehnung als die Achse 4 aufweist, wenn die Temperatur der Klemmanordnung 1 erhöht wird. Es wird daher deutlich, daß sich die von der Klemmanordnung 1 auf die Flansche 11a und 12a der Formen 11 und 12 ausgeübte Klemmkraft nicht verringert, auch wenn die Temperatur erhöht wird. Die Anzugskraft bzw. Anpreßkraft kann sogar noch erhöht werden, als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur, durch ein geeignetes Bestimmen der axialen Abmessung des Abstandshalters 6. Unter dem Einfluß der Anzugskraft, die von der Klemmanordnung 1 ausgeübt wird, werden die Randbereiche der Harzplatten 13 und 14 wie schon beschrieben miteinander verschweißt. Wenn der Formschritt und der Verschweißschritt vervollständigt sind, wird das geformte Teil aus der Formenanordnung 10 herausgenommen und geeignet beschnitten, um das Enderzeugnis zu erhalten.
Bezug nehmend auf die Fig. 9 und 10 ist dort eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche als Formenanordnung 20 verwendet werden kann. Die Formenanordnung 20 umfaßt eine obere Form 21 und eine untere Form 22, welche jeweils Randflansche 21a und 22a aufweisen. Die Formenanordnung 20 ist an einem Ende mit einem Düsenaufbau 23 versehen, um unter Druck gesetztes Gas einzuführen. Platten aus einem thermoplastischen Harz werden, wie in der vorgehenden Ausführungsform, in der Formenanordnung 20 angebracht. Die Formen 21 und 22 werden mittels einer geeigneten Anzahl von Klemmanordnungen 1 festgeklammert, obwohl in den Fig. 9 und 10 nur eine dargestellt ist.
Die Erfindung wurde in bezug auf spezifische Beispiele dargestellt und beschrieben, es sollte jedoch deutlich werden, daß die Erfindung nicht auf die Details der dargestellten Anordnungen und des dargestellten Verfahrens begrenzt ist, sondern daß Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses aus einem thermoplastischen Harz, umfassend folgende Schritte

Bereitstellen von Formen (10,20) mit Randflanschen (11a,12a,21a,22a,), die jeweils mit aufeinanderliegenden Oberflächen (mating surfaces) ausgebildet sind,

Anbringen von Platten (13,14) aus einem thermoplastischen Harz zwischen den Formen, so daß die Randbereiche dieser Platten, zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen dieser Flansche, in den Formen angeordnet sind,

Einklemmen dieser Formen an den Randflanschen mit Klemmeinrichtungen (1), welche von solch einer Art sind, daß eine Klemmkraft bereitgestellt wird, welche sich bei einer Erhöhung der Temperatur nicht verringert,

Erwärmen der Formen auf eine Formtemperatur des thermoplastischen Harzes und

Einführen von Druckgas zwischen die Platten aus thermoplastischem Harz, um diese Platten zu formen und um die Randbereiche der thermoplastischen Harzbögen miteinander zu verbinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Platten (13,14) bei einer Erweichungstemperatur des Harzes, aus welchem die Platten hergestellt sind, geformt werden und wobei diese Randbereiche der Platten bei einer Temperatur miteinander verbunden werden, die über der Erweichungstemperatur liegt.
3. Vorrichtung zur Herstellung eines Erzeugnisses aus einem thermoplastischen Harz, umfassend ein Formenpaar (11,12,21,22), mit Randflanschen (11a,12a,21a,22a), die jeweils mit aufeinanderliegenden Oberflächen ausgebildet sind und Klemmeinrichtungen (1) zum Einklemmen der Flansche der Formen, so daß die Formen aneinander befestigt werden, wobei sich die aufeinanderliegenden Oberflächen miteinander in Kontakt befinden und wobei die Klemmeinrichtung eine solche ist, die eine Klemmkraft bereitstellt, die sich bei einer Erhöhung der Temperatur nicht verringert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Formen wenigstens einen ersten Bereich (10a) aufweisen, der in einer ersten Ebene angeordnet ist und einen zweiten Bereich (10b), welcher sich unter einem Winkel in bezug auf den ersten Bereich in die erste Ebene erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Formen (11,12) einen dritten Bereich (10c) umfassen, welcher sich unter einem Winkel in bezug auf diese erste Ebene von dem zweiten Bereich (10a) aus erstreckt.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Klemmvorrichtung ein Paar Klemmelemente (2,3) umfaßt, um die Flansche (11a,12a,21a,22a) der Formen (11,12,21,22) zu beaufschlagen, Achseneinrichtungen (4), welche durch die Klemmelemente durchgeführt sind, auf diesen Achseneinrichtungen (4) bereitgestellte Stoppeinrichtungen (5), um eines (2) dieser Klemmelemente zu beaufschlagen, auf den Achseneinrichtungen bereitgestellte Abstandseinrichtungen (6) für eine axiale gleitende Bewegung und welche zur Beaufschlagung des anderen (3) dieser Klemmelemente geeignet sind, auf diesen Achseneinrichtungen (4) bereitgestellte zweite Stoppeinrichtung (8) zur Beaufschlagung der Abstandseinrichtungen an einem dem anderen dieser Klemmelemente gegenüberliegenden Ende, wobei diese Achseneinrichtungen aus einem Material hergestellt sind, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizenten aufweist, der niedriger ist als der des Materials aus welchem die Abstandseinrichtung (6) hergestellt ist, so daß die Abstandseinrichtung eine thermische Ausdehnung in axialer Richtung aufweist, die nicht niedriger ist als eine thermische Ausdehnung in der axialen Richtung der Achseneinrichtung bei der gleichen Temperaturerhöhung.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei wenigstens eine der ersten (5) und zweiten (8) Stoppeinrichtung in axialer Richtung in bezug auf die Achseneinrichtung (4) einstellbar ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Achseneinrichtung (4) aus Stahl und die Abstandseinrichtung (6) aus einer Aluminiumbasislegierung hergestellt ist.