AT390759B - Spritzgussform mit einem schmelzbaren kern zum herstellen eines hohlen ballschlaegerrahmens - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgußform mit einem schmelzbaren Kern zum Herstellen eines hohlen Ballschlägerrahmens, z. B. für Tennis, Squash und Badminton, mit einem Kopf und einem Schaft aus thermoplastischem Kunststoff.

Rahmen für Ballschläger sind traditionell aus Holz hergestellt worden. Ein moderner hölzerner Rahmen für einen Ballschläger hat ziemlich komplizierten Aufbau, der viele Schichten oder Laminate umfaßt, die miteinander verbunden werden müssen. Die Herstellung eines solchen Rahmens ist ein schwieriger und zeitraubender Vorgang. Trotz der Herstellungsschwierigkeiten, die eine moderne kontinuierliche Herstellung erschweren, sind Holzschläger nach wie vor sehr beliebt, weil sie insgesamt die günstigsten Spieleigenschaften haben. Holzschläger haben hohe Festigkeit bei dem für die betreffende Sportart erforderlichen vorgegebenem Gewicht und ergeben erwünschte, wenn auch schwierig zu definierende dynamische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des "Gefühls" und der "Kontrolle", die der Spieler beim Spiel aufbringen muß.

Es sind bereits Ersatzmaterialien für Holz vorgeschlagen worden, insbesondere Metalle und verstärkte Kunststoffe. Infolge des beträchtlich höheren spezifischen Gewichtes dieser Materialien (Holz hat ein spezifisches Gewicht von etwa 0,7 bis 0,8, Metalle und verstärkte thermoplastische Materialien, die sich für den Schlägerbau eignen, haben höhere spezifische Gewichte, die beträchtlich über 1,0 liegen) ist es erforderlich geworden, hohle Rahmenausführungen zu schaffen, weil ansonsten das Gewicht unannehmbar hoch würde. Solche hohle Rahmen können im Falle von Metallen durch einen Zieh- oder Extrudiervorgang erzeugt werden, und im Falle von verstärkten Kunststoffmaterialien durch Laminiervorgänge zur Umhüllung eines leichtgewichtigen Kemmaterials, z. B. Kunststoffschaum, oder durch Anwendung von Hohlformungsverfahien, z. B. Blasformung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Spritzgußformen für Schlägerrahmen aus verstärktem Kunststoff. Nachfolgend sollen zunächst kurz die beiden grundsätzlich verschiedenen Hauptarten von verstärkten Kunststoffen erläutert werden, die für die Schlägerrahmenherstellung verfügbar sind. 1. Ein System aus kontinuierlichen Fäden und einer Harzmatrix.

Der üblichen Materialart liegt die Verwendung von im wesentlichen kontinuierlichen Fäden aus Bewehrungsmaterial zugrunde, die entweder zu einem gewebten Stoff oder zu einer Litze verarbeitet sind, oder in ein und derselben Richtung ausgerichtet sind, was üblicherweise als Kettfadenfolie oder Kettfadenstreifen bezeichnet wird. Solche Stoffe, Litzen, Folien oder Streifen werden üblicherweise aus Glas- oder Kohlenstoffasern hergestellt und werden entweder vor oder während der Herstellung des betreffenden Artikels imprägniert, üblicherweise mit einem wärmehärtenden Epoxy-, Polyester- oder Phenolharz. Der sich ergebende Aufbau wird dann einer Wärme- und Druckbehandlung unterworfen, um das Harz zu härten und so dem Artikel die gewünschte Konfiguration zu erteilen.

Wenn ein kräftiger, leichtgewichtiger Gegenstand hergestellt werden soll, wie im Falle eines Schlägerrahmens, wird das verstärkte Kunststoffmaterial häufig um einen Kemaufbau herum geformt, der befähigt ist, beim Formungsvorgang zu expandieren, so daß der Gegenstand zufriedenstellend verfestigt wird. Der Kem kann aus einem expandierbaren Kunststoff gebildet sein oder alternativ ein aufblasbarer Schlauch (z. B. aus Silikongummi) sein, der nachher aus dem geformten Gegenstand entfernt werden kann. In jedem Fall kann ein kräftiger und dabei leichter Schlägerrahmen erzeugt werden, doch ist der Zusammenbau des Gegenstandes vor dem Formungsvorgang relativ kompliziert und führt zu hohen Lohnkostenanteilen bei der Massenherstellung. Weitere Nachteile bestehen darin, daß die verwendeten wärmehärtenden Harze während mehrerer Minuten auf entsprechend hoher Temperatur gehalten werden müssen, um die Aushärtung vorzunehmen, und daß für eine Massenherstellung deshalb eine Vielzahl von Formen erforderlich ist 2. Ein System aus Kurzfäden oder "Schnittfäden" und einer Haizmalrix.

Die zweite Klasse von verstärkten Kunststoffen, die sich für Schlägerrahmen eignet, besteht aus kurzen Einzelstücken aus Faserverstärkungsmaterial, die in einer Harzmatrix willkürlich verteilt sind. Das Harz kann entweder thermoplastisch oder wärmehärtend sein. Der Begriff "thermoplastisch" wird zur Bezeichnung eines Kunststoffes verwendet, der erweicht und bei erhöhten Temperaturen leicht fließt, bei Umgebungstemperaturen aber eine starre Form annimmt. Beispiele für solche Materialien sind Nylon, Polykarbonate, Polyphenyloxide, Acetat und andere sogenannte "Konstruktionsthermoplaste". Das Verstärkungsmaterial ist üblicherweise Glas oder Glasfaser, wenn hohe Festigkeit erforderlich ist. Die wärmehärtenden Harze können beispielsweise Epoxy-, Polyester- oder Phenolharze sein, wie sie im System 1 bereits beschrieben wurden.

Materialien der zweiten Klasse können beim sogenannten Spritzguß-Formungsvorgang angewendet werden. Im Falle von thermoplastischem Material wird dieses in der Trommel einer Spritzguß-Formmaschine erhitzt, bis es erweicht, und dann unter hohem Druck in eine kalte Form gezwungen, in der es abkühlt und erhärtet, um die Gestalt der Form anzunehmen. Im Falle von wärmehärtendem Material erfolgt das Einspritzen des im wesentlichen frei fließenden Matmals in eine beheizte Form, in der nachfolgend das Aushärten stattfindet.

Der vorstehend erläuterte Spritzgußvorgang ist ein beträchtlich schneller» Vorgang als der Herstellungs- und Formungsvorgang, bei dem kontinuierliche Faden und wärmehärtende Harze angewendet werden, wie dies vorher erläutert worden ist. Auch sind die Lohnkosten beträchtlich vermindert.

Spritzgußformen sind angewendet worden, um Schläger aus verstärktem thermoplastischen Kunststoff herzustellen. Obzwar diese Schläger einen gewissen wirtschaftlichen Erfolg hatten, haben sie nicht jene hohe -2-

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Steifigkeit und Festigkeit bei ausreichend niedrigem Gewicht, die für einen wirklich hoch-qualitativen Schläger erwünscht sind. Die bekannten thermoplastischen Schläger werden mit einem Kopfteil geformt, der nicht hohl ist, und ihr Verhältnis von Festigkeit: Gewicht oder Steifigkeit: Gewicht ist geringer als für hoch-qualitative Schläger erwünscht ist. Somit sind diese Schläger weniger steif und weniger kräftig als jene aus einer Kombination aus kontinuierlichen Fadenmaterialien und wärmehärtenden Harzen, die vorstehend im Zusammenhang mit der 1. Materialklasse erläutert wurden.

Obwohl die Verbesserung des Verhältnisses von Festigkeit: Gewicht und Steifigkeit: Gewicht durch hohle Ausbildung des Kopfteiles eines Schlägers offensichtlich »wünscht ist, ist es bisher nicht möglich gewesen, eine zufriedenstellende Verbesserung in Form eines einstückigen, spritzgegossenen Rahmens zu erreichen, und die vorliegende Erfindung zielt deshalb darauf ab, diese Aufgabe zu lösen.

So zeigt sich, daß es zur Optimierung der Gewichts- und Festigkeitseigenschaften zwar vorteilhaft ist, einen hohlen Kunststoffrahmenaufbau zu verwenden, doch mußten zufriedenstellende Hohlrahmen durch etwas aufwendige Herstellungsverfahren erzeugt werden. Ein bekanntes Herstellungsverfahren besteht, wie schon erwähnt, darin, daß ein Faden/Matrix-System der Klasse 1 um einen geeigneten Kem herum angeordnet wird. Ein alternatives Verfahren ist das Spritzgießen getrennter Komponenten aus Materialien der Klasse 2 und gegenseitiges Verbinden dieser Komponenten zur Bildung des gewünschten Hohlquerschnittes.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Spritzgußform zu schaffen, welche die Herstellung eines hohlen Ballschlägerrahmens aus thermoplastischem Kunststoff ermöglicht, der die erforderliche Kombination von Gewicht und Festigkeit eines hoch-qualitativen Schlägers aufweist und der durch Formung von Kunststoffmaterialien der erläuterten 2. Materialklasse auf einfache Weise hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Spritzgußform der einleitend angegebenen Art zeichnet sich dadurch aus, daß im Kem eine Reihe von Durchbrechungen ausgebildet ist und in der Form eine Reihe von Zapfen angeordnet ist, welche Zapfen sich mittig durch zumindest einige der Durchbrechungen des Kernes erstrecken, wobei zur Ausbildung hohler Rahmenstützen die Zapfen einen Durchmesser haben, der kleiner als jener der Durchbrechungen ist, und daß nach dem Aushärten des Kunststoffes die Zapfen entfembar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Form zurückziehbare Lagerzapfen angeordnet, die sich durch einige der im Kem ausgebildeten Durchbrechungen dichtend hindurch erstrecken und mittels Schultern am Kem anliegen.

Die erfindungsgemäße Spritzgußform ermöglicht es, eine zentral angeordnete Reihe von hohlen Stützen im Rahmeninneren einstückig mit dem Rahmen auszubilden.

Der Rahmen kann jede gewünschte Querschnittsform haben, die z. B. kreisförmig, oval oder rechteckig sein kann. Die letztere Querschnittsform wird bevorzugt, weil der kastenartige Querschnitt sehr hohe Verhältnisse von Steifkeit: Gewicht und Festigkeit: Gewicht ergibt. Die Wandstärke des Hohlraumes gemäß der Erfindung braucht nicht über die ganze Rahmenerstreckung gleich sein, es kann vielmehr vorteilhaft sein, die Stärke zu variieren, Zonen größerer oder kleinerer Dicke können vorgesehen werden, um das erforderliche Verhältnis Festigkeit: Gewicht und die Gleichgewichtseigenschaften zu optimieren. Beispielsweise kann die Wandstärke in den Schulterzonen des Rahmens, in denen im Gebrauch beträchtliche Spannungen auftreten, erhöht werden, oder es kann die Wandstärke im Scheitel des Kopfes vergrößert werden, um die Stoßfestigkeit zu verbessern. Ein besserer Weg zur Änderung dieser Eigenschaften über die Rahmenerstreckung besteht darin, den Rahmenquerschnitt anstelle der Wandstärke zu ändern, insbesondere weil sich Vorteile im Formungsverfahren ergeben und bei der anschließenden Glühbehandlung, wenn der Formkörper eine im wesentlichen einheitliche Wandstärke hat

Die tatsächlichen Abmessungen des angewendeten Hohlquerschnittes hängen natürlich von der Art des Schlägers ab, d. h. davon, ob der Schläger für Tennis, Squash oder Badminton bestimmt ist, und in ähnlicher Weise wird die Wandstärke von den Festigkeits- und Gewichtserfordemissen für das betreffende Spiel bestimmt. Der Fachmann kann leicht geeignete Abmessungen für die besonderen Anforderungen bestimmen. Lediglich als Beispiel sei erwähnt, daß eine anwendbare Wandstärke 2 mm betragen kann.

In der erfindungsgemäßen Spritzgußform kann ein schmelzbarer Kem angewendet werden, wie er beim Formen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Material bekannt und beispielsweise in der GB-PS 828.685 erläutert ist Zweckmäßig wird ein Kem aus einer Metallegierung verwendet, obwohl auch andere Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt angewendet werden können. Geeignete Materialien sind z. B. Wood's Metall (eine Legierung aus Blei, Zinn, Wismut und Kadmium) und die im Handel erhältlichen Arten, die unter den Namen Cerrobend (Schmelzpunkt etwa 70 °C), Cerrocast (160 - 170 °C) und Cerromatrix (165 -175 °C) bekannt sind. Der Kem wird zweclonäßig durch Spritzgießen gebildet

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer Spritzgußform, in der ein Metallkem für einen Schlägerrahmen angeordnet ist; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie (Π-Η) nach Fig. 1; Fig. 3 eine Ansicht eines geformten Schlägerrahmens; Fig. 4 eine Seitenansicht des Rahmens nach Fig. 3; Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen Abschnitt des Rahmens nach Fig. 3; Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie (VI- VI) in Fig. 5; Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Rahmenabschnittes, der teilweise nach der Linie (Vn-VII) in -3-

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Fig. 5 aufgebrochen ist, und die Fig. 8 bis 10 ähnliche Darstellungen wie die Fig. 5 bis 7 von einer Altemativausfiihrung der Stützen.

Aus Fig. 1 geht der Einfachheit halber nur jener Teil eines Formkernes und der Spritzgußform hervor, der dem Kronenteil bzw. dem oberen Teil eines Ballschlägerrahmens entspricht

Ein Kern (10) aus schmelzbarem Metall wird durch Spritzgießen hergestellt. Der Kern (10) hat die erforderliche Schlaufenform des Schlägerkopfes und kann auch, falls erwünscht, so verlangt sein, daß er einen dem Schaft des Schlägers entsprechenden Abschnitt umfaßt. Der Kern (10) weist eine Reihe von Durchbrechungen (11) auf, die den Kopfteil quer zur Schlaufe durchsetzen, wobei die Durchbrechungen den Bespannungslöchem des Schlägerrahmens entsprechen.

Der Kern (10) ist innerhalb einer entsprechend dimensionierten und geformten Spritzgußform (12) angeordnet und wird im Formnest (13) durch zurückziehbare Lagerzapfen (14) in der vorbestimmten Position gehalten. Dadurch verbleibt zwischen dem Kern und den Wänden des Formnestes (13) ein Hohlraum (15), der den auszubildenden Wänden des Rahmenformkörpers entspricht Ein Zapfen (16) erstreckt sich durch jede Durchbrechung (11) des Kernes (10). Die Mehrzahl der Zapfen (16) hat einen Durchmesser, der kleiner als jener der Durchbrechungen im Kem ist, so daß die Wände von Stützen des Rahmens geformt werden können. In Abständen von wenigen Zentimetern enüang des Kernes, etwa alle 15 cm, wird ein Lagerzapfen (14) größeren Durchmessers vorgesehen, der die betreffende Durchbrechung voll ausfüllt Diese Lagerzapfen sind mit Schultern (17) versehen, so daß sie am Kem um die jeweilige Durchbrechung herum zur Anlage gelangen. Die Schultern (17) sind so angeordnet, daß sie an jener Seite des Kernes angreifen, die den Einspritzöffnungen der Form gegenüberliegt, und halten dadurch den Kem gegen den Einspritzdruck fest in dieser Lage. Die Einspritzöffnungen liegen vorzugsweise an der Innenseite der Kopfschlaufe. Die Zapfen (14) größeren Durchmessers ergeben natürlich stützenfreie Durchbrechungen mit größerem Durchmesser als jener der Durchbrechungen, die sich durch die Stützen erstrecken. Diese größeren Durchbrechungen im Schläger können nachfolgend mit Buchsen, z. B. aus Kunststoff, ausgeldeidet werden. Die Lagerzapfen sind vorzugsweise den Einspritzöffnungen der Form benachbau angeordnet. (Es kann sich gegebenenfalls als überflüssig erweisen, Lagerzapfen um den gesamten Kem hemm anzuordnen. Vier Lagerzapfen, u. zw. jeweils einer auf jeder Seite der Schulterzone und in der Kronenzone, können beispielsweise ausreichen).

Faserverstärktes thermoplastisches Material wird in die Form eingespritzt und ausgehärtet.

Die Zapfen (14) und (16) werden dann zurückgezogen und der Formkörper mit seinem Kem wird aus der Form entfernt

Eine Anzahl von Formkörpern mit Kernen wird chargenweise einer Glühbehandlung unterworfen, beispielsweise in einem Druckluftofen. Die Glühtemperatur reicht aus, um die Metallkeme zu schmelzen und das geschmolzene Metall läuft aus den entsprechend angeordneten Druchbrechungen in den Formkörpem in geeignet aufgestellte Behälter. Beispielsweise können Drainagelöcher vorgesehen werden, wenn der Kopfteil und der Schaftteil einstückig ausgebildet werden, indem die Form so aufgebaut ist, daß das dem Kopf (21) abgekehrte Ende (19) des Schaftes (20) offen gelassen wird (Fig. 3 und 4). Die Formlinge können dann geglüht werden, während sie mit dem Ende (19) nach unten gekehrt aufgehängt sind. So kann der Erwärmungsvorgang zum Schmelzen des Kernes sehr zweckmäßig mit einem Glühvorgang kombiniert werden, der erwünscht sein kann, um innere Spannungen in den Formkörpem auszugleichen.

Eine mögliche Ausbildung eines geformten Rahmens ist in den Fig. 3 bis 6 gezeigt. Der Rahmen hat eine Kopfschlaufe (21) zum Bespannen und Arme (22), welche den Kopf mit einem Schaft (20) verbinden. Die Kopfschlaufe (21) hat Bespannungslöcher (23) in einer Nut (24), die sich über den Außenumfang des Kopfabschnittes erstreckt

Wie aus den Querschnitten nach den Fig. 5, 6 und 7 hervorgeht, ist der Rahmen ein hohler, kastenartiger Körper mit einer äußeren Wand (21A), einer (bezüglich der Kopfschlaufe) inneren Wand (21B) und Seitenwänden (21C) und (21D). Hohle Stützen (25) bilden die Bespannungslöcher (23) und wirken als Abstützung zwischen der äußeren Wand (21A) und der inneren Wand (21B). Die Stützen (25) und Löcher (23) sind entsprechend den Zapfen (16) des Kernes (10) in Fig. 1 angeordnet. Größerdurchmeßrige Bespannungslöcher (23A) entsprechen den Zapfen (14) des Kernes (10) in Fig. 1. Die Konstruktion nach Fig. 5 weist auch volle Stützen (27) und (28) auf, die zu beiden Seiten jedes der größeren Löcher (23A) liegen. Diese vollen Stützen sind ein fakultatives Merkmal, das zur Verstärkung des Rahmenabschnittes nahe den größeren Löchern dient. Sie werden durch entsprechende (nicht gezeigte) Löcher im Kem (10) ohne Zapfen geformt. Die größeren Löcher (23A) sind zweckmäßig mit Buchsen ausgekleidet, wie sie bei (26) gezeigt sind.

Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen ähnliche Ansichten wie die Fig. 5 bis 7 eines Schlägers mit Stützen in Form von Anschlägen bzw. Vorsprüngen, die sich anstelle einer zentral angeordneten Reihe von Stützen von den Seitenwänden nach innen erstrecken.

Der Rahmen ist wieder eine hohle, kastenartige Konstruktion mit einer Außenwand (31A), einer Innenwand (31B) und Seitenwänden (31C) und (31D). Stützen (32) erstrecken sich abwechselnd von der einen und von der anderen Seitenwand nach innen. Bespannungslöcher (33) sind in den Stützen ausgenommen. Bespannungslöcher (33A) mit größerem Durchmesser entsprechen der Anordnung der Lagerzapfen während des Formvorganges und werden durch ungelochte Stützen (32A) verstärkt, die zu beiden Seiten jedes Loches (33A) vorgesehen sind. -4-

Claims (2)

1. Nr. 390 759 Alle erforderlichen Endbearbeitungsvorgänge können nach den Wärmebehandlungsvorgängen ausgeführt werden, z. B. das Anpassen von Handgriffen, wenn diese nicht einstückig mit dem Rahmen ausgebildet sind, das Abdecken des Handgriffendes des Schaftteiles sowie das Bemalen und Bespannen. Die Verwendung von zurückziehbaren Zapfen in einer Spritzgußform und die Arbeitsweise sowie die allgemeine Ausbildung der Formen sind bekannt. Im Rahmen der Erfindung werden vorzugsweise Zapfen verwendet, die in etwa entbrechend geformten Ausnehmungen in der gegenüberliegenden Wand der Formkammer sitzen, wenn sie in der nicht zurückgezogenen Formungsstellung sind. Mit anderen Worten sind die Zapfen durch eine Wand der Formkammer zurückziehbar und sitzen in der ausgefahrenen Stellung in Ausnehmungen der gegenüberliegenden Wand. Wie schon erwähnt worden ist, kann es bei der Verwendung von größerdurchmeßrigen Lagerzapfen erwünscht sein, auf jeder Seite jeder größerdurchmeßrigen Durchbrechung des Formkörpers eine zusätzliche Verstärkung vorzusehen. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Kern jeweils zu beiden Seiten der Durchbrechungen, die zur Aufnahme der Lagerzapfen bestimmt sind, mit einer "sekundären" Durchbrechung versehen wird, wobei aber keine Zapfen vorgesehen werden, die diese "sekundären" Durchbrechungen durchsetzen. Auf diese Weise wird über die Länge des Formkörpers eine volle Stütze unmittelbar vor und hinter jeder stützenfreien Durchbrechung gebildet PATENTANSPRÜCHE 1. Spritzgußform mit einem schmelzbaren Kem zum Herstellen eines hohlen Ballschlägerrahmens mit einem Kopf und einem Schaft aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß im Kem (10) eine Reihe von Durchbrechungen (11) ausgebildet ist, und in der Form (12) eine Reihe von Zapfen (16) angeordnet ist, welche Zapfen (16) sich mittig durch zumindest einige der Durchbrechungen (11) des Kernes (10) erstrecken, wobei zur Ausbildung hohler Rahmenstützen die Zapfen (16) einen Durchmesser haben, der kleiner als jener der Durchbrechungen (11) ist und daß nach dem Aushärten des Kunststoffes die Zapfen (16) entfembar sind.
2. 2. Spritzgußform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Form (12) zurückziehbare Lagerzapfen (14) angeordnet sind, die sich durch einige der im Kem (10) ausgebildeten Durchbrechungen (11) dichtend hindurch erstrecken und mittels Schultern (17) am Kem (10) anliegen. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -5-