DE102005012106A1

DE102005012106A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102005012106A1
Application number: DE102005012106A
Authority: DE
Inventors: Joachim Flaig; Michael Dipl.-Ing. König (FH)
Original assignee: Magna Exteriors Germany GmbH
Current assignee: Magna Exteriors Germany GmbH
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: DE102005012106B4; US20060202390A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils vorgestellt. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Kunststoffmaterial in eine Kavität (12) eingebracht und dann mit einer Werkzeugvorrichtung (10) eine erste Kraft auf das Kunststoffmaterial ausgeübt, mit der dieses geprägt wird. Zusätzlich erfolgt eine zweite Krafteinleitung, die eine zweite Kraft auf das Kunststoffmaterial ausübt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Werkzeug und eine Werkzeugvorrichtung zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils mittels einer Spritzprägetechnik.

Hintergrund der Erfindung

Spritzprägeverfahren, bei denen Bauteile durch Einspritzen eines Kunststoffmaterials bzw. einer Formmasse in eine sogenannte Kavität bzw. ein Formnest und anschließendes Prägen der Formmasse hergestellt werden, sind insbesondere bei der Erzeugung flächiger Bauteile bekannt. Bei diesen Verfahren wird zunächst mittels geeigneter Düsen das Kunststoffmaterial in erwärmtem und formbarem Zustand in die Kavität, die entsprechend der Form des herzustellenden Bauteils ausgebildet ist, eingebracht. Anschließend wird mit einer Werkzeugvorrichtung in einer sogenannten Schließbewegung eine Kraft auf das Kunststoffmaterial ausgeübt, dieses somit geprägt und dadurch das Bauteil entsprechend der Vorgabe geformt.

Nach dem Formen werden die Bauteile dem Formnest entnommen und anschließend regelmäßig lackiert, um erwünschte Oberflächeneffekte zu bewirken.

Die für diese Verfahren bekannten Vorrichtungen bzw. Werkzeuge sind dazu ausgelegt, das die Formmasse in erwärmtem Zustand aufnehmende Formnest zu halten und auf dieses eine in eine Richtung gerichtete Kraft zum Prägen des zu fertigenden Bauteils auszuüben. Während des Prägens wird die Vorrichtung üblicherweise gekühlt oder nach Bedarf temperiert.

Es hat sich herausgestellt, dass mit bekannten Spritzgießverfahren, insbesondere bei komplexen Bauteilen, unbefriedigende Ergebnisse zu erzielen sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Kunststoffbauteils, sieht vor, dass ein Kunststoffmaterial in eine Kavität eingebracht wird und durch eine erste Krafteinleitung über eine Werkzeugvorrichtung in einer Schließbewegung der Werkzeugvorrichtung auf das Kunststoffmaterial eine erste Kraft ausgeübt wird und dieses somit geprägt wird. Zusätzlich erfolgt mindestens eine zweite Krafteinleitung, die eine zweite Kraft auf das Kunststoffmaterial ausübt. Diese unterschiedlichen Krafteinleitungen erfolgen in der Regel zur gleichen Zeit und bewirken somit gemeinsam das Prägen des Kunststoffmaterials.

Als Kunststoffmaterial bzw. Form- oder Hinterfüllmasse eignen sich insbesondere thermoplastische und duroplastische Materialien, wie bspw. Polypropylen.

Die mindestens zweite Kraft ist vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraft gerichtet und wirkt üblicherweise an einer anderen Stelle auf das Kunststoffmaterial ein. Es ist zu beachten, dass somit während des Schließvorgangs der Werkzeugvorrichtung, der ein Prägen des Kunststoffmaterials bewirkt, an verschiedenen Stellen unterschiedlich gerichtete Kräfte auf das in der Kavität aufgenommene Kunststoffmaterial ausgeübt werden können und somit komplexe und dünnwandige Bauteile spannungsarm, verzugsfrei und sehr genau hergestellt werden können. Ebenso ist die Herstellung stark gekrümmter Bauteile vereinfacht.

In bevorzugter Ausgestaltung wird vor dem Einbringen des Kunststoffmaterials eine Folie in die Kavität eingelegt, die sich mit dem anschließend eingebrachten Kunststoffmaterial verbindet und die Oberfläche des hergestellten Bauteils bildet. Auf diese Weise entfällt ein nachfolgendes Lackieren und somit ein zusätzlicher Verfahrensschritt. Diese Folie kann durch ein Laminat mehrerer Schichten gebildet sein.

Vorzugsweise wird das Kunststoffmaterial in die Kavität mittels mindestens einer Spritzdüse eingespritzt. Die Düsen sind bevorzugt derart angeordnet, dass ein direktes Einspritzen des Kunststoffmaterials in die Kavität und bei bereits eingelegter Folie ein direktes Spritzen des Kunststoffmaterials auf eine Rückseite der Folie möglich ist. Auf diese Weise können Kaltkanäle vermieden werden.

In bevorzugter Ausgestaltung wird die Werkzeugvorrichtung während des Prägevorgangs gekühlt oder nach Bedarf temperiert.

Das erfindungsgemäße Werkzeug dient zum Herstellen eines Bauteils und insbesondere zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens und ist ausgelegt, eine erste über eine Schließbewegung einer Werkzeugvorrichtung vermittelte Kraft auf ein in eine Kavität eingebrachtes Kunststoffmate rial und zusätzlich eine zweite Kraft auf das Kunststoffmaterial ausüben.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug eine Bewegungseinrichtung, bspw. ein Hydraulikzylinder, zum Ausüben der zweiten Kraft vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung dient zum Herstellen eines Bauteils und insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese weist eine Abgabeeinrichtung zum Einbringen eines Kunststoffmaterials in eine Kavität und eine erste Bewegungseinrichtung zum Durchführen einer Schließbewegung der Werkzeugvorrichtung auf, durch die eine erste Kraft auszuüben ist und somit ein Prägen des in der Kavität enthaltenen Kunststoffs zu bewirken ist. Die Werkzeugvorrichtung ist derart ausgebildet, dass zusätzlich eine Ausübung einer zweiten Kraft auf das Kunststoffmaterial zu bewirken ist.

Es ist somit ermöglicht, an verschiedenen Stellen unterschiedlich gerichtete Kräfte auf das Kunststoffmaterial zum Prägen einzuleiten.

Zum Ausüben der zweiten Kraft kann eine zweite Bewegungseinrichtung, bspw. ein Hydraulikzylinder, vorgesehen sein.

Die Abgabeeinrichtung umfasst regelmäßig eine Spritzeinrichtung mit mindestens einer Spritzdüse.

Diese mindestens eine Spritzdüse ist vorzugsweise derart angeordnet, dass diese ein direktes Einspritzen in die Kavität ermöglicht, so dass Kaltkanäle vermieden werden können. Ist bereits vor dem Spritzvorgang eine Folie in die Kavität eingelegt, so kann mit den derart angeordneten Düsen direkt auf eine Seite der Folie, nämlich auf die Rück fläche der Folie, gespritzt werden. Die Vorderfläche der Folie bildet dann die Oberfläche des hergestellten Bauteils.

In bevorzugter Ausgestaltung der Werkzeugvorrichtung ist außerdem mindestens ein Hydraulikzylinder vorgesehen, mit dem während des Prägens eine Öffnung der Kavität geschlossen werden kann.

Vorzugsweise ist eine Kühleinrichtung bereitgestellt, mit der die gesamte Anordnung gekühlt oder temperiert werden kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurzbeschreibung der Erfindung
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung.
Detaillierte Beschreibung
In 1 ist in einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, dargestellt, die auf ein Werkzeug 11 einwirkt.
Diese Werkzeugvorrichtung 10 umgibt eine Kavität 12, das sogenannte Formnest, in das das zu formende Kunststoffmaterial einzubringen ist.
Die Werkzeugvorrichtung 10 nimmt einen Rahmen 14 auf. Zusätzlich zu erkennen sind eine Anzahl von Hydraulikzylindern 16, zwei in die Kavität 12 gerichtete Spritzdüsen 18 und eine alternative Hilfsspritzdüse 20. In der praktischen Anwendung sind üblicherweise entweder die Spritzdüsen 18 oder die alternative Hilfsspritzdüse vorgesehen.
In die Kavität 12 ist, mit gestrichelten Linien dargestellt, eine Folie 22 eingelegt, die sich während des Prägens mit dem Kunststoffmaterial verbindet und schließlich die Oberfläche des gefertigten Bauteils bildet.
Bei der Fertigung wird somit zunächst die Folie 22 in die Kavität 12 eingelegt. Daraufhin wird das Werkzeug 11 bis auf einen gewünschten Prägespalt 23 geschlossen. Anschließend wird mit den Spritzdüsen 18 das Kunststoffmaterial in die Kavität 12 eingebracht. Dabei sind die Spritzdüsen 18 derart angeordnet, dass diese direkt in die Kavität 12 und zwar direkt auf die Rückfläche der Folie 22 spritzen. Auf diese Weise werden Kaltkanäle vermieden.
Anschließend erfolgt der Prägevorgang, der in diesem Fall durch eine in Richtung des Pfeils 24 ausgeübte Bewegung einer Hälfte der Werkzeugvorrichtung 10 mit einer ersten Bewegungseinrichtung 25 bewirkt wird. Zu erkennen ist, dass durch diese Bewegung auf das Kunststoffmaterial eine Kraft in Richtung des Pfeils 24 eingeleitet wird, das heißt, dieses wird zusammengepresst und somit geprägt und geformt.
Zusätzlich zu dieser Schließbewegung erfolgt eine weitere durch den Hydraulikzylinder 16 und eine Schräge 28 bewirkte Bewegung in Richtung eines Pfeils 26 mit mindestens einem Teil des Rahmens 14 an der linken Seite der Werkzeugvorrichtung 10. Auf diese Weise erfolgt eine weitere Krafteinleitung, das heißt, dass eine zweite Kraft auf das Kunststoffmaterial in der Kavität 12 ausgeübt wird, die vorzugsweise senkrecht zu der durch die Schließbewegung bedingte Kraft gerichtet ist. Entsprechendes erfolgt auf der rechten Seite der Werkzeugvorrichtung 10.
Mit den Hydraulikzylindern 16 kann während des Prägevorgangs eine Öffnung der Kavität 12 geschlossen werden. Die alternative Spritzdüse 20 kann alternativ Kunststoffmaterial in die Kavität 12 einbringen.
Durch geeignetes Anordnen mehrerer Bewegungseinrichtungen, insbesondere durch die Wahl der Stellen der Krafteinleitungen und der Richtungen der eingeleiteten Kräfte, können somit komplexe, dünnwandige und auch stark gebogene Bauteile gefertigt werden. Dies gilt sowohl für Ein- als auch für Mehrkavitätwerkzeuge.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, bei dem ein Kunststoffmaterial in eine Kavität (12) eingebracht wird, durch eine erste Krafteinleitung über eine Werkzeugvorrichtung (10) in einer Schließbewegung der Werkzeugvorrichtung (10) auf das Kunststoffmaterial eine erste Kraft ausgeübt und dieses somit geprägt wird, und zusätzlich mindestens eine zweite Krafteinleitung, die eine zweite Kraft auf das Kunststoffmaterial ausübt, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zweite Kraft im wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraft gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem vor dem Einbringen des Kunststoffmaterials eine Folie (22) in die Kavität (12) eingelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Kunststoffmaterial in die Kavität (12) eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Kunststoffmaterial direkt auf eine Rückseite der Folie (22) gespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Werkzeugvorrichtung (10) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Werkzeugvorrichtung (10) temperiert wird.
Werkzeug zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ausgelegt ist, eine erste über eine Schließbewegung einer Werkzeugvorrichtung (10) vermittelte Kraft auf ein in eine Kavität (12) eingebrachtes Kunststoffmaterial und zusätzlich eine zweite Kraft auf das Kunststoffmaterial auszuüben.
Werkzeug nach Anspruch 8, bei dem eine zweite Bewegungseinrichtung zum Ausüben der zweiten Kraft vorgesehen ist.
Werkzeug nach Anspruch 9, bei dem als zweite Bewegungseinrichtung ein Hydraulikzylinder (16) dient.
Werkzeugvorrichtung zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Abgabeeinrichtung zum Einbringen eines Kunststoffmaterials in eine Kavität (12), einer ersten Bewegungseinrichtung (25) zum Durchführen einer Schließbewegung der Werkzeugvorrichtung (10), durch die eine erste Kraft auszuüben ist und somit ein Prägen des in der Kavität (12) enthaltenen Kunststoffmaterials zu bewirken ist, wobei die Werkzeugvorrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass zusätzlich eine Ausübung einer zweiten Kraft auf das Kunststoffmaterial zu bewirken ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem außerdem eine zweite Bewegungseinrichtung zum Ausüben der zweiten Kraft vorgesehen ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 12, bei der als zweite Bewegungseinrichtung ein Hydraulikzylinder (16) dient.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Abgabeeinrichtung eine Spritzeinrichtung mit mindestens einer Spritzdüse (18) ist.
Werkzeugvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die mindestens eine Spritzdüse (18) derart angeordnet ist, dass diese ein direktes Einspritzen in die Kavität (12) ermöglicht.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der eine Kühleinrichtung vorgesehen ist.
Werkzeugvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der eine Temperiereinrichtung vorgesehen ist.