DE102006016173A1

DE102006016173A1 - Abstützung von Substraten beim Spritzguss- und Spritzpressprozess (Transfer-Moulding)

Info

Publication number: DE102006016173A1
Application number: DE200610016173
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Görtz (FH); Arnold Dipl.-Ing. Remuta (FH)
Original assignee: ROHWEDDER AG MICRO TECHNOLOGIE; ROHWEDDER AG MICRO TECHNOLOGIES-WERK BRUCHSAL; Maschinenfabrik Lauffer GmbH and Co KG
Current assignee: MA MICRO AUTOMATION GMBH, DE; MASCHINENFABRIK LAUFFER GMBH & CO KG, DE
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: DE102006016173B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff aufweisenden Teilen, insbesondere zum teilweisen Aufbringen von Kunststoff auf Halbzeuge (10), mit einem Werkzeug (1, 2), welches aus einem ersten Werkzeugteil (1) und einem zweiten Werkzeugteil (2) gebildet ist und welches einen Hohlraum (3, 3', 4) aufweist, der durch eine im ersten Werkzeugteil (1) ausgebildete erste Ausnehmung (3, 3') und eine im zweiten Werkzeugteil (2) ausgebildete zweite Ausnehmung (4) gebildet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (3, 3', 4) ein in eine Arbeitsstellung verstellbares Trägerelement (5) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zum Herstellen von Kunststoff (thermoplastisch oder duroplastisch) aufweisenden Teilen, insbesondere zum teilweisen Aufbringen von Kunststoff auf Halbzeuge, mit einem Werkzeug, welches aus einem ersten Werkzeugteil und einem zweiten Werkzeugteil gebildet ist.
Insbesondere beim Herstellen von Kunststoffteilen mittels Spritzgussformen treten innerhalb des in der Form ausgebildeten Hohlraums sehr hohe Drücke auf. Die beiden Formhälften, aus denen eine Spritzgießform üblicherweise besteht, müssen daher mit einer sehr großen Kraft, die regelmäßig wenigstens dem zweifachen des in dem Hohlraum vorhandenen Drucks entspricht, zusammengedrückt werden.
Bei bekannten Vorrichtungen zum Herstellen von Teilen, welche nur teilweise Kunststoff aufweisen, insbesondere zum Umspritzen, das heißt zum Einbetten von auf einer Trägerplatte angeordneten Bauelementen, wie beispielsweise elektronische Bauteile in Kunststoff mittels einer Spritzgussform, befindet sich immer ein Teil der Trägerplatte zwischen den beiden Werkzeugteilen. Dieser Bereich der Trägerplatte ist daher dem Druck ausgesetzt, mit der die beiden Werkzeugteile zusammengepresst werden. Hierdurch ist es nicht möglich, beliebige Trägerplatten zu verwenden. Würde man Trägerplatten aus Keramik oder Kunststoff verwenden, so würden diese wegen der hohen Kraft, welche die beiden Werkzeughälften auf sie ausüben würden, beschädigt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine eingangs genannte Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff aufweisenden Teilen, insbesondere zum teilweisen Aufbringen von Kunststoff auf Halbzeuge, derart auszubilden, dass beim Aufbringen von Kunststoff auf ein Teil die Gefahr einer Beschädigung nahezu nicht mehr besteht.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff aufweisenden Teilen, insbesondere zum teilweisen Aufbringen von Kunststoff auf Halbzeuge, mit einem Werkzeug, welches aus einem ersten Werkzeugteil und einem zweiten Werkzeugteil gebildet ist, und welches einen Hohlraum aufweist, der durch eine im ersten Werkzeugteil ausgebildete erste Ausnehmung und eine im zweiten Werkzeugteil ausgebildete zweite Ausnehmung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum ein in eine Arbeitsstellung verstellbares Trägerelement angeordnet ist.
Dadurch, dass in dem Hohlraum ein in eine Arbeitsstellung verstellbares Trägerelement angeordnet ist, ist es möglich, das Trägerelement unabhängig von der Schließkraft, mit der die beiden Werkzeugteile zusammengepresst werden, gegen eines der Werkzeugteile anzustellen. Hierdurch kann beispielsweise eine auf dem Trägerelement angeordnete Trägerplatte (Substrat) unabhängig von der Kraft, mit der die beiden Werkzeugteile zusammengepresst werden, gegen eines der Werkzeugteile angestellt werden. Es ist auch möglich, die Trägerplatte beziehungsweise das Substrat in einem geringen Abstand von dem betreffenden Werkzeugteil anzuordnen, so dass auf die Trägerplatte beziehungsweise das Substrat keine Anpresskraft einwirkt. Hierdurch kann die in dem betreffenden Werkzeugteil ausgebildete Ausnehmung verschlossen werden, woraufhin sie mit einer Kunststoffschmelze gefüllt werden kann. Nach dem Erstarren der Schmelze kann das Trägerelement wieder in seine Ruhestellung verstellt und die Trägerplatte dem Werkzeug entnommen werden.
Es ist nicht mehr erforderlich, das Trägerelement oder beispielsweise eine darauf angeordnete Trägerplatte mit einer hohen Kraft gegen das betreffende Werkzeugteil zu pressen. Zwischen dem Trägerelement und dem betreffenden Werkzeugteil beziehungsweise zwischen der Trägerplatte und dem betreffenden Werkzeugteil kann sogar ein Spalt vorhanden sein. Der Spalt darf jedoch maximal nur so groß sein, dass keine Kunststoffschmelze durch ihn hindurchtreten kann. Dies bedeutet, dass typische Spaltmaße im Bereich von etwa 10 bis 50 Mikrometer liegen.
Da die Trägerplatte nicht mehr dem Schließdruck der beiden Werkzeugteile ausgesetzt ist, besteht die Gefahr einer durch den Schließdruck hervorgerufenen Beschädigung nicht mehr.
Wenngleich durch den zwischen dem Trägerelement beziehungsweise der Trägerplatte und dem betreffenden Werkzeugteil vorhandenen Spalt auch Toleranzen und Unebenheiten des Trägerelements beziehungsweise der Trägerplatte ausgeglichen werden können, so hat sich dennoch eine Ausführungsform der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der das Trägerelement schwenkbar gelagert ist. Durch die schwenkbar gelagerte Anordnung des Trägerelements lassen sich Unebenheiten beziehungsweise Dicken-Toleranzen des Trägerelements beziehungsweise der Trägerplatte sehr gut ausgleichen. Auch hierdurch wird vermieden, dass die Trägerplatte beschädigt wird.
Als sehr vorteilhaft hat sich eine Ausbildung der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung erwiesen, bei der das Trägerelement auf einer Kalotte angeordnet ist, welche in einer der Kalotte entsprechenden Ausnehmung eines Gegenlagers angeordnet ist. Hierdurch wird auf einfache Weise eine zuverlässige, in alle Richtungen schwenkbare Anordnung des Trägerelements erreicht.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeugteil einen umlaufenden Bereich hat, welcher mit einem an dem zu bearbeitenden Teil beziehungsweise dem Halbzeug entsprechend ausgebildeten Bereich korrespondiert. Hierdurch wird eine zuverlässige Abdichtung der in dem Werkzeugteil angeordneten Ausnehmung erreicht.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der Verstellweg des Trägerelements einstellbar ist. Hierdurch lässt sich die Kraft, mit der das Trägerelement beziehungsweise eine auf dem Trägerelement angeordnete Trägerplatte gegen das betreffende Werkzeugteil drückt, beziehungsweise ein Spalt zwischen dem Trägerelement beziehungsweise der Trägerplatte und dem betreffenden Werkzeugteil einstellen. Der Verstellweg des Trägerelements kann beispielsweise mittels eines Anschlags begrenzt werden, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Position des Anschlags justierbar ist.
Als sehr vorteilhaft hat sich weiterhin eine Ausführungsform der Erfindung herausgestellt, bei der das Trägerelement in seiner Arbeitsstellung verriegelbar ist. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass sich die Position des Trägerelements beziehungsweise einer darauf angeordneten Trägerplatte, nachdem das Trägerelement in seine Arbeitsstellung verstellt wurde, beim Einleiten von Kunststoffschmelze in die Ausnehmung des betreffenden Werkzeugteils und den damit verbundenen Druckaufbau in der Ausnehmung nur sehr gering oder nicht mehr verändert.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, dass ein Substrat unabhängig von der Schließkraft, mit der die beiden Werkzeugteile aufeinandergepresst werden, und der Kraft, welche durch den Druck entsteht, mit der Kunststoffschmelze in die Ausnehmung des einen Werkzeugteils eingeleitet wird, in eine Position in dem in den zusammengepressten Werkzeugteilen angeordneten Hohlraum gebracht wird, in der es umspritzt werden kann. Hierbei wird einerseits ein Abdichten des partiell umspritzten Bereichs des Substrats erreicht und andererseits eine Beschädigung des Substrats aufgrund zu hoher Kräfte während des Spritzprozesses verhindert. Des Weiteren lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung Substrate mit Dickentoleranzen sowie unterschiedlicher Höhe ohne Umrüstvorgänge innerhalb eines definierten Dicken-Bereichs verarbeiten.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Die einzige Figur eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt.
Wie der Figur entnommen werden kann, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum partiellen Umspritzen einer Trägerplatte (Substrat) 10 ein erstes Werkzeugteil 1 und ein zweites Werkzeugteil 2 auf. Das erste Werkzeugteil 1 weist eine erste Ausnehmung 3, 3' auf. Das zweite Werkzeugteil 2 weist eine zweite Ausnehmung 4 auf. Die beiden Werkzeugteile 1, 2 werden, wie bei Spritzgussformen üblich, mit einer sehr großen Kraft zusammengedrückt.
In der zweiten Ausnehmung 4 ist ein plattenförmiges Trägerelement 5 angeordnet. Das Trägerelement 5 befindet sich auf einer Kalotte 6, welche in einer in einem als Gegenlager ausgebildeten Block 7 ausgebildeten Ausnehmung angeordnet ist. Die Ausnehmung entspricht der Geometrie der Kalotte 6, so dass diese in alle Richtungen schwenkbar in dem Block 7 angeordnet ist. Dies wird durch den Pfeil 6' dargestellt.
Durch das zweite Werkzeugteil 2 erstreckt sich ein als Zylinder ausgebildetes Betätigungselement 8, welches mit dem Block 7 verbunden ist. Das Betätigungselement 8 und somit der Block 7 sind axial verstellbar. Die Bewegungsrichtung des Betätigungselements 8 wird durch den Pfeil 8' dargestellt. Der Antrieb für das Betätigungselement 8 kann auf herkömmliche Weise ausgebildet sein.
An der dem zweiten Werkzeugteil 2 abgewandten Ende des Betätigungselements 8 ist ein als Keil ausgebildetes Blockierelement 9 angeordnet. Mittels des Blockierelements 9 lässt sich die Position des Betätigungselements 8 und damit des Trägerelements 5 fixieren. Hierzu kann das Blockierelement seitlich verschoben werden, wie dies durch den Pfeil 9' dargestellt ist.
Die ersten Ausnehmung 3, 3' des ersten Werkzeugteils 1 ist stufenförmig ausgebildet, wobei der dem zweiten Werkzeugteil 2 zugewandte Bereich 3 der ersten Ausnehmung 3, 3' einen vergrößerten Querschnitt hat. Die erste Ausnehmung 3, 3' ist mittels eines in der Figur nicht dargestellten Zuführkanals mit einer Kunststoffschmelze befüllbar.
Soll beispielsweise auf die Trägerplatte 10, welche auf ihrer Oberseite elektronische Bauelemente aufweist, partiell Kunststoff aufgebracht werden, wodurch die betreffenden elektronischen Bauelemente umspritzt werden, wird die Trägerplatte 10 auf dem Trägerelement 5 angeordnet. Danach werden die beiden Werkzeugteile 1, 2 mit großer Kraft zusammengedrückt. Nachdem die beiden Werkzeugteile 1, 2 zusammengedrückt sind, wird der Block 7 und damit die Kalotte 6, das Trägerelement 5 und somit die Trägerplatte 10 mittels des Betätigungselements 8, welches ein hydraulisch betätigter Zylinder oder ein Spindelantrieb sein kann, in eine definierte Position verstellt. Das Erreichen der Position kann beispielsweise mittels einer spezifizierten Kraft, mit der das Trägerelement 5 gegen das erste Werkzeugteil 1 drückt beziehungsweise mit der die Trägerplatte 10 gegen das erste Werkzeugteil 1 drückt, angezeigt werden. Es kann aber auch ein Anschlag, der vorzugsweise justierbar ist, vorhanden sein, gegen den beispielsweise der Block 7 angestellt wird. Des Weiteren kann das Betätigungselement 8 einen Positionsgeber aufweisen, mittels dem die definierte Position anzeigbar ist.
Wird das Trägerelement 5 beziehungsweise die Trägerplatte 10 gegen das erste Werkzeugteil 1 angestellt, erfolgt mittels der Kalotte 6 ein Ausgleich von möglichen Toleranzen des Trägerelements 5 beziehungsweise von möglichen Keilfehlern der Trägerplatte 10.
Nach dem Erreichen der definierten Position wird das Betätigungselement 8 mittels des Verriegelungselements 9 blockiert. Hierzu wird das Verriegelungselement 9 soweit verschoben, bis das Betätigungselement 8 und das Verriegelungselement 9 aufeinanderstoßen. Die Verriegelung des Betätigungselements 8 kann aber auch hydraulisch oder über einen Gewindetrieb erfolgen.
Die Verriegelung ist so ausgelegt, dass die Kräfte, welche durch den Spritzdruck und die Größe der zu umspritzenden Fläche definiert wird, aufgenommen werden.
Nachdem der Bereich 3' der ersten Ausnehmung 3, 3' mit dem verringerten Querschnitt mit Kunststoffschmelze gefüllt worden ist und die Kunststoffschmelze erstarrt ist, werden die beiden Werkzeugteile 1, 2 auseinanderbewegt, so dass die Trägerplatte 10 von dem Trägerelement 5 genommen werden kann. Im Anschluss daran wird das Trägerelement 5 mittels des Betätigungselements 8 wieder in seine Ruhestellung verstellt.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff aufweisenden Teilen, insbesondere zum teilweisen Aufbringen von Kunststoff auf Halbzeuge (10), mit einem Werkzeug (1, 2), welches aus einem ersten Werkzeugteil (1) und einem zweiten Werkzeugteil (2) gebildet ist, und welches einen Hohlraum (3, 3', 4) aufweist, der durch eine im ersten Werkzeugteil (1) ausgebildete erste Ausnehmung (3, 3') und eine im zweiten Werkzeugteil (2) ausgebildete zweite Ausnehmung (4) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (3, 3', 4) ein in eine Arbeitsstellung verstellbares Trägerelement (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (5) schwenkbar gelagert (6, 7) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (5) auf einer Kalotte (6) angeordnet ist, welche in einer der Kalotte (6) entsprechenden Ausnehmung eines Gegenlagers (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugteil (1) einen umlaufenden Bereich (1a) hat, welcher mit einem an dem zu bearbeitenden Teil beziehungsweise Halbzeug (10) entsprechend ausgebildeten Bereich korrespondiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellweg des Trägerelements (5) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (5) in seiner Arbeitsstellung verriegelbar ist.