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Die
Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zur Herstellung eines Kunststoffbauteils
in Varianten.
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Bauteile
der Außenhaut
von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise
als tiefgezogene Blechbauteile aus Stahl oder Aluminium hergestellt.
Aus Gewichtsgründen
werden mittlerweile jedoch auch nichttragende Bauteile der Außenhaut,
wie beispielsweise Front- und Heckklappen sowie Kotflügel und
Stoßfängerverkleidung
aus Kunststoff hergestellt. Die Herstellung dieser Kunststoffbauteile
erfolgt in der Regel in einem Spritzgießprozess, bei dem der plastifizierte
Kunststoff unter hohem Druck in ein mehrteiliges Spritzgießformwerkzeug
eingebracht wird, das eine Kavität
ausbildet, die als Negativform die äußere Geometrie des herzustellenden
Kunststoffbauteils abbildet.
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Aufgrund
der hohen optischen Anforderungen, die an Bauteile der Außenhaut
von Kraftfahrzeugen gestellt werden, kann eine Gratbildung, die
sich durch eine in der Kavitätsoberfläche des
Spritzgießwerkzeugs
vorhandene Trennfuge ausbildet, zumindest auf der Sichtseite des
Bauteils nicht akzeptiert werden. Eine solche Trennfuge kann sich
beispielsweise ergeben, wenn das Spritzgießwerkzeug austauschbare Werkzeugeinsätze aufweist,
die es ermöglichen,
mit demselben Spritzgießwerkzeug
Bauteile in Varianten, die abschnittsweise unterschiedliche Geometrien
aufweisen, herzustellen. Als Beispiel für ein Bauteil, das regelmäßig in unterschiedlichen Varianten
gefertigt wird, ist die hintere Stoßfängerverkleidung mit unterschiedlichen
Ausschnitten für
das oder die Endrohre der Abgasanlage. Viele Kraftfahrzeuge einer
Baureihe weisen in Abhängigkeit
von der verbauten Motorisierung unterschiedliche Abgasanlagen auf.
Während
schwächer
motorisierte Fahrzeuge häufig
nur ein Endrohr aufweisen, sind die Fahrzeuge mit größerer oder
stärkerer
Motorisierung häufig
mit Doppelendrohren ausgerüstet,
die zudem entweder direkt nebeneinander oder auch in einem größeren Abstand
links- und rechtsseitig
am Fahrzeugheck angeordnet sein können. Hochmotorisierte Kraftfahrzeuge
weisen häufig
auch vier Endrohre auf. Da sich die verschiedenen Stoßfängerverkleidungen lediglich
in einem Abschnitt geometrisch unterscheiden, ist es wirtschaftlich
sinnvoll, diese in ein- und demselben Spritzgießwerkzeug herzustellen und
lediglich denjenigen Bereich der Kavität, der diesen Abschnitt des
Bauteils ausbildet, durch austauschbare Werkzeugeinsätze ausbilden
zu lassen. Ein Problem hierbei ist jedoch, dass zwischen dem Einsatz sowie
dem Grundkörper
des Spritzgießwerkzeugs eine
Trennfuge entsteht, die zu der bereits erwähnten Gratbildung auf der oder
den Oberfläche(n)
des herzustellenden Bauteils führen
kann.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, diese Gratbildung zu kaschieren,
indem in dem Bauteil eine im Übrigen
funktionslose Nut vorgesehen und die Trennung zwischen dem Einsatz
und dem Grundkörper
des Spritzgießwerkzeugs
und folglich die Gratbildung in dem Bereich dieser Nut angeordnet wird.
Diese Art der Kaschierung der Gratbildung kann jedoch nur für Bauteile
mit geringen optischen Anforderungen angewendet werden. Für die Herstellung von
hochwertigen Außenhautbauteilen
wird dagegen üblicherweise
für jede
Bauteilvariante ein separates Spritzgießwerkzeug angeschafft, was
mit hohen Kosten verbunden ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Formwerkzeug anzugeben, mit dem eine kostengünstigere Herstellung eines
Kunststoffbauteils in Varianten ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Formwerkzeug
zur Herstellung eines Kunststoffbauteils in Varianten, das zumindest
einen Grundkörper
und zumindest einen in den Grundkörper integrierten Werkzeugeinsatz aufweist,
der für
die Herstellung der Varianten austauschbar ist, ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennfuge zwischen dem Werkzeugeinsatz und dem Grundkörper in
einem Randbereich eines Vorsprungs, der eine Nut des Kunststoffbauteils
ausbildet, angeordnet ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung
der Trennfuge in dem Formwerkzeug und die dadurch begründete Gratbildung
im Bereich des Nutrands und nicht – wie es aus dem Stand der
Technik bekannt ist – im
Nutgrund kann eine optisch weniger auffällige Positionierung der Gratbildung
gewählt werden.
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Das
erfindungsgemäße Formwerkzeug
ist vorteilhaft insbesondere zur Herstellung von solchen Kunststoffbauteilen
geeignet, die regelmäßig aus
einer bestimmten Blickrichtung betrachtet werden. Beispielsweise
werden Stoßfängerverkleidungen
von Kraftfahrzeugen aufgrund ihrer tiefen Platzierung am Fahrzeug
in der Regel schräg
von oben betrachtet. In diesen Fällen
kann es daher besonders vorteilhaft sein, die Trennfuge in einem
Blickschatten bezüglich dieser
Blickrichtung anzuordnen; folglich wird die durch die Anordnung
der Trennfuge in dem Formwerkzeug bedingte Gratbildung an einer
Stelle in der Fuge positioniert, die nicht direkt im Blickfeld eines Betrachters
liegt.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, einen Versatz zwischen dem Grundkörper und
dem Werkzeugeinsatz im Bereich der Trennfuge vorzusehen, durch den
die Gratbildung zumindest vermindert werden kann. Der Versatz kann
beispielsweise 0,2 mm betragen.
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Um
die optische Auffälligkeit
der Gratbildung zusätzlich
zu kaschieren, kann vorteilhafterweise weiterhin vorgesehen sein,
den überstehenden
Teil des Versatzes in Blickrichtung hinter dem zurückversetzten
Teil des Versatzes anzuordnen.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper und
der Werkzeugeinsatz im Bereich der Trennfuge korrespondierende Schrägflächen in
Form einer Fase aufweisen. Durch diese Gestaltung des Trennrands
des Werkzeugeinsatzes sowie des Grundkörpers bzw. der Trennebene zwischen
dem Grundkörper
und dem Werkzeugeinsatz kann ein beschädigungsfreies Positionieren
der Werkzeugteile zueinander begünstigt
werden. Als vorteilhaft hat sich hierbei eine Schräglage der Schrägflächen von
12° herausgestellt.
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Um
ein schnelles und einfaches Wechseln des Werkzeugeinsatzes ohne
eine lange Produktionsunterbrechungen zu ermöglichen kann weiterhin vorgesehen
sein, dass der Werkzeugeinsatz mit mindestens einem separaten Temperierkreis
versehen ist, der über
eine oder mehrere automatische Kupplungen mit zumindest einer Zuleitung
in dem Grundkörper
verbunden sein kann.
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Das
Herausdrücken
des Werkzeugeinsatzes aus dem Grundkörper kann vorzugsweise mittels
eines Hydraulikzylinders oder einem vergleichbaren Antrieb, beispielsweise
einer mittels eines Elektromotors angetriebenen Spindel, bewegt
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1:
ein aus dem Stand der Technik bekanntes Formwerkzeug zur Herstellung
eines Kunststoffbauteils in Varianten in einer Schnittdarstellung;
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2:
den Ausschnitt A gemäß der 1 in einer
vergrößerten Darstellung;
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3:
ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug
zur Herstellung eines Kunststoffbauteils in Varianten in einer Schnittdarstellung;
und
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4:
den Ausschnitt B gemäß der 3 in einer
vergrößerten Darstellung.
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In
der 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes
Formwerkzeug zur Herstellung eines Kunststoffbauteils in Varianten
dargestellt. Bei dem Kunststoffbauteil handelt es sich um die Verkleidung des
hinteren Stoßfängers eine
Kraftfahrzeugs. Das Formwerkzeug ist als Spritzgießformwerkzeug
ausgeführt,
so dass die Stoßfängerverkleidung
durch Einbringen eines plastifizierten Kunststoffs in eine Kavität des Spritzgießformwerkzeugs
und das dortige Aushärten
des Kunststoffs gebildet wird.
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Das
(Spritzgieß-)Formwerkzeug
weist eine erste Formwerkzeughälfte
(Matrize 1) sowie eine zweite Formwerkzeughälfte (Kern 2)
auf. Sowohl die Matrize 1 als auch der Kern 2 sind
jeweils zweiteilig ausgeführt,
bestehend aus jeweils einem Grundkörper 11, 21 mit
einer Ausnehmung im Bereich der Kavität, in die passgenau ein entsprechender
Werkzeugeinsatz 12, 22 eingesetzt und dort fixiert
werden kann. Die sich gegenüberliegenden
Werkzeugeinsätze 12, 22 der
Matrize 1 sowie des Kerns 2 bilden einen Bereich
der Kavität 3 des
Formwerkzeugs aus, wobei dieser Bereich der Kavität 3 wiederum
den unteren Teil der herzustellenden Stoßfängerverkleidung ausbildet.
Durch einen paarweisen Austausch der Werkzeugeinsätze 12, 22 gegen
entsprechende andere Werkzeugeinsätze, die eine leicht differenzierte Kavität ausbildet,
ist es möglich,
mit dem in der 1 dargestellten Formwerkzeug
Stoßfängerverkleidungen
in Varianten, d. h. mit im Bereich der Werkzeugeinsätze unterschiedlichen
Geometrien herzustellen, ohne dass hierfür die Anschaffung von zwei
oder mehreren vollständigen
Formwerkzeugen erforderlich wäre.
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Ein
Nachteil bei der Verwendung derartiger Werkzeugeinsätze zur
Herstellung von Kunststoffbauteilen in Varianten ist, dass die Trennfuge 4 zwischen den
Grundkörpern 11, 21 sowie
den Werkzeugeinsätzen 12, 22 der
Matrize 1 sowie des Kerns 2 zu einer Gratbildung
an den Stoßfängerverkleidungen führen kann,
was in der Regel zumindest auf deren Sichtseite aus Qualitätsgründen nicht
akzeptiert werden kann. Um die optische Auffälligkeit dieser Gratbildung
zu reduzieren, d. h. um diese zu kaschieren, ist bei dem Formwerkzeug
der 1 vorgesehen, die Trennfuge 4 zwischen
den Grundkörpern
und den Werkzeugeinsätzen
so anzuordnen, dass die Gratbildung in einer Nut der Stoßfängerverkleidung
verläuft, wodurch
diese – in
Abhängigkeit
von der Blickrichtung (siehe Pfeil 6 in den 1 bis 4),
die bei Stoßfängerverkleidungen
von Kraftfahrzeugen in der Regel schräg von oben erfolgt (siehe Pfeil
in den 1 bis 4) – weniger auffällig erscheint.
Im Stand der Technik ist die Anordnung der Trennfuge 4 stets
mittig auf der die Nut ausbildenden Erhebung 5 des Formwerkzeugs
vorgesehen; die Gratbildung ergibt sich bei dem herzustellenden
Bauteil folglich stets im Nutgrund. Es hat sich jedoch gezeigt,
dass diese Art der Kaschierung auch bei einem schrägen Betrachtungswinkel,
wie er in den Figuren dargestellt ist, für ein hochqualitatives Erscheinungsbild
nicht ausreichend ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Formwerkzeug,
wie es in der 2 dargestellt ist, ist daher
vorgesehen, die Trennfuge 104 zwischen dem Werkzeugeinsatz 112 und
dem Grundkörper 111 der
Matrize 101, die die Sichtseite der Stoßfängerverkleidung ausgebildet,
in einem Randbereich des Vorsprungs 105 anzuordnen, der
die Nut der Stoßfängerverkleidung
ausbildet. Wie in der Vergrößerung der 4 gut
zu erkennen ist, kann durch das Anordnen der Trennfuge 104 bzw.
der durch die Trennfuge 104 begründeten Gratbildung in den Randbereich
der Nut des Kunststoffbauteils bei einer Blickrichtung von schräg oben eine
deutlich bessere optische Kaschierung der Gratbildung erreicht werden.
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Im Übrigen entspricht
der Aufbau des Formwerkzeugs der 2 demjenigen
der 1.
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Die
Verlagerung der Trennfuge 104 in den Randbereich des Vorsprungs 105,
der die Nut der Stoßfängerverkleidung
ausbildet, erfolgt in der in der 2 dargestellten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs
durch die Ausbildung des Grundkörpers 111 sowie
des Werkzeugeinsatzes 112 im Bereich der Trennfuge 104 als
korrespondierende Schrägflächen in
Form einer Fase. Diese Ausgestaltung dient – neben der bereits genannten,
der Kaschierung einer möglichen
Gratbildung dienenden Funktion – auch
einer Vereinfachung des Auswechselns des Werkzeugeinsatzes 112.
Bei dem Formwerkzeug gemäß der 1,
wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, besteht grundsätzlich die Schwierigkeit,
den Werkzeugeinsatz 12 ohne eine Beschädigung der angrenzenden Kanten
des Grundkörpers 11 auszuwechseln.
Durch die ebene Ausbildung der die Trennfuge 4 bildenden
Trennebene bei dem Formwerkzeug der 1 muss ein
Einsetzen des Werkzeugeinsatzes 12 in die Ausnehmung des Grundkörpers 11 daher äußerst genau
erfolgen, um eine Beschädigung
der angrenzenden Kante des Grundkörpers 11 durch den
Werkzeugeinsatz 12 zu vermeiden. Da dies jedoch nicht stets
vermieden werden kann, müssen
die Kanten des Grundkörpers 11 über den
Betriebszeitraum des Formwerkzeugs regelmäßig nachbearbeitet werden,
um auch nach längerer
Betriebszeit ein optisch noch befriedigendes Erscheinungsbild des
Bauteils zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der die Trennfuge 104 ausbildenden Trennebene mit Schrägflächen in Form
einer Fase führt
dagegen zu einer Selbstzentrierung des Werkzeugeinsatzes 112 beim
Einsetzen in die Ausnehmung des Grundkörpers 111, so dass eine
Beschädigung
der angrenzenden Kante des Grundkörpers 111 auf einfache
Weise vermieden werden kann. Die Schrägflächen des Werkzeugeinsatzes 112 bzw.
des Grundkörpers 111 weisen
hierzu eine Schräglage
im Verhältnis
zu dem weiteren Verlauf der Trennebene von 12° auf.
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Die
Werkzeugeinsätze 112, 122 bei
dem erfindungsgemäßen Formwerkzeug
gemäß der 2 sind
weiterhin mit separaten Temperierkreisen (nicht dargestellt) versehen.
Das Ankuppeln dieser Temperierkreise an entsprechende Leitungen
(nicht dargestellt) in den Grundkörpern 111, 121 erfolgt
automatisiert mittels handelsüblicher
Verschlusskupplungen (nicht dargestellt) oder über O-Ringe (nicht dargestellt).
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Die
Werkzeugeinsätze 112, 122 sind
weiterhin im oberen Bereich (in Einbaulage) mit einem Hebegewinde
(nicht dargestellt) versehen. Das Hebegewinde dienen der Aufnahme
eines Hebeelements, mit dem die Werkzeugeinsätze 112, 122 aus
den jeweiligen Grundkörpern 111, 121 des
Formwerkzeugs herausgehoben werden können.
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Beim
Einschieben der Werkzeugeinsätze 112, 122 in
die Ausnehmungen der Grundkörper 111, 221 können diese über lange
Pinolen (nicht dargestellt) geführt
werden, um eine Beschädigung
der Kanten der Grundkörper 111, 221 oder
der Werkzeugeinsätze 112, 122 zu
vermeiden. Die Pinolen wiederum können mit Kunststoffkappen versehen
sein, um wiederum eine Beschädigung
der Grundkörper 111, 121 während der
Montage zu vermeiden.
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Eine
Fixierung der Werkzeugeinsätze 112, 122 in
den Grundkörpern 111, 221 kann
beispielsweise durch Verschrauben oder auch durch handelsübliche hydraulische
Spannelemente erfolgen.
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Weiterhin
können
Hydraulikzylinder (nicht dargestellt) zum Herausdrücken der
Werkzeugeinsätze 112, 122 aus
den Grundkörpern 111, 121 vorgesehen
sein.