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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Spritzgussvorrichtungen und insbesondere
Formwerkzeuge, die das Herstellen von Stücken mit einem Metallkern und
einem um den Metallkern umspritzten äußeren Kunststoffteil erlauben,
der eine schrägverzahnte Außenfläche hat.
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Hintergrund der Erfindung
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Spritzguss-Formwerkzeuge
zur Herstellung von Stücken
aus Kunststoffmaterialien sind gegenwärtig allgemein bekannt. Diese
Formwerkzeuge umfassen allgemein einen feststehenden Teil und einen
beweglichen Teil, der mit dem feststehenden Teil geschlossen werden
kann, und einen Hohlraum, der die Geometrie des herzustellenden
Stückes
hat und zwischen dem beweglichen Teil und dem feststehenden Teil
konfiguriert ist. Das Kunststoffmaterial wird in den Hohlraum durch
Einspritzkanäle
eingespritzt. Sobald sich das Kunststoffmaterial verfestigt hat, wird
der bewegliche Teil des Formwerkzeugs geöffnet, um das Entnehmen oder
Entformen des geformten Kunststoffstückes zu ermöglichen.
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Ferner
ist die Herstellung von Stücken
bekannt, die einen Metallkern und einen äußeren Kunststoffteil umfassen.
Um diese Stücke
aus zwei Werkstoffen herzustellen, wird eine Spritzgussform verwendet,
die eine Konfiguration ähnlich
der vorstehend beschriebenen hat, jedoch mit der Besonderheit, dass
der Metallkern (der in einem separaten Prozess hergestellt wird)
innerhalb des Formhohlraums angeordnet wird und anschließend das
Kunststoffmaterial auf den genannten Metallkern aufgespritzt wird.
Als Ergebnis wird das Stück
aus zwei Werkstoffen erhalten.
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Die
Entnahme der durch Spritzguss hergestellten Stücke besteht im Allgemeinen
aus dem Trennen des beweglichen Formwerkzeugteils von dem feststehenden
Teil, so dass zwischen den beiden Teilen ausreichend Raum vorhanden
ist, um das Entnehmen des Spritzgussstückes zu erlauben. Ein Problem
tritt auf, wenn die äußere Konfiguration
des hergestellten Stückes
komplex ist (beispielsweise ein schrägverzahntes Zahnrad) und es
nicht möglich
ist, dieses aus dem feststehenden Formwerkzeugteil zu entnehmen.
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Um
komplizierte Stücke
zu erhalten, wie zum Beispiel ein schrägverzahntes Zahnrad, wird im
allgemeinen ein Stück
mit einer glatten Außenfläche durch
Spritzguss hergestellt, das anschließend zur Herstellung der Schrägverzahnung
spanend bearbeitet werden muss.
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Beschreibung der Erfindung
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Spritzguss-Formwerkzeug zur Herstellung von
ringförmigen
Stücken
mit einer gezahnten Außenfläche (beispielsweise
schrägverzahnte
Zahnräder),
enthaltend einen feststehenden Teil und einen beweglichen Teil, der
mit dem feststehenden Teil geschlossen werden kann, um einen Spritzgusshohlraum
zu bilden. Wie üblich
kann das Spritzgussmaterial (beispielsweise Kunststoff) in den Spritzgusshohlraum
durch Einspritzeinrichtungen eingebracht werden. Der bewegliche Teil
des Formwerkzeugs wird entfernt, um das Spritzgussstück zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Formwerkzeug
ist speziell konstruiert, um die Entnahme des Spritzgussstückes aus
dem feststehenden Formwerkzeugteil zu erlauben, wenn das Stück eine
gezahnte Außenfläche hat,
wie zum Beispiel ein schrägverzahntes
Zahnrad, ohne dass eine nachfolgende spanende Bearbeitung erforderlich
ist.
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Gemäß der Erfindung
enthält
der feststehende Teil des Spritzguss-Formwerkzeugs:
ein ringförmiges Tragstück mit radialen
Nuten, die in dem gesamten Stück
verteilt sind (vorzugsweise sind die Nuten gleichmäßig über den
gesamten Umfang des Tragstückes
verteilt),
eine Vielzahl von Formgebungsstücken, die sich in den radialen
Nuten des ringförmigen
Tragstückes
bewegen können,
wobei ein Abschnitt der Formgebungsstücke ein Profil hat, das einem
Teil der Geometrie des herzustellenden Stückes entspricht, und
eine
Bewegungseinrichtung, die dafür
konfiguriert ist, die Formgebungsstücke in den radialen Nuten dergestalt
zu bewegen, dass sie eine erste Position einnehmen können, in
welcher die Profile der Formgebungsstücke eine durchgehende Oberfläche bilden, welche
die vollständige
Geometrie der gezahnten Außenfläche des
herzustellenden Stückes
wiedergibt, und eine zweite Position, in welcher die Formgebungsstücke das
Entnehmen des hergestellten Stückes
erlauben.
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Die
erste Position entspricht einer Position, in welcher die Formgebungsstücke radial
bewegt wurden, so dass sie sich der Mitte des ringförmigen Tragstückes annähern und
eine annähernd
kreisförmige
durchgehende Oberfläche
bilden (mit einer Geometrie, die der gezahnten Außenfläche des
herzustellenden Stückes
entspricht). In der zweiten Position wurden die Formgebungsstücke radial
bewegt, so dass sie sich von der Mitte des ringförmigen Tragstücks entfernen
und einen Freiraum zwischen der gezahnten Außenfläche des herzustellenden Stückes und
den Formgebungsstücken
belassen, was die Entnahme des durch Spritzguss hergestellten Stückes erlaubt.
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Der
bewegliche Teil kann einen Führungsteil mit
einem ringförmigen
Vorsprung mit einem schräg verlaufenden
Abschnitt (beispielsweise einer divergierenden Kegelstumpfkonfiguration)
enthalten und die Formgebungsstücke
können
eine schräg
verlaufende Nut haben, die so konfiguriert ist, dass sie die Aufnahme
des ringförmigen
Vorsprungs des Führungsteils
erlaubt, so dass dann, wenn sich der bewegliche Teil bewegt und
an den feststehenden Teil annähert,
um die Form zu schließen,
der Führungsteil
die Formgebungsstücke
in die erste Position bewegt (die erste Position wird erreicht,
wenn die Form vollständig
geschlossen ist und der bewegliche Teil mit dem feststehenden Teil
gekoppelt ist), und dann, wenn sich der bewegliche Teil von dem
feststehenden Teil weg bewegt, um das Formwerkzeug zu öffnen, der
Führungsteil
die Formgebungsstücke
in die zweite Position bewegt (die zweite Position wird erreicht,
wenn die Form geöffnet
ist und der bewegliche Teil von dem feststehenden Teil mit einem
Abstand getrennt ist, der die Entnahme des hergestellten Stückes erlaubt).
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Der
feststehende Teil des Formwerkzeugs kann Einspritzkanäle aufweisen,
die dafür
konfiguriert sind, den Durchtritt einer Spritzgussmasse in den Spritzgusshohlraum
aus der Spritzeinrichtung zu erlauben.
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Das
Formwerkzeug gemäß der Erfindung kann
einen Verschlussring enthalten, der an dem ringförmigen Tragstück befestigt
ist und der so konfiguriert ist, dass er die Nuten des Tragstück zumindest
teilweise bedeckt, um während
der Bewegung des beweglichen Teils des Formwerkzeugs die Formgebungsstücke innerhalb
der Nuten des Tragstückes zu
halten. Die Bewegung des beweglichen Teils des Formwerkzeugs relativ
zu dem feststehenden Teil in axialer Richtung in Bezug auf das ringförmige Tragstück wird
somit (durch die Wirkung des ringförmigen Vorsprungs in den schräg verlaufenden
Nuten der Formgebungsstücke)
in eine Bewegung der Formgebungsstücke in radialer Richtung relativ
zu dem ringförmigen
Tragstück
umgewandelt.
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Der
zwischen dem feststehenden Teil und dem beweglichen Teil gebildete
Spritzgusshohlraum ist dafür
konfiguriert, ein Metallstück
aufzunehmen (beispielsweise einen Metallkern, der den Kern eines Zahnrads
bildet), so dass zwischen der Außenfläche des Metallstückes und
dem Profil der Formgebungsstücke
in der ersten Position ein ringförmiger
Spritzgusshohlraum gebildet ist, der es erlaubt, ein Stück mit einem
von dem Metallstück
gebildeten Metallkern und einem ringförmigen Außenteil herzustellen, mit dem
der Metallkern außen
umspritzt ist. Dieser Außenteil
hat eine gezahnte Oberfläche
mit einer Konfiguration, die der kontinuierlichen Oberfläche entspricht,
die von den Profilen der Formgebungsstücke gebildet ist (beispielsweise
kann ein Zahnrad mit einem Metallkern und einem gezahnten Außenteil
aus Kunststoffmaterial hergestellt werden).
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Die
Profile der Formgebungsstücke
können eine
gezahnte ringförmige
Oberfläche
bilden, die abwechselnd Zähne
und Lücken
aufweist, und das Profil jedes Formgebungsstücks kann eine Geometrie haben,
die einer Lücke
und einem halben Zahn der gezahnten ringförmigen Außenfläche entspricht.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Zur
Vervollständigung
der Beschreibung und zur Unterstützung
des besseren Verständnisses
der Merkmale der Erfindung gemäß verschiedener
bevorzugter praktischer Ausführungsformen
derselben ist als Teil der Beschreibung ein Satz Zeichnungen beigefügt, der
in erläuternder
und nicht einschränkender
Weise folgendes zeigt:
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1 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht des beweglichen Teils
und des feststehenden Teils des Formwerkzeugs in einer offenen Position
des Formwerkzeugs. Der ringförmige
Träger des
feststehenden Teils und der Formgebungsstücke, die in den radialen Nuten
untergebracht sind, ist in dieser Figur zu erkennen.
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2 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht des beweglichen und des
feststehenden Teils des Formwerkzeugs in einer offenen Position
des Formwerkzeugs. Der Führungsteil
des beweglichen Teils ist in dieser Figur dargestellt.
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3 zeigt
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des feststehenden
Teils des Formwerkzeugs, des ringförmigen Tragstücks, eines Formgebungsstücks, des
Verschlussrings und eines Metallkerns, an welchem die Umspritzung
mit Kunststoffmaterial durchgeführt
wird.
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4 zeigt
ein Stück
mit einem Metallkern und einem äußeren Kunststoffteil
mit einer schrägverzahnten
Oberfläche,
welches mit dem Formwerkzeug gemäß der Erfindung
hergestellt wurde.
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5 zeigt
einen Schnitt durch das Formwerkzeug gemäß der Erfindung in geöffneter
Position unmittelbar bevor der Führungsteil
des beweglichen Teils in die schräg verlaufenden Nuten der Formgebungsstücke eingeführt wird.
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6 zeigt
einen Schnitt des Formwerkzeugs gemäß der Erfindung in einer geöffneten
Position, jedoch in einem Zwischenstadium, in welchem der Führungsteil
des beweglichen Teils teilweise in die Nuten der Formgebungsstücke eingeführt ist,
so dass die Formgebungsstücke
sich relativ zu der Position aus 5 radial
bewegt haben.
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7 zeigt
einen Schnitt des Formwerkzeugs gemäß der Erfindung in einer geschlossenen Position,
in welcher der Führungsteil
des beweglichen Teils vollständig
in die Nuten der Formgebungsstücke
eingeführt
ist, so dass die Formgebungsstücke
in einer Einspritzposition sind.
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8 zeigt
eine Darstellung des Profils eines Formgebungsstücks.
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9 zeigt
eine Darstellung ähnlich
der in 8 von zwei nebeneinander liegenden Formgebungsstücken in
einer Gussposition.
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10 zeigt
drei Ansichten des in dem Formwerkzeug gemäß der Erfindung herzustellenden
Stückes,
in welchen Linien dargestellt sind, die den Teil der Verzahnung
der ringförmigen
Außenfläche begrenzen,
welcher von jedem der Formgebungsstücke erzielt wird.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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1 zeigt
ein Formwerkzeug, das aus einem feststehenden Teil 1 und
einem beweglichen Teil 2 gebildet ist. Der bewegliche Teil 2 ist
in der Figur von dem feststehenden Teil 1 getrennt dargestellt, das
heißt
in einer offenen Formwerkzeugposition, welche beispielsweise die
Entnahme des hergestellten Spritzgussstückes erlaubt.
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Der
feststehende Teil 1 enthält ein ringförmiges Tragstück 3 mit
radialen Nuten 4, die gleichmäßig über die gesamte Kontur beziehungsweise
den Umfang des ringförmigen
Tragstückes 3 verteilt
sind. Diese radialen Nuten 4 bilden Führungskanäle, in welchen eine Vielzahl
von Formgebungsstücken 5 verschiebbar
untergebracht ist. 3 zeigt ein einzelnes Formgebungsstück 5,
wobei es sich versteht, dass das Formwerkzeug ein Formgebungsstück 5 in jeder
radialen Nut 4 des ringförmigen Tragstückes 3 enthält.
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Die
Formgebungsstücke 5 können sich
relativ zu dem ringförmigen
Tragstück 3 radial
bewegen, so dass sie eine erste Position einnehmen können, welche
der Maximalbewegung zur Mitte des Stückes entspricht, in welcher
sie eine kreisförmige
durchgehende Oberfläche
bilden, die den Spritzgusshohlraum 6 begrenzt. Diese Position
ist beispielsweise in 7 gezeigt. Die Formgebungsstücke haben
einen Abschnitt 7, der dem Teil der Formgebungsstücke 5 entspricht,
der dem Spritzgusshohlraum 6 am nächsten liegt und welcher ein
Profil hat, das einem Teil der Geometrie des herzustellenden Stückes entspricht, und
zwar dergestalt, dass in der ersten Position die von den Formgebungsstücken 5 gebildete
durchgehende Oberfläche
die vollständige
Geometrie der gezahnten Außenfläche des
herzustellenden Stückes wiedergibt
(die durchgehende Oberfläche
wird als Summe aller Abschnitte der Profile der Formgebungsstücke gebildet).
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Die
Formgebungsstücke 5 können eine zweite
Bewegungsposition einnehmen, in der sie in Bezug auf die Mitte des
ringförmigen
Tragstücks 3 radial
wegbewegt sind, wie beispielsweise in 5 gezeigt.
In dieser Position bilden die Profile der Formgebungsstücke 5 eine
kreisförmige
nicht durchgängige Oberfläche mit
einem größeren Durchmesser
als der Spritzgusshohlraum und damit einem größeren Durchmesser als der Außendurchmesser
des hergestellten Stückes.
Somit ist es möglich,
das hergestellte Stück
aus dem feststehenden Teil 1 des Formwerkzeugs ohne weiteres
zu entformen.
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Die
Vorrichtung enthält
ferner einen Verschlussring 8, der an dem ringförmigen Tragstück 3 verankert
ist, so dass er mindestens teilweise die Nuten des Tragstückes 3 dergestalt
bedeckt, dass sich die Formgebungsstücke 5 nur in radialer
Richtung innerhalb der radialen Nuten 4 bewegen können, wobei ihre
Bewegung in einer zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Teils 2 des
Formwerkzeugs parallelen Richtung begrenzt ist.
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Wie 2 zeigt,
enthält
der bewegliche Teil 2 einen Führungsteil 9, der
einen (annähernd
kegelstumpfförmigen)
ringförmigen
Vorsprung umfasst. Dieser ringförmige
Vorsprung ist so konfiguriert, dass er innerhalb der schräg verlaufenden
Nuten 10 der Formgebungsstücke 5 aufgenommen
ist. Wenn der bewegliche Teil 2 mit dem feststehenden Teil 1 geschlossen
wird, wird der ringförmige
Vorsprung 9 gleichzeitig in alle schräg verlaufenden Nuten 10 der Formgebungsstücke 5 eingeführt, was
ihre radiale Verschiebung zur Mitte des ringförmigen Tragstückes 3 innerhalb
der radialen Nuten 4 bewirkt. Diese Position ist in 6 dargestellt.
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Zum
Zeitpunkt, an dem der bewegliche Teil 2 mit dem feststehenden
Teil 1 in Berührung
kommt, ist das Formwerkzeug vollständig geschlossen und die Formgebungsstücke haben
ihre erste Position erreicht, die den Spritzgusshohlraum 6 definiert,
der eine gezahnte durchgehende Oberfläche oder Kontur entsprechend
den Profilen 7 der Formgebungsstücke 5 hat. Dies ist
die in 7 dargestellte Position.
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Wenn
das Formwerkzeug geöffnet
wird, entfernt sich durch die Bewegung des beweglichen Teils 2 der
ringförmige
Vorsprung 9 gleichzeitig aus den schräg verlaufenden Nuten 10 der
Formgebungsstücke 5,
was ihre radiale Bewegung weg von der Mitte des ringförmigen Tragstückes 3 innerhalb
der radialen Nuten 4 bewirkt. Diese Position ist in 5 gezeigt.
Die Formgebungsstücke
bilden somit einen Hohlraum mit einem größeren Durchmesser als der Spritzgusshohlraum 6,
was die Entnahme des gezahnten Stückes erlaubt.
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Der
feststehende Teil 1 des Formwerkzeugs enthält Einspritzkanäle 11,
durch welche ein Spritzgusskunststoff in den Spritzgusshohlraum 6 eingespritzt
wird.
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Wie
in den 6, 7 und 8 zu erkennen
ist, wurde ein Metallstück 12 innerhalb
des Spritzgusshohlraums 6 des Formwerkzeugs angeordnet,
so dass zwischen der Außenfläche des
Metallstückes 12 und
der durchgehenden Oberfläche der
Formgebungsstücke 5 in
der ersten Position (geschlossene Position des Formwerkzeugs) ein
ringförmiger
Spritzgusshohlraum 13 gebildet ist, der es erlaubt, ein
Stück mit
Metallkern herzustellen, das durch das Metallstück 12 und einen äußeren Kunststoffteil 14 gebildet
ist, der um den Metallkern 12 umspritzt wird.
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Wie 4 zeigt,
hat der äußere Teil 14 eine schrägverzahnte
Außenfläche, die
abwechselnd Zähne 14' und Zahnlücken 14'' aufweist, die als Summe der Profile 7 der
jeweiligen Formgebungsstücke 5 erhalten
werden. Genauer ausgedrückt
hat das Profil 7 jedes Formgebungsstücks einen Vorsprung 71 mit einer
Geometrie, die einer Lücke 14'' entspricht, und eine Wand 72 mit
einer Geometrie, die annähernd
die Hälfte
eines vollständigen
Zahnes 14' der
gezahnten ringförmigen
Außenfläche 14 darstellt,
das heißt
die Profile 7 von zwei nebeneinander liegenden Formgebungsstücken 5 erlauben
die Herstellung eines Zahnes 14' der ringförmigen Außenfläche 14. Die Konfiguration
eines Profils 7 ist in 8 gezeigt. 9 zeigt
zwei zusammenhängende
Formgebungsstücke 5 in
einer Formungsposition, in der sie eine Formwerkzeugfläche bilden,
die das Herstellen eines vollständigen
Zahnes 14' des
Stückes
erlaubt.
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Wie
die 8 und 9 zeigen, hat das Profil 7 jedes
Formgebungsstücks 5 zwei
vertikale Abschnitte 73 in dem oberen und dem unteren Teil des
Profils 7 und einen schräg verlaufenden Zwischenabschnitt 74,
der eine Neigung ähnlich
derjenigen der Zahnes 14 des Stückes hat. Diese Konfiguration
der Formgebungsstücke 5 erlaubt
das Entfernen der Formgebungsstücke
aus der ersten Position (Formungsposition) in die zweite Position
(Entformungsposition des Stückes).
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Schließlich zeigt 10 das
herzustellende Stück
mit darauf abgebildeten Linien, die den Teil der Außenfläche 14 begrenzen,
der von den jeweiligen Formgebungsstücken 5 erhalten wird.
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In
diesem Text ist das Wort ”enthält” mit seinen
Verbformen (beispielsweise ”enthaltend” etc.) nicht
in ausschließender
Weise auszulegen, das heißt
es schließt
nicht die Möglichkeit
aus, dass das Beschriebene andere Elemente, Schritte etc. einschließt.
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Andererseits
ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern schließt
beispielsweise auch die Variationen ein, die vom Durchschnittsfachmann
anhand der Patentansprüche
ausführbar
sind (beispielsweise hinsichtlich der Wahl des Materials, Abmessungen,
Komponenten, Konfiguration etc.).