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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Spritzgussteil, das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Praxis bereits bekannt. Dabei wird erwärmter bzw. verflüssigter Kunststoff unter Druck in ein Spritzgußwerkzeug eingebracht, der das Spritzgußwerkzeug ausfüllt. Hierzu weist das Spritzgußwerkzeug üblicherweise wenigstens eine Anspritzstelle auf, in deren Bereich der Kunststoff in die Innenkontur des Spritzgusswerkzeugs gelangt. Insbesondere bei z.B. länglichen Spritzgussteilen, bei denen die Anspritzstelle an einer Seite des Spritzgussteils angeordnet ist, ist es erforderlich, dass der flüssige Kunststoff bis an die der Anspritzstelle abgewandten Bereiche des Spritzgußwerkzeuges gelangt, damit nach dem Erstarren des Kunststoffs und der Entnahme des Spritzgussteils aus dem Spritzgußwerkzeug das Spritzgussteil die gewünschte Außenkontur aufweist. Auch ist es oftmals aus funktionalen Gründen erforderlich, dass das Spritzgussteil nicht nur eine bestimmte Außenform aufweist, sondern z.B. aus Festigkeitsgründen auch frei von Lunkern bzw. homogen ausgebildet ist. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Spritzgußwerkzeugen erfolgt das Erstarren des Kunststoffs von der Wand des Spritzgußwerkzeuges in Richtung zu einer Kernzone des Spritzgussteils, in dessen Bereich der Kunststoff am längsten verflüssigt ist. Aus Gründen einer möglichst hohen Leistung eines Spritzgußwerkzeuges ist es wünschenswert, dass das Ausbilden des Spritzgussteils möglichst rasch erfolgt. Dies wiederum hat zur Folge, dass an sich auch eine relativ schnelle Erstarrungszeit des Kunststoffsmaterials wünschenswert ist, damit dieses möglichst schnell aus dem Spritzgußwerkzeug entformt werden kann. Problematisch bei den angesprochenen Bauteilen mit lediglich einer bestimmten Anzahl von Anspritzstellen ist es dabei, wenn das Bauteil beim Einspritzen des Kunststoffs in das Spritzgußwerkzeug in Fließrichtung des Kunststoffs einen relativ geringen Querschnitt bzw. eine relativ geringe Querschnittsfläche aufweist, so dass das Kunststoffmaterial in der angesprochenen Kernzone bereits erstarrt ist, bevor genügend flüssiger Kunststoff an die der Anspritzstelle abgewandten Bereiche des Spritzgussteils bzw. des Spritzgußwerkzeuges gelangt. Ist dies der Fall, so kommt es zwangsläufig zu den angesprochenen Qualitätseinbußen der Spritzgussteile.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass auch bei einer relativ geringen Anzahl von Anspritzstellen bzw. einer geringen Querschnittsfläche des Spritzgussteils in Fließrichtung des Kunststoffs stets eine gute Qualität des Spritzgussteils erzielt wird. Unter einer guten Qualität wird dabei insbesondere ein frei von Lunkern bzw. Fehlstellen ausgebildetes Spritzgussteil bzw. eine homogene Verteilung des Kunststoffmaterials innerhalb des Spritzgussteils verstanden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Spritzgussteil in einer Ebene senkrecht zur Hauptfließrichtung des Kunststoffs einen im Querschnitt vergrößerten Teilbereich aufweist, derart, dass die Außenform des Spritzgussteils im Bereich des Teilbereichs eine Ausbuchtung aufweist, und dass beim Erstarren des Kunststoffs der Teilbereich einen Kernbereich ausbildet, in dem der Kunststoff zuletzt erstarrt, wobei während des Spritzgussprozesses über den Kernbereich der Kunststoff bis in der Anspritzstelle abgewandte Bereiche des Spritzgussteils gelangt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Querschnitt des Spritzgussteils bzw. des Spritzgußwerkzeuges aus herstellungstechnischen, und nicht aus Festigkeitsgründen des Spritzgussteils in einem Teilbereich derart erweitert bzw. vergrößert wird, dass in diesem Teilbereich ein Kernbereich ausgebildet wird, über den der verflüssigte Kunststoff bis an die der Anspritzstelle abgewandten Bereiche des Spritzgußwerkzeuges gelangen kann, bevor der Kernbereich erstarrt und somit eine Zufuhr von Kunststoff zu den angesprochenen Bereichen verhindert. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis aus, dass im Teilbereich der Ausbuchtung das Verhältnis der Querschnittsfläche im Verhältnis zu der mit dem Spritzgußwerkzeug in Wirkverbindung stehenden, für die Erstarrung bzw. Kühlung des Kunststoffes maßgeblichen Außenfläche überproportional ist im Vergleich zu den Bereichen außerhalb der Ausbuchtung. Dadurch erfolgt das vollständige Erstarren des Kunststoffs in dem Bereich der Ausbuchtung zeitlich später als in den der Ausbuchtung benachbarten Bereichen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines aus Kunststoff bestehenden Spritzgussteils sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Besonders bevorzugt ist eine Anordnung der Anspritzstelle, bei der die Anspritzstelle mit dem Teilbereich des Querschnitts des Spritzgussteils fluchtend angeordnet wird, in dem sich auch die Ausbuchtung befindet. Dadurch kann der verflüssigte Kunststoff unmittelbar in den den vergrößerten Teilbereich aufweisenden Querschnitt gelangen, d.h., dass der unter hohem Druck in das Spritzgußwerkzeug eingebrachte Kunststoff ohne weitere Strömungsverluste und ohne abgekühlt zu werden unmittelbar in den Teilbereich mit der Ausbuchtung gelangen kann.
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Um möglichst geringe Taktzeiten, d.h. eine möglichst hohe Leistung des Spritzgußwerkzeuges zu ermöglichen, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass das Spritzgußwerkzeug als gekühltes Spritzgußwerkzeug ausgebildet wird.
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In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung der Ausbuchtung des Spritzgussteils weist diese einen teilkreisförmigen oder rechteckförmigen Querschnitt auf, der sich von einem ebenen Wandabschnitt des Spritzgussteils erhebt.
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Der Kernbereich kann darüber hinaus vergrößert werden bzw. die Größe einer Ausbuchtung entsprechend verkleinert werden, wenn zwei Ausbuchtungen vorgesehen sind, die symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sind.
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Die Erfindung findet bevorzugt Verwendung bei relativ dünnwandigen Spritzgussteilen. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Ausbuchtung in einem steg- oder rippenförmigen Bereich des Spritzgussteils ausgebildet ist, wobei der Bereich eine in Fließrichtung des Kunststoffs zumindest im Wesentlichen gleiche Querschnittsfläche aufweist. Durch die Verwendung einer in Fließrichtung des Kunststoffs zumindest im Wesentlichen gleichen Querschnittsfläche wird dabei der Vorteil erzielt, dass keine lokalen Erstarrungszonen im Kernbereich ausgebildet werden, die ein Durchströmen des Kunststoffs erschweren.
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Ganz besonders bevorzugt bei letztgenannter Ausbildung der Ausbuchtung ist es, wenn die Ausbuchtung über zumindest im Wesentlichen die gesamte axiale Erstreckung des Bereichs verläuft.
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Das Verfahren ermöglicht es darüber hinaus, Spritzgussteile herzustellen, bei der sich auf der der Anspritzstelle abgewandten Seite des Spritzgussteils an die Ausbuchtung ein im Querschnitt vergrößerter Bereich anschließt. Gerade bei derartigen Spritzgussteilen ist es besonders wichtig bzw. kritisch, den im Querschnitt vergrößerten Bereich vollständig mit Kunststoff auszufüllen. Ganz besonders kritisch ist es dabei, wenn die Wahl des Ortes der Anspritzstelle an der gegenüberliegenden Seites des im Querschnitt vergrößerten Bereichs gewählt werden muss.
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Eine weitere Ausgestaltung des Spritzgussteils sieht vor, dass das Spritzgussteil mehrere steg- oder rippenförmige Bereiche aufweist, und dass jeder der Bereiche eine Anspritzstelle aufweist. Dadurch wird zum einen die Leistung des Spritzgußwerkzeuges erhöht, und zum anderen wird sichergestellt, dass selbst bei den relativ geringen Taktzeiten ein vollständiges Befüllen des Spritzgußwerkzeuges mit dem Kunststoff ermöglicht und somit eine gute Qualität des Spritzgussteil erzielt wird.
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Bevorzugt findet die Erfindung Verwendung bei Spritzgussteilen, die Bestandteil eines Gehäusebauteils in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Fensterheberantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb oder ähnlichem sind.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Längsschnitt durch ein Spritzgußwerkzeug nach dem Stand der Technik,
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2a bis 2e den Erstarrungsprozess von Kunststoff in einer Ebene II-II der 1 eines Spritzgussteils zu verschiedenen Zeitpunkten,
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3 ein Spritzgussteil unter Verwendung von erfindungsgemäßen Ausbuchtungen im Querschnitt,
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4a bis 4e den Erstarrungsprozess von Kunststoff durch einen Querschnitt in der Ebene III-III der 2 und
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5 bis 7 unterschiedliche Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Ausbuchtungen an einem Spritzgussteil, jeweils im Querschnitt.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein Spritzgußwerkzeug 100 nach dem Stand der Technik dargestellt. Das Spritzgußwerkzeug 100 umfasst beispielhaft zwei Werkzeughälften 101, 102, die in Richtung der Doppelpfeile 103, 104 gegeneinander bewegbar bzw. voneinander entfernbar sind. Das Spritzgußwerkzeug 100 dient der Herstellung eines aus Kunststoff bestehenden Spritzgussteils 110, das im Ausführungsbeispiel quaderförmig mit einer Höhe H ausgebildet ist und eine rechteckförmige Querschnittsfläche der Länge l und der Breite b aufweist (2). Die Innenkontur der beiden Werkzeughälften 101, 102 bestimmt dabei die Außenkontur des Spritzgussteils 110, wobei die beiden gegeneinander bewegten Werkzeughälften 101, 102 eine Trennebene 105 ausbilden. An der einen (oberen) Stirnseite des Spritzgussteils 110 bzw. des Spritzgußwerkzeuges 100 ist ferner eine Anspritzstelle 106 in Form einer Bohrung ausgebildet, über die der über seinen Schmelzpunkt erwärmte Kunststoff unter Druck in das Spritzgußwerkzeug 100 eingebracht wird.
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Die 2a bis 2e zeigen jeweils das Spritzgussteil 110 im Spritzgußwerkzeug 100 in einer Ebene II-II während verschiedener Zeitpunkte der Herstellung des Spritzgussteils 110. So erkennt man an der 2a zu einem frühen Zeitpunkt, dass das zu diesem Zeitpunkt in das Spritzgußwerkzeug 100 eingebrachte Kunststoffmaterial 108 vollständig in flüssiger Phase 111 vorliegt. Nach dem Einspritzen des Kunststoffmaterials 108 in das Spritzgußwerkzeug 100 erfolgt ein Erstarren des Kunststoffmaterials 108, wobei das Erstarren von den Wandbereichen des Spritzgußwerkzeuges 100 ausgeht, und sich in Richtung eines Kernbereichs 109 des Spritzgussteils 110 fortsetzt. Anhand der 2b bis 2d ist ersichtlich, dass die Größe der flüssigen Phase 111 stetig abnimmt, während gleichzeitig die feste Phase 112 einen immer größer werdenden Querschnitt des Spritzgussteils 110 einnimmt. In der 1e ist der Zeitpunkt dargestellt, bei der das Kunststoffmaterial 108 vollständig erstarrt ist, d.h., dass der Querschnitt des Spritzgussteils 110 vollständig mit einer festen Phase 112 ausgebildet ist.
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In der 3 ist ein erfindungsgemäßes Spritzgussteil 10 dargestellt, das sich im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene der 2 erstreckt. Das Spritzgussteil 10 umfasst zwei rippen- bzw. stegförmige Bereiche 11, 12, die in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Die beiden Bereiche 11, 12 münden in einem in etwa ringförmigen Bereich 13, der eine kreisförmige Ausnehmung 14 zur Aufnahme eines Zusatzteils aufweist. Das Spritzgussteil 10 ist insbesondere Bestandteil eines im Einzelnen nicht dargestellten Gehäusebauteils in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Fensterheberantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb oder ähnlichem.
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Das Spritzgussteil 10 wird durch Einspritzen von Kunststoff 15 in ein im Einzelnen nicht näher dargestellten Spritzgußwerkzeug ausgebildet, dessen Innenform die Außenkontur bzw. die Außenform des Spritzgussteils 10 bestimmt. Das Spritzgußwerkzeug für das Spritzgußteil 10 ist dabei grundsätzlich wie das Spritzgußwerkzeug 100 entsprechend der 1 ausgebildet, d.h., es kann ein unbeheiztes Spritzgußwerkzeug 100 Verwendung finden. Wesentlich dabei ist, dass der Kunststoff 15 im Bereich der beiden Bereiche 11, 12 auf der dem Bereich 13 abgewandten Seite an jeweils einer Anspritzstelle 16, 17 in das Spritzgußwerkzeug eingebracht wird. Die 4a bis 4e zeigen den Querschnitt der beiden (identischen) Bereiche 11, 12 in einer Ebene IV-IV der 3. Hierbei ist erkennbar, dass die beiden Bereiche 11, 12, die im Wesentlichen einen rechteckförmigen Querschnitt mit der Länge l und der Breite b aufweisen, in einem mittleren Bereich eine Ausbuchtung 18 haben, die in Form eines Kreisausschnitts 19 sich von der ansonsten einen ebenen Wand 20 des Bereichs 11, 12 erhebt. Die Anspritzstellen 16, 17 sind bevorzugt fluchtend zum Flächenschwerpunkt der Bereiche 11, 12 angeordnet.
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Die 4a bis 4e zeigen den Bereich 11, 12 zu verschiedenen Zeitpunkten beim Einspritzen des Kunststoffs 15 in das Spritzgußwerkzeug in Analogie zu der Darstellung der 2a bis 2e. Wesentlich dabei ist, dass über die beiden Bereiche 11, 12 auch der einen größeren Querschnitt bzw. eine größere Querschnittsfläche als die beiden Bereiche 11, 12 aufweisende Bereich 13 mit Kunststoff 15 versorgt wird. Wie man ferner anhand der 3 erkennt, verläuft die Ausbuchtung 18 über die gesamte Länge der Bereiche 11, 12 bis zum Bereich 13. Durch die Pfeile 21, 22 wird darüber hinaus die Hauptfließrichtung des Kunststoffes 15 verdeutlicht, die sich beim Einspritzen des verflüssigten und unter hohem Druck stehenden Kunststoffs 15 an den Einspritzstellen 16, 17 ergibt.
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In der 4a ist der Zustand dargestellt, bei der der gesamte Kunststoff 15 noch eine Temperatur aufweist, die oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs 15 liegt. In diesem Fall ist über die gesamte Querschnittsfläche des Bereichs 11 bzw. 12 der Kunststoff 15 in flüssiger Phase 26 vorliegend. Anhand der Figurenfolge der 4b bis 4e erkennt man, dass sich, ausgehend von den Wandbereichen des Spritzgussteils 10, ein sich stetig verkleinernder Kernbereich 23 mit flüssiger Phase 26 einstellt, in dem der Kunststoff 15 eine Temperatur aufweist, die oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs 15 liegt. Über den Kernbereich 23 kann somit Kunststoff 15 noch in den Bereich 13 auf den den Anspritzstellen 16, 17 gegenüberliegenden Seiten des Spritzgussteils 10 gelangen, um den Bereich 13 vollständig mit Kunststoff 15 auszufüllen.
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Die Erfindung sieht somit vor, dass in einer Ebene senkrecht zu einer Hauptfließrichtung (Pfeile 21, 22) des Kunststoffs 15 wenigstens eine Ausbuchtung 18 ausgebildet wird, die den Querschnitt des Bereichs 11, 12 derart vergrößert, dass beim Erstarren des Kunststoffes 15 bis zu einem relativ späten Zeitpunkt ein Kernbereich 23 aufrecht erhalten bleibt, über den Kunststoff 15 in einen von der jeweiligen Anspritzstelle 16, 17 abgelegenen Bereich des Spritzgussteils 10, im dargestellten Ausführungsbeispiel in den Bereich 13, gelangen kann.
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In den 5a und 5b sind Ausbuchtungen 18a bzw. 18b an Bereichen 11c, 11d dargestellt, die sich entweder nur an einer Seite des Bereichs 11a bzw. auf einander gegenüberliegenden Seiten des Bereichs 11b erstrecken, wobei im Falle des Bereichs 11b die beiden Ausbuchtungen 18b symmetrisch zu einer Ebene 24 angeordnet sind. Während die Ausbuchtungen 18a, 18b im Querschnitt in etwa viertelkreisförmig sind, sind die Ausbuchtungen 18c, 18d bei den 6a bzw. 6b jeweils halbkreisförmig, wobei sich die Ausbuchtungen 18d auf beiden Seiten des Bereichs 11d erstrecken. Im Gegensatz dazu ist bei der 7a eine Ausbuchtung 18e dargestellt, die nur an einer Seite des Bereichs 11e ausgebildet ist, wobei die Ausbuchtung 18e einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Zuletzt ist in der 7b eine Ausgestaltung dargestellt, bei der zwei Ausbuchtungen 18f vorhanden sind, die symmetrisch zu einer Ebene 24f sich von beiden Seiten des Bereichs 11f erstrecken.
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Das soweit beschriebene Spritzgussteil 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in der Ausbildung eines in einem Teilbereich vergrößerten Querschnitts an dem Spritzgussteil 10, über den verflüssigter Kunststoff 15 bis zu einem relativ späten Zeitpunkt des Erstarrens des Kunststoffs 15 innerhalb des Spritzgussteils 10 transportiert werden kann. Insbesondere soll die Erfindung nicht auf die Verwendung spezieller Kunststoffe bzw. Bauteile eingeschränkt sein. Vielmehr können alle Materialien eingesetzt werden, die üblicherweise bei Kunststoffspritzverfahren verwendet werden. Zusätzlich wird erwähnt, dass das in den Figuren nicht dargestellte Spritzgußwerkzeug als unbeheiztes Spritzgußwerkzeug ausgebildet ist, das insbesondere durch Kühlung mittels Kühlwasserkanale eine relativ hohe Leistung ermöglicht. Darüber hinaus wird erwähnt, dass unter einem Kunststoff 15 auch Kunststoffe 15 verstanden werden sollen, die beispielsweise eine Zugabe von Faserstoffen, wie zum Beispiel Glasfaser oder Kohlefaser enthalten, so dass das erstarrte Spritzgußteil 10 ein sogenanntes GFK- bzw. CFK-Teil ausbildet.
