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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Hinterspritzen eines Obermaterials mit einem Kunststoff. Das Werkzeug weist eine Kavität auf, in welche zum Herstellen eines Bauteils, welches das mit dem Kunststoff hinterspritzte Obermaterial umfasst, das Obermaterial eingebracht werden kann. Das Werkzeug umfasst wenigstens einen Kern, mittels welchem in dem Bauteil ein Durchbruch und/oder eine Vertiefung ausgebildet werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zum Herstellen eines Bauteils ein Obermaterial mit Kunststoff zu hinterspritzen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Bauteil, welches durch das mit dem Kunststoff hinterspritze Obermaterial gebildet ist, einen Durchbruch oder eine Vertiefung aufweist. An der Stelle, an welcher im Bauteil der Durchbruch oder die Vertiefung vorgesehen ist, weist das Werkzeug einen Kern auf. Bei der Herstellung eines solchen Bauteils mit dem Werkzeug kann es vorkommen, dass das Obermaterial in einem an den Durchbruch oder die Vertiefung angrenzenden Bereich eine Falte aufweist. Derartige Falten stören jedoch die Anmutung des Bauteils, so dass es wünschenswert ist, die Faltenbildung zu vermeiden.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 199 03 338 C1 ein Spritzgießwerkzeug zum Hinterspritzen eines Obermaterials, wobei das Spritzgießwerkzeug eine Matrizenformplatte mit einer Kavität und eine Formkernplatte aufweist, mittels welcher sich die Kavität verschließen lässt. Zum Herstellen eines das Obermaterial aufweisenden Bauteils wird das Obermaterial zunächst in die Kavität eingelegt. Dies geschieht derart, dass Randbereiche des Obermaterials über eine matrizenseitige Tauchkante eines Tauchkantenschiebers überstehen, welcher an der Matrizenformplatte angeordnet ist und einen Tauchkantenspalt zu einer Seite hin begrenzt. Eine gegenüberliegende Begrenzung des Tauchkantenspalts wird durch einen Trennschieber gebildet, welcher an der Formkernplatte angeordnet ist. Während des Hinterspritzens des Obermaterials sind dessen Randbereiche in dem Tauchkantenspalt angeordnet. Des Weiteren sind der Tauchkantenschieber an der Matrizenformplatte und der Trennschieber an der Formkernplatte verschiebbar gehalten. Nach Beendigung des Hinterspritzvorgangs wird der Trennschieber zusammen mit dem Tauchkantenschieber verschoben, und eine an dem Trennschieber ausgebildete Scherkante schert das Obermaterial ab. Durch Verfahren des Tauchkantenschiebers relativ zu dem Trennschieber kann auch die Breite des Tauchkantenspalts eingestellt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich Bauteile mit einer besonders ansprechenden Oberfläche herstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug ist der wenigstens eine Kern in eine Richtung verschiebbar, welche zumindest im Wesentlichen mit einer Fließrichtung des Kunststoffs zusammenfällt, die sich beim Hinterspritzen des Obermaterials einstellt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die beim Hinterspritzen in die Kavität eingebrachte Schmelze des Kunststoffs an dem Obermaterial zieht, während das Obermaterial mit dem Kunststoff hinterspritzt wird. Dadurch und aufgrund der hohen Temperatur der Schmelze kann sich das Obermaterial in Richtung der Fließfront der Schmelze längen. Um zu verhindern, dass das mit zunehmendem Fließweg der Schmelze zunehmend länger werdende Obermaterial an dem Kern Falten bildet, ist jedoch vorliegend der Kern verschiebbar ausgebildet. Durch die Verschiebung des Kerns in die Fließrichtung des Kunststoffs wird entsprechend die Falte oder Welle in dem Obermaterial geglättet. Das beschnittene Obermaterial passt also in das Werkzeug und dennoch werden die geplanten Endmaße nach dem Beenden des Füllvorgangs, also nach dem Hinterspritzen des Obermaterials mit dem Kunststoff erreicht.
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So lässt sich ein Bauteil mit fehlerfreien, faltenlosen Oberflächen herstellen. Entsprechend ist mit dem Werkzeug ein Bauteil mit einer erhöhten Wertanmutung aufgrund der besonders ansprechenden Oberfläche herstellbar. Des Weiteren lassen sich Kunststoffe unterschiedlicher Art und insbesondere bei vergleichsweise hohen Temperaturen zum Hinterspritzen verwenden. Es kann nämlich dem durch die heiße Schmelze des Kunststoffs bedingten Längerwerden des Obermaterials mit dem Verschieben des Kerns begegnet werden.
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Es ergibt sich somit ein besonders großes Prozessfenster in der Produktion von mit Obermaterialien wie etwa Folien versehenen Bauteilen. Auch lässt sich eine besonders große Vielfalt an Materialien für das Obermaterial und den zum Hinterspritzen herangezogenen Kunststoff einsetzen. Darüber hinaus kann auch ein besonders dünnes Obermaterial verwendet werden, welches prinzipiell anfälliger für die Faltenbildung ist. Die Faltenbildung selbst in dem dünnen Obermaterial kann nämlich durch das Verschieben des wenigstens einen Kerns während des Hinterspritzens vermieden werden.
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Auch können Bauteile realisiert werden, bei welchen der Fließweg von einem Anguss oder Anschnitt des Werkzeugs bis zu dem wenigstens einen Kern vergleichsweise lang ist. Es braucht also kein weiterer Anguss oder Anschnitt gelegt zu werden, um die Länge des Fließwegs zu reduzieren. Dies macht das Werkzeug besonders preisgünstig, und es entsteht vergleichsweise wenig Produktionsabfall. Außerdem ist so auch die Herstellung vergleichsweise großer Bauteile mit fehlerfreien Bauteiloberflächen möglich. Des Weiteren lassen sich mit dem Werkzeug spannungsarme Bauteile herstellen, und es ist zum Herstellen von Durchbrüchen oder Vertiefungen in dem Bauteil keine Nachbearbeitung etwa durch Ausstanzen oder Ausfräsen notwendig.
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Die Kavität kann in einer Matrize des Werkzeugs ausgebildet sein, wobei der wenigstens eine Kern an einem Formelement des Werkzeugs angeordnet ist, mittels welchem sich die Kavität verschließen lässt. Dadurch lässt sich dieselbe Kavität zum Herstellen verschiedener Bauteile nutzen, indem unterschiedliche Formelemente zum Verschließen der Kavität zum Einsatz kommen.
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Besonders prozesssicher lässt sich der Kern verschieben, wenn hierfür an dem Formelement und/oder an dem Kern wenigstens eine Führung vorgesehen ist.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Werkzeug Mittel zum Erfassen einer Fließgeschwindigkeit des Kunststoffs beim Hinterspritzen des Obermaterials und zumindest einen Aktor zum Verschieben des wenigstens einen Kerns umfasst. Hierbei ist der zumindest eine Aktor dazu ausgelegt, den wenigstens einen Kern mit einer der erfassten Fließgeschwindigkeit zumindest im Wesentlichen gleichen Geschwindigkeit zu verschieben. So lässt sich eine Welle oder Falte in dem Obermaterial besonders sanft glätten. Der zumindest eine Aktor kann das Verschieben des wenigstens einen Kerns elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewirken.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn zumindest ein Anschlag zum Begrenzen des Verschiebens des wenigstens einen Kerns in die mit der Fließrichtung zusammenfallende Richtung vorgesehen ist. So lässt sich eine durch das Verschieben des Kerns bewirkte Belastung des sich im Herstellungsprozess befindenden Bauteils gering halten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils wird in eine Kavität eines Werkzeugs ein Obermaterial des Bauteils eingebracht. Das Obermaterial wird mit einem Kunststoff hinterspritzt. Hierbei wird mittels wenigstens eines Kerns des Werkzeugs in dem Bauteil ein Durchbruch und/oder eine Vertiefung ausgebildet. Während des Hinterspritzens des Obermaterials mit dem Kunststoff wird der wenigstens eine Kern in eine Richtung verschoben, welche zumindest im Wesentlichen mit einer sich beim Hinterspritzen einstellenden Fließrichtung des Kunststoffs zusammenfällt. Durch das Verschieben des Kerns während des Hinterspritzprozesses lässt sich eine unerwünschte Faltenbildung in dem Obermaterial vermeiden.
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Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der wenigstens eine Kern in die Richtung verschoben wird, bevor der fließende Kunststoff an dem wenigstens einen Kern angelangt ist. Dadurch lässt sich die Faltenbildung bereits im Ansatz vermeiden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn als Obermaterial eine Folie in die Kavität des Werkzeugs eingebracht wird. Entsprechend lassen sich dann faltenfreie Folienbauteile mit Durchbrüchen herstellen.
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Die für das erfindungsgemäße Werkzeug beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 in einer Perspektivansicht ein Bauteil, welches eine mit einem Kunststoff hinterspritzte Folie aufweist, durch welche eine einem Betrachter zugewandte Oberfläche des Bauteils gebildet ist;
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2 schematisch einen Schnitt durch ein Werkzeug, welches eine Kavität mit in diese eingelegter Folie aufweist, wobei an einer die Kavität verschließenden Formhälfte des Werkzeugs ein verschiebbarer Kern angeordnet ist;
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3 das Einbringen einer Kunststoffschmelze in die mit der Folie versehene Kavität über einen in der Formhälfte mit dem verschiebbaren Kern vorgesehenen Anguss;
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4 die Ausbildung einer Falte in der Folie, welche entsteht, wenn die Kunststoffschmelze beim Hinterspritzen der Folie entlang der Folie fließt, wobei sich die Falte auf den verschiebbaren Kern zu bewegt;
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5 das Verschieben des verschiebbaren Kerns in die Fließrichtung der Kunststoffschmelze und das damit einhergehende Glätten der Folie; und
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6 das störungsfreie Bauteil in der Kavität des Werkzeugs nach dem Beenden des Hinterspritzprozesses.
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1 zeigt perspektivisch ein Bauteil 10, dessen einem Betrachter zugewandte Oberseite durch ein Obermaterial in Form einer Folie 12 gebildet ist. In dem Bauteil 10 ist die Folie 12 mit einem Kunststoff 14 hinterspritzt (vergleiche 6). Das Bauteil 10 weist Durchbrüche 16 oder dergleichen Durchtrittsöffnungen auf, welche, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, eckige oder runde Formen haben können.
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Zum Herstellen eines solchen Bauteils 10, welches die mit dem Kunststoff 14 hinterspritzte Folie 12 umfasst, kommt ein Werkzeug 18 zum Einsatz, welches in 2 schematisch gezeigt ist. Das Werkzeug 18 umfasst eine erste Formhälfte in Form einer Matrize 20, in welcher eine Kavität 22 ausgebildet ist. Die Form dieser Kavität 22 gibt die Form des herzustellenden Bauteils 10 vor.
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Das Werkzeug 18 umfasst eine zweite Formhälfte 24, in welcher in der Nähe eines Randes der Kavität 22 ein Anguss 26 ausgebildet ist. Über den Anguss 26 wird die Kunststoffschmelze in die Kavität 22 eingebracht, sobald mittels der Formhälfte 24 die Kavität 22 verschlossen ist. In 2 ist ein Schritt während der Herstellung des Bauteils 10 gezeigt, bei welchem die Folie 12 bereits in die Kavität 22 eingelegt ist. Des Weiteren zeigt 2 einen Schnitt durch das Werkzeug 18, welcher durch einen der in dem Bauteil 10 vorgesehenen Durchbrüche 16 verläuft. Um diesen Durchbruch 16 in dem Bauteil 10 zu schaffen, ist an der Formhälfte 24 ein Kern 28 angeordnet.
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Bei der Herstellung des Bauteils 10 mittels des Werkzeugs 18 wird zunächst die vorgeformte und beschnittene Folie 12, welche beispielsweise aus einem Kunststoff besteht, in die Kavität 22 eingelegt. In einem nächsten Schritt wird das Werkzeug 18 geschlossen, die Formhälfte 24 also so relativ zu der Matrize 20 bewegt, dass auch der Kern 28 in Anlage mit der vorgeformten Folie 12 und mit der Matrize 20 gelangt. Anschließend wird über den Anguss 26 die Spritzgussmasse, also eine Schmelze des Kunststoffs 14, in die Kavität 22 eingebracht. Dies geschieht so, dass die Spritzgussmasse möglichst lamellar über die Folie 12 fließt.
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Eine Fließrichtung des Kunststoffs 14, welche sich bei diesem Hinterspritzen der Folie 12 einstellt, ist in 3 durch einen Pfeil 30 veranschaulicht. Die heiße Schmelze des Kunststoffs 14 bewirkt eine Aufheizung der Folie 12. Zudem zieht der in der Kavität 22 dahin fließende Kunststoff 14 aufgrund der Reibung zwischen demselben und der Folie 12 an der Folie 12. Dies hat zur Folge, dass sich die Folie 12 in Richtung der Fließfront der Schmelze des Kunststoffs 14 längt. Anhand von 4 ist schematisch veranschaulicht, wie sich aufgrund dieses Längerwerdens der Folie 12 eine Welle oder Falte 32 bildet, während die Schmelze des Kunststoffs 14 zu dem Kern 28 hin fließt.
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Vorliegend ist jedoch der Kern 28 verschiebbar ausgebildet. Diese Verschiebbarkeit des Kerns 28 ermöglicht es, eine Faltenbildung durch Verschiebung des Kerns 28 zu kompensieren, wenn es während des Hinterspritzvorgangs aufgrund der Streckung der Folie 12 zu einer solchen Faltenbildung kommt. Hierbei kann, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, der Kern 28 an der Formhälfte 24 verschiebbar angeordnet sein. Eine Richtung, in welche der Kern 28 verschiebbar ist, ist in 4 durch einen weiteren Pfeil 34 veranschaulicht. Entsprechend fällt die Richtung, in welche der Kern 28 verschiebbar ist, mit der Fließrichtung des Kunststoffs 14 zusammen, welcher sich in der Kavität 22 zum Kern 28 hin ausbreitet. Außerdem wird der Kern 28 oder Schieber, welcher im Bereich des in dem Bauteil 10 jeweils vorzusehenden Durchbruchs 16 angeordnet ist, während des Hinterspritzprozesses in die Fließrichtung der Schmelze verschoben. Eine Faltenbildung der Folie 12 wird also während des Hinterspritzens vermieden.
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Hierbei begrenzen in der Formhälfte 24 vorgesehene Anschläge 42 die Verschiebebewegung des Kerns 28 in die Fließrichtung der Schmelze. Des Weiteren ist aus 4 ersichtlich, dass an der Formhälfte 24 eine Führung 36 vorgesehen ist, entlang welcher der Kern 28 verschiebbar ist.
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5 zeigt einen Schritt während der Herstellung des Bauteils 10, bei welchem bereits der Kern 28 in die Fließrichtung der Schmelze des Kunststoffs 14 verschoben wurde. Entsprechend kommt es zu keinem Aufstauen der Falte 32, wenn die Schmelze des Kunststoffs 14 den Kern 28 erreicht. Vielmehr wird die Falte 32 oder Welle in der Folie 12 aufgrund der Verschiebebewegung des Kerns 28 in die Fließrichtung der Schmelze des Kunststoffs 14 geglättet. Die durch die Streckung der Folie 12 bedingte Bildung von Wellen oder Falten an den Durchbrüchen 16 im Bauteil 10 wird also durch das Vorsehen entsprechender verschiebbarer Kerne 28 in dem Werkzeug 18 kompensiert.
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Da die Folie 12 eine gewisse Eigensteifigkeit aufweist, lässt sich auch der vorgeformte, im Bereich stromabwärts des Kerns 28 in der Kavität 22 angeordnete Teilbereich der Folie 12 in die Fließrichtung verschieben. Infolgedessen gelangt ein späterer Rand 38 des Bauteils 10 in Anlage mit einer die Kavität 22 in die Fließrichtung begrenzenden Seitenwand 40 der Matrize 20 (vergleiche 4 und 5).
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6 zeigt schließlich das die Kavität 22 in der Matrize 20 ausfüllende Bauteil 10, nachdem das Hinterspritzen der Folie 12 mit dem Kunststoff 14 abgeschlossen und die Formfüllung, also das Einbringen der Schmelze des Kunststoffs 14 in die Kavität 22 beendet ist. Das mittels des Werkzeugs 18 hergestellte Bauteil 10 weist entsprechend eine von Störungen wie Falten oder Wellen freie, durch die Folie 12 gebildete Oberfläche auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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