DE102013215113A1

DE102013215113A1 - Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess

Info

Publication number: DE102013215113A1
Application number: DE102013215113.6A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Heim; Stefan Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-02-05
Also published as: EP3027372B1; US9944004B2; CN105307828B; WO2015014601A1; EP3027372A1; US20160046053A1; CN105307828A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess, mit einer Aufnahme für ein Kunststoffbauteil, die von einer umlaufenden Dichtung umgeben ist, welche in eine im Werkzeug ausgebildete Nut eingesetzt ist. Um ein derartiges Werkzeug zu schaffen, bei dem eine höhere Standzeit der Dichtung erreicht werden kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Aufnahmeraum als Volumenausgleich vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess, mit einer Aufnahme für ein Kunststoffbauteil, die von einer umlaufenden Dichtung umgeben ist, welche in eine im Werkzeug ausgebildete Nut eingesetzt ist.
Zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess werden meistens zweischalige Werkzeuge verwendet. Zur Abdichtung der in dem Werkzeug befindlichen Aufnahme für das Kunststoffbauteil wird eine Dichtung aus einem Elastomer eingesetzt. Bei der Herstellung des Kunststoffbauteils wird Injektionsmaterial in die Aufnahme eingefüllt. Dieses Injektionsmaterial wird aufgrund des Volumenausgleichs gegen die Dichtung gepresst und verformt diese, was wegen der hohen Temperatur des Injektionsmaterials und der Druckbeanspruchung zu kurzen Standzeiten für die Dichtung führt, so dass diese relativ oft ausgetauscht werden muss. Dies wiederum führt zu erheblichen Material- und Rüstkosten und zu einer eingeschränkten Verfügbarkeit des Werkzeugs.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess, mit einer Aufnahme für ein Kunststoffbauteil, die von einer umlaufenden Dichtung umgeben ist, welche in eine im Werkzeug ausgebildete Nut eingesetzt ist, zu schaffen, bei dem eine höhere Standzeit der Dichtung erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess, mit einer Aufnahme für ein Kunststoffbauteil, die von einer umlaufenden Dichtung umgeben ist, welche in eine im Werkzeug ausgebildete Nut eingesetzt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Aufnahmeraum als Volumenausgleich vorgesehen ist.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann Injektionsmaterial in den Aufnahmeraum einfließen, ohne die Dichtung zu verformen und zu beschädigen. Dies erhöht die Standzeit der eingesetzten Dichtung und verringert dadurch den Montageaufwand, so dass die Verfügbarkeit des Werkzeugs gesteigert werden kann.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Aufnahmeraum auf der einen Seite von dem Werkzeug und auf der anderen Seite von der Dichtung begrenzt.
Wenn das Werkzeug vorteilhafterweise ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil aufweist, ist der Aufnahmeraum vorteilhafterweise von dem Werkzeugoberteil, dem Werkzeugunterteil und der Dichtung begrenzt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Aufnahmeraum auf der Werkzeugseite bevorzugt bogenförmig gewölbt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Dichtung auf der dem Aufnahmeraum zugewandten Seite eine verformbare Wandung auf, die bei geöffnetem Werkzeug im Wesentlichen eben und bei geschlossenem Werkzeug bogenförmig in Richtung auf den Aufnahmeraum gewölbt ist, so dass der Aufnahmeraum eine im Wesentlichen sichelförmige Gestalt annimmt.
Die Dichtung weist vorteilhafterweise auf der zum Aufnahmeraum weisenden Wandung eine Beschichtung aus PTFE (Polytetrafluorethylen) o. dgl. auf. Dies ermöglicht ein einfaches Entfernen von in den Aufnahmeraum eingedrungenem Injektionsmaterial.
Die Dichtung weist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einen kreisförmigen Abschnitt auf, an den sich ein Abschnitt mit zwei parallelen Wänden anschließt, der auf der einen Seite in einen längeren konvexen, an der Wandung endenden Abschnitt und der auf der anderen Seite in einen kürzeren, senkrecht von dem Abschnitt mit den parallelen Wänden abstehenden Abschnitt übergeht, an den sich ein konkaver Bereich anschließt, welcher der Wandung gegenüberliegt, wobei der konkave Bereich und die Wandung auf der dem kreisförmigen Abschnitt gegenüberliegenden Seite über einen Bereich miteinander verbunden sind, der von zwei bogenförmig nach außen gewölbten ungleichmäßig langen Abschnitten gebildet ist.
Die beiden bogenförmig nach außen gewölbten Abschnitte sind bevorzugt über einen relativ kurzen, bogenförmig nach innen gewölbten Abschnitt miteinander verbunden, der dem Mittelpunkt des kreisförmigen Abschnitts gegenüberliegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der kreisförmige Abschnitt auf der dem Abschnitt mit den parallelen Wänden gegenüberliegenden Seite eine V-förmige Aussparung auf, die sich bis über den Mittelpunkt des kreisförmigen Abschnitts hinaus erstreckt.
Die Dichtung besteht bevorzugt aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), Silikon o. dgl.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Dichtung auch als runder oder ovaler Stab ausgebildet sein.
Der Stab kann vorteilhafterweise eine Seele aus einem ersten Material und einen die Seele umgebenden Mantel aus einen zweiten Material aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Mantel aus PTFE oder PFA (Perfluoralkoxy-Polymer) und die Seele aus einem Elastomer, wie Silikon oder EPDM bestehen.
Der Durchmesser der Seele entspricht bevorzugt etwa dem halben Durchmesser des Stabes.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Werkzeugunterteil auf der der Aufnahme abgewandten Seite der Dichtung eine Tauchkante auf, welche bei geschlossenem Werkzeug über die Unterkante des Werkzeugoberteils übersteht.
Weiterhin ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung am Übergang vom Werkzeugunterteil in die Nut eine Fase vorgesehen, durch welche sich das Einsetzen der Dichtung in die Nut vereinfacht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
2 eine bei der ersten Ausführungsform verwendete Dichtung,
3 eine Variante der bei der ersten Ausführungsform verwendeten Dichtung,
4 eine zweite Ausführungsform der Dichtung, und
5 ein in Zusammenhang mit der zweiten Dichtung verwendetes Werkzeugunterteil.
In 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess ist im Folgenden nur im hier interessierenden Bereich wiedergegeben.
Das Werkzeug weist ein Werkzeugoberteil 1 und ein Werkzeugunterteil 2 sowie einen als Volumenausgleich dienenden Aufnahmeraum 3 auf, der von dem Werkzeugoberteil 1, dem Werkzeugunterteil 2 und einer Dichtung 3 begrenzt ist.
Der Aufnahmeraum 3 ist auf der Werkzeugseite bogenförmig gewölbt. Weiterhin weist die Dichtung 4 auf der dem Aufnahmeraum 3 zugewandten Seite eine verformbare Wandung 4a auf, die bei geöffneten Werkzeug im Wesentlichen eben sein kann und bei geschlossenem Werkzeug bogenförmig in Richtung auf den Aufnahmeraum 4 gewölbt ist, so dass der Aufnahmeraum 3 eine im Wesentlichen sichelförmige Gestalt annimmt (vgl. 1b).
Die Dichtung 4 ist auf der zum Aufnahmeraum 3 weisenden Wandung 4a mit einer Beschichtung aus PTFE o. dgl. versehen.
Die Dichtung 4 hat eine in 2 im Einzelnen dargestellte Form. Sie weist einen kreisförmigen Abschnitt 4b auf, an den sich ein Abschnitt mit zwei parallelen Wänden 4c anschließt. Der Abschnitt mit den zwei parallelen Wänden 4c geht auf der einen Seite in einen längeren konvexen, an der Wandung 4a endenden Abschnitt 4d und der auf der anderen Seite in einen kürzeren, senkrecht von dem Abschnitt mit den parallelen Wänden 4c abstehenden Abschnitt 4e übergeht. An den Abschnitt 4e schließt sich ein konkaver Bereich 4f an, welcher der Wandung 4a gegenüberliegt. Der konkave Bereich 4f und die Wandung 4a sind auf der dem kreisförmigen Abschnitt 4b gegenüberliegenden Seite über einen Bereich miteinander verbunden, der von zwei bogenförmig nach außen gewölbten ungleichmäßig langen Abschnitte 4g gebildet ist.
Die beiden bogenförmig nach außen gewölbten Abschnitte 4g sind über einen relativ kurzen, bogenförmig nach innen gewölbten Abschnitt 4h miteinander verbunden, der dem Mittelpunkt des kreisförmigen Abschnitts 4b gegenüberliegt.
Der kreisförmige Abschnitt 4b kann gemäß einer in 3 dargestellten Variante auf der dem Abschnitt mit den parallelen Wänden 4c gegenüberliegenden Seite eine V-förmige Aussparung 4i aufweisen, die sich bis über den Mittelpunkt des kreisförmigen Abschnitts 4b hinaus erstreckt (vgl. 3).
Die Dichtung 4 kann aus EPDM, Silikon o. dgl. bestehen.
Anhand der 1 wird das Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erläutert.
In 1a wird das Werkzeug geschlossen. Beim Schließen wird ein Druck auf den Abschnitt 4g der Dichtung erzeugt, wodurch sich die Wandung 4a in Richtung auf das Werkzeug verformt und in geschlossenem Zustand des Werkzeugs eine konvexe Ausformung bildet (vgl. 1b). Zwischen der nunmehr konvexen Wandung 4a einerseits und dem Werkzeugoberteil 1 und dem Werkzeugunterteil 2 andererseits ist nun der sichelförmige Aufnahmeraum 3 ausgebildet, der als Volumenausgleich für das Injektionsmaterial dient.
Gelangt nunmehr Injektionsmaterial 5 in den Aufnahmeraum 3 wird es zwischen der konvexen Wandung 4a, dem Werkzeugoberteil 1 und dem Werkzeugunterteil 2 aufgenommen, ohne die Dichtung 4 zu verformen (vgl. 1c).
Wird das Werkzeug nach ausgehärtetem Injektionsprozess wieder geöffnet, bewegt sich infolge des nachlassenden Drucks der Abschnitt 4g wieder nach oben in seine Ausgangslage. Dies hat zur Folge, dass auch die Wandung 4a wieder in ihre Ausgangslage zurückkehrt und sich dabei von dem Injektionsmaterial 5 löst, so dass dieses nunmehr leicht entfernt werden kann (vgl. 1d).
In 4 ist eine alternative Ausführungsform einer Dichtung 6 dargestellt. Diese Dichtung 6 ist als runder oder ovaler Stab ausgebildet, der eine Seele 6a aus einem ersten Material und einen die Seele 6a umgebenden Mantel 6b aus einen zweiten Material aufweist.
Der Mantel 6b kann beispielsweise aus PTFE oder PFA und die Seele 6a aus einem Elastomer, wie Silikon oder EPDM bestehen. Der Durchmesser der Seele 6a entspricht bevorzugt etwa dem halben Durchmesser des Stabes.
In 5 ist ein in Zusammenhang mit der Dichtung 6 gemäß 4 verwendetes Werkzeug dargestellt.
Das Werkzeugunterteil 2 weist auf der der Aufnahme 7 für das Werkstück abgewandten Seite der Dichtung 6 eine Tauchkante 8 auf, welche bei geschlossenem Werkzeug über die Unterkante des Werkzeugoberteils 1 übersteht. Zwischen der Tauchkante 8 und dem Werkzeugoberteil 1 ist ein Spalt 9 ausgebildet. Die Tauchkante 8 verhindert, dass die Dichtung 6 bei der Injektion durch die hohen Drücke abgeschert wird. Der Tauchkantenspalt kann auch als Volumenausgleich für die Dichtung 6 verwendet werden.
Weiterhin ist am Übergang vom Werkzeugunterteil 2 in die die Dichtung 6 aufnehmende Nut 10 eine Fase 11 zur besseren Montierbarkeit der Dichtung 6 vorgesehen.
Bei dieser Ausführungsform wird der Aufnahmeraum 3 ebenfalls zwischen dem Werkzeugoberteil 1, dem Werkzeugunterteil 2 und der Dichtung 6 ausgebildet.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugoberteil
2: Werkzeugunterteil
3: Aufnahmeraum
4: Dichtung
4a: verformbare Wandung
4b: kreisförmiger Abschnitt
4c: Abschnitt mit parallelen Wänden
4d: Abschnitt
4e: Abschnitt
4f: konkaver Bereich
4g: Abschnitt
4h: Abschnitt
4i: Aussparung
5: Injektionsmaterial
6: Dichtung
6a: Seele
6b: Mantel
7: Aufnahme
8: Tauchkante
9: Spalt
10: Nut
11: Fase

Claims

Werkzeug zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Injektionsprozess, mit einer Aufnahme für ein Kunststoffbauteil, die von einer umlaufenden Dichtung umgeben ist, welche in eine im Werkzeug ausgebildete Nut eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmeraum (3) als Volumenausgleich vorgesehen ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (3) auf der einen Seite von dem Werkzeug und auf der anderen Seite von der Dichtung (4, 6) begrenzt ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Werkzeugoberteil (1) und ein Werkzeugunterteil (2) aufweist und dass der Aufnahmeraum (3) von dem Werkzeugoberteil (1), dem Werkzeugunterteil (2) und der Dichtung (4, 6) begrenzt ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (3) auf der Werkzeugseite bogenförmig gewölbt ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) auf der dem Aufnahmeraum (3) zugewandten Seite eine verformbare Wandung (4a) aufweist, die bei geöffneten Werkzeug im Wesentlichen eben und bei geschlossenem Werkzeug bogenförmig in Richtung auf den Aufnahmeraum (3) gewölbt ist, so dass der Aufnahmeraum (3) eine im Wesentlichen sichelförmige Gestalt annimmt.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) auf der zum Aufnahmeraum (3) weisenden Wandung eine Beschichtung aus PTFE o. dgl. aufweist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) einen kreisförmigen Abschnitt (4b) aufweist, an den sich ein Abschnitt mit zwei parallelen Wänden (4c) anschließt, der auf der einen Seite in einen längeren konvexen, an der Wandung (4a) endenden Abschnitt (4d) und der auf der anderen Seite in einen kürzeren, senkrecht von dem Abschnitt mit den parallelen Wänden (4c) abstehenden Abschnitt (4e) übergeht, an den sich ein konkaver Bereich (4f) anschließt, welcher der Wandung (4a) gegenüberliegt, wobei der konkave Bereich (4f) und die Wandung (4a) auf der dem kreisförmigen Abschnitt (4b) gegenüberliegenden Seite über einen Bereich miteinander verbunden sind, der von zwei bogenförmig nach außen gewölbten ungleichmäßig langen Abschnitten (4g) gebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden bogenförmig nach außen gewölbten Abschnitte (4g) über einen relativ kurzen, bogenförmig nach innen gewölbten Abschnitt (4h) miteinander verbunden sind, der dem Mittelpunkt des kreisförmigen Abschnitts (4b) gegenüberliegt.
Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisförmige Abschnitt (4b) auf der dem Abschnitt mit den parallelen Wänden (4c) gegenüberliegenden Seite eine V-förmige Aussparung (4i) aufweist, die sich bis über den Mittelpunkt des kreisförmigen Abschnitts (4b) hinaus erstreckt.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) aus EPDM, Silikon o. dgl. besteht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) als runder oder ovaler Stab ausgebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab eine Seele (6a) aus einem ersten Material und einen die Seele (6a) umgebenden Mantel (6b) aus einen zweiten Material aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel aus PTFE oder PFA und die Seele aus einem Elastomer, wie Silikon oder EPDM besteht.
Werkzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Seele (6a) etwa dem halben Durchmesser des Stabes entspricht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugunterteil (2) auf der der Aufnahme (7) abgewandten Seite der Dichtung (6) eine Tauchkante (8) aufweist, welche bei geschlossenem Werkzeug über die Unterkante des Werkzeugoberteils (1) übersteht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang vom Werkzeugunterteil (2) in die Nut (10) eine Fase (11) vorgesehen ist.