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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Radiator- oder Ladeluftkühlerkastens als Kunststoffkasten mit integrierter Dichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Radiator- oder Ladeluftkühlerkasten als Kunststoffkasten mit integrierter Dichtung, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist.
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Radiator- oder Ladeluftkühlertanks werden mittels Spritzguss von technischen Thermoplasten gefertigt, zum Beispiel mit einem glasfasergefüllten Polyamid, zum Beispiel PA66-GF30. Die Dichtung wird separat gefertigt, ebenfalls durch Spritzguss, wobei zum Beispiel ein terpolymeres Elastomer (Gummi) aus synthetischem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk mit der Kurzbezeichnung EPDM verwendet werden kann. Anschließend werden die Komponenten zusammen mit dem Wärmetauscher, zum Beispiel aus Aluminium, montiert. In der
WO 2008/030015 A1 und in der
KR 2008 0 021 32 8 A werden Prozessketten zur Integrierung der Dichtung beschrieben, bei der der zunächst gefertigte Radiator- oder Ladeluftkühlertank in ein weiteres Werkzeug eingelegt wird, so dass sich dort eine Kavität für die Dichtung bildet. In dieses Formnest wird dann ein Primer und anschließend Flüssigsilikonkautschuk mit der Kurzbezeichnung LSR gespritzt. In der
EP 2 093 040 A1 wird ein Spritzgussprozess mit zwei Prozessschritten beschrieben, in dem mehrere Schieber in Hauptöffnungsrichtung sowie in seitliche Richtung gezogen werden, um die zweite Kavität freizugeben.
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Der derzeit am meisten genutzte Prozess der Fertigung von Tank und Dichtung erfordert die separate Fertigung der Komponenten. Des Weiteren ist ein gewisser Kontrollaufwand bei der Montage der Komponenten zu nennen. Bei den in den oben erwähnten Druckschriften beschriebenen Prozessen wird eine Montagebaugruppe erhalten. Eine hinreichende Haftung des Elastomers wird dabei mittels Primer als Haftvermittler erreicht. Bei der ebenfalls dargestellten Spritzgussvariante werden mehrere Schieber benötigt. Es sind glatte Fügeflächen vorhanden. Eine sichere Haftung des Dichtungsmaterials wird durch einen seitlichen Formschluss realisiert.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen möglichst einfachen Fertigungsprozess für einen Radiator- oder Ladeluftkühlerkastens mit Dichtung bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Radiator- oder Ladeluftkühlerkastens nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung eines Radiator- oder Ladeluftkühlerkastens als Kunststoffkasten mit integrierter Dichtung mittels Zwei-Komponenten-Spritzgießen unter Anwendung eines Spritzgießwerkzeugs, welches einen ersten Hauptteil, einen zweiten Hauptteil und einen beweglichen Schieberkern als dritten Hauptteil umfasst, die eine erste Kavität für zumindest einen Teil des Kunststoffkastens sowie durch eine Relativbewegung des beweglichen Schieberkerns eine unmittelbar zur ersten Kavität benachbarte zweite Kavität für ein Dichtungsmaterial bilden.
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Bei dem Verfahren wird/werden:
- a) der Kunststoffkasten mittels Spritzgießen von Kunststoff in die erste Kavität gefertigt und der bewegliche Schieberkern zunächst so platziert, dass er an die erste Kavität angrenzt und die zweite Kavität derart ausfüllt, dass kein Kunststoff in die zweite Kavität gelangen kann,
- b) nach Ende einer Nachdruckphase und nach hinreichender Abkühlung des Kunststoffkastens der Schieberkern im Spritzgießwerkzeug – von der angrenzenden ersten Kavität weggerichtet – in Hauptwerkzeugöffnungsrichtung verschoben, derart, dass die zweite Kavität freigegeben wird, und
- c) in die zweite Kavität ein Dichtungsmaterial gespritzt.
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Als Hauptwerkzeugöffnungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Öffnungsbewegung zur Freigabe der Kavität für den Kunststoffkasten senkrecht zur Berührungsfläche des ersten und des zweiten Hauptteils miteinander zu verstehen.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in der Integrierung der Dichtung am Kunststoffkasten und damit einer definierten Fixierung und erleichterten Montierbarkeit. Der Kunststoffkasten für den Radiator- oder Ladeluftkühler wird mit Dichtung in nur einem Fertigungsprozess gefertigt. Dadurch entfällt die separate Fertigung der Dichtung sowie der erhöhte Montage- und Kontrollaufwand dreier Komponenten. Dies führt zu einer Minimierung der Handhabung der Komponenten und der Werkzeugteile. Das Werkzeugkonzept sieht bezüglich der Dichtungskontur einen Schieberkern mit kurzem Hub in Hauptwerkzeugöffnungsrichtung vor. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schieberkern durch die Form seiner in Richtung der ersten Kavität weisenden Stirnfläche bereits die Außenkontur der später zu integrierenden Dichtung vorgibt.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit der Herausbildung der Form der Wirkfläche des Tankfußes des Kunststoffkastens und der Dichtung. So kann die Kontur dieses Tankfußes, das heißt des unteren Teils einer Wand des herzustellenden Kunststoffkastens, und der Dichtung zunächst invertiert ausgebildet werden. Die dann entstehende Dichtungskontur ist vorteilhaft in einer Nut eingebettet, das heißt ein bestimmter Teil der Dichtung ist innerhalb des Tanks bzw. Kunststoffkastens integriert. Neben einem gewissen Stoffschluss ergibt sich somit ein Formschluss und dadurch eine gewisse Haltekraft der Dichtung am Kunststoffkasten, die bei der anschließenden Handhabung der Komponenten und des Werkzeugs hinreichend groß ist.
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Die Zuführung des Dichtungsmaterials zur Fertigung der Dichtung kann vorteilhaft über mindestens eine Anbindung in Hauptwerkzeugöffnungsrichtung oder auch seitlich über mindestens eine Anbindung im Bereich der Trennebene zwischen den festen und beweglichen Hauptteilen, das heißt zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptteil des Spritzgießwerkzeugs, erfolgen.
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Der Radiator- oder Ladeluftkühlerkasten wird vorzugsweise mittels Spritzgießen von Thermoplasten, vorzugsweise Technischen Thermoplasten, gefertigt. Als Technischer Thermoplast für die Fertigung des Radiator- oder Ladeluftkühlerkastens wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein glasfasergefülltes Polyamid, zum Beispiel PA66-GF30, eingesetzt. Als Thermoplast für die Fertigung des Radiator- oder Ladeluftkühlerkastens kann auch ein Werkstoff auf Polypropylen-Basis, zum Beispiel PP-GF30, eingesetzt werden.
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Die stirnseitige Dichtungskontur kann, wie bisher üblich, in halbrunder Form ausgebildet sein und so auch einen gewissen Toleranzausgleich zum Material des anschließend zu montierenden Wärmeübertragers, der zumeist aus Aluminium besteht, erreichen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden als Dichtungsmaterial vernetzende Formmassen angewendet. Die Zuführung eines vernetzenden Dichtungsmaterials erfolgt hierbei vorzugsweise bei gleichzeitiger Zuführung von Wärme. Bei der Verarbeitung von vernetzenden Formmassen als Dichtungsmaterial, zum Beispiel Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Flüssigsilikonkautschuk (LSR) oder Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), kann die noch sehr hohe Oberflächentemperatur des erstarrten, jedoch noch nicht vollständig erkalteten Kunststoffkastens zur Vernetzung genutzt werden. Die Entformungstemperatur von PA66-GF30 liegt zum Beispiel bei zirka 220 °C.
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Das erfindungsgemäße Werkzeugkonzept kann auch genutzt werden, um Polyurethan (PUR) in einem geschlossenen Werkzeug zu verarbeiten. Somit kann als Dichtungsmaterial ebenfalls eine Ein- oder Zweikomponenten-Polyurethan-Formmasse (PUR) eingesetzt werden.
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Ebenso kann auch ein Thermoplastischer Elastomer (TPE) als Dichtungsmaterial in der dargestellten Form verarbeitet werden. Die Zuführung des Dichtungsmaterials erfolgt hier bei gleichzeitiger Abfuhr von Wärme.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen der zweite Hauptteil des Spritzgießwerkzeugs und der Schieberkern jeweils aus Werkzeugwerkstoffen unterschiedlicher Temperaturleitfähigkeit, wobei der Schieberkern eine höhere Temperaturleitfähigkeit aufweist als der zweite Hauptteil des Spritzgießwerkzeugs. Durch die Verwendung von Werkzeugwerkstoffen unterschiedlicher Temperaturleitfähigkeit können die unterschiedlichen Anforderungen der Thermoplast- bzw. Elastomerverarbeitung berücksichtigt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Radiator- oder Ladeluftkühlerkasten als Kunststoffkasten mit integrierter Dichtung, der durch ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer seiner oben genannten Ausführungsformen erhältlich ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1: ein Beispiel für einen Radiator- oder Ladeluftkühlerkasten, Stand der Technik,
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2: eine schematische Darstellung des Ablaufes eines Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens mit Integrierung einer Dichtung und
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3: eine schematische Darstellung des Ablaufes eines Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens mit Integrierung einer Dichtung unter Verwendung von Heizelementen.
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Die 1 zeigt ein Beispiel für einen Radiator- oder Ladeluftkühlerkasten aus Kunststoff, der eine umlaufende Dichtung aufweist, nach dem Stand der Technik. Dieser Kunststoffkasten ist sehr komplex, das heißt mit vielen integrierten Funktionen ausgebildet. Dies erfordert entsprechende Spritzgusswerkzeuge für die Fertigung des Kunststoffkastens. Die Dichtung wird zumeist mit konstanter Querschnittsform separat gefertigt.
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Es gibt verschiedene Werkzeugkonzepte für das Zwei-Komponenten-Verfahren. Der sogenannte serielle Prozess beinhaltet die Injektion einer harten Komponente für den Kunststoffkasten und eine nachfolgende Bearbeitung dieses Kunststoffkastens. Das erkaltete Material wird dabei anschließend in ein Elastomerwerkzeug eingeführt und mit einer weichen Komponente, einem Elastomer, überformt. Dieser Prozess ist jeweils immer nur für ein ähnliches Kasten-Design geeignet, und die Herstellung der Dichtung ist sehr aufwändig.
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Vom seriellen Prozess zu unterscheiden ist der sogenannte integrierte Prozess. Gemäß einer Variante dieses integrierten Prozesses kann die harte Komponente zunächst in eine erste Kavität injiziert, dann in eine zweite Kavität, zum Beispiel durch Drehung, überführt und in einem zweiten Schritt das Dichtungsmaterial in der zweiten Kavität verarbeitet werden. Das erforderliche Werkzeug muss im Vergleich zu anderen Spritzgusswerkzeugen sehr groß sein, und der Prozess erscheint insgesamt sehr aufwändig.
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Die Erfindung wendet eine andere Form des integrierten Prozesses als Werkzeugkonzept an. Dabei wird die harte Komponente injiziert, anschließend eine im Werkzeug integrierte zweite Kavität freigegeben und die weiche Komponente, zum Beispiel ein Elastomer, injiziert, wobei beide Injektionen, sowohl die des Thermoplasten als auch die des Elastomers, somit innerhalb eines Injektionszyklus in einem Werkzeug stattfinden.
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Durch diese Variante des integrierten Prozesses ist die Werkzeugkomplexität zwar gegenüber den Spritzgusswerkzeugen für die serielle Verarbeitung der Thermoplasten erhöht, aber zu bewältigen. Diese Form des integrierten Prozesses erfordert eine entsprechende Maschine sowie im Vergleich zum 1K-Prozess eine geringe Erhöhung der Gesamtzykluszeit.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufes eines integrierten Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens. Dabei zeigt die Abbildung A das Spritzgießwerkzeug 1 mit einem feststehenden, ersten Hauptteil 1a, einem beweglichen, zweiten Hauptteil 1b und einem beweglichen Schieberkern 1c als dritten Hauptteil 1c des Spritzgießwerkzeugs 1. Abhängig von der Geometrie des herzustellenden Spritzgusskastens kann es auch vorteilhaft sein, dass der erste Hauptteil 1a beweglich ausgebildet ist und der zweite Hauptteil 1b die feststehende Werkzeugseite darstellt. Der zweite Hauptteil 1b des Spritzgießwerkzeugs 1 stellt einen nutförmigen Aufnahmeraum 2 für den unteren Teil einer Wand des herzustellenden Radiator- oder Ladeluftkühlerkastens 3 bzw. Kunststoffkastens 3, auch Tankfuß genannt, bereit. Die Basisfläche 4 des Aufnahmeraums 2 liegt meist unter der Trennebene 5 zwischen den festen und beweglichen Hauptteilen 1a, 1b des Spritzgießwerkzeugs 1. Von dieser Basisfläche 4 geht ein kanalförmiger Führungsraum 6 für den gemäß 2 vertikal beweglichen Schieberkern 1c aus. Der bewegliche Schieberkern 1c korrespondiert hinsichtlich seiner senkrecht zur Verschieberichtung 7 bzw. Hauptwerkzeugöffnungsrichtung 7 des Schieberkerns 1c vorhandenen Abmessungen mit den entsprechenden Abmessungen des Führungsraums 6. Die in Richtung Aufnahmeraum 2 weisende Stirnfläche 8, die gemäß Abbildung A in 2 eine konkave Form aufweist, gibt von der später zu integrierenden Dichtung 9 die Außenkontur 10 vor. Diese ist, wie in Abbildung C in 2 dargestellt, entsprechend konvex ausgebildet.
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Der bewegliche Schieberkern 1c ist gemäß Abbildung A in 2 zunächst so platziert, dass er zumindest den zum Aufnahmeraum 2 unmittelbar benachbarten Teil des Führungsraums 6 ausfüllt und in den Aufnahmeraum 2 hineinragt, wobei der nicht durch den Schieberkern 1c ausgefüllte Teil des Aufnahmeraums 2 eine erste Kavität 11, nämlich für das Spritzgießen des thermoplastischen Materials des Kunststoffkastens 3, bildet. Die Abbildung A in 2 zeigt die Phase des Prozesses, in der der Kunststoffkasten 3 aus thermoplastischem Material mittels Spritzgießen in die erste Kavität 11 gefertigt worden ist. Am Ende einer Nachdruckphase und nach hinreichender Abkühlung des Kunststoffkastens 3 wird der Schieberkern 1c, wie in den Abbildungen B1 und B2 gleichermaßen gezeigt, aus dem Aufnahmeraum 2 heraus in den Führungsraum 6 verschoben. Dadurch wird eine zweite Kavität 12 freigegeben, die gemäß der Darstellung in 2, Abbildungen B1 und B2, bis in den Führungsraum 6 hineinreicht. Diese Verschieberichtung 7 entspricht der Hauptwerkzeugöffnungsrichtung 7. Die zweite Kavität 12 ist für die Aufnahme der sogenannten weichen Komponente, des Dichtungsmaterials 9, vorgesehen. Dabei kann die Zuführung des Dichtungsmaterials 9 einerseits, wie in Abbildung B1 dargestellt, über eine Anbindung 13a in die Hauptwerkzeugöffnungsrichtung 7 erfolgen. Alternativ erfolgt die Zuführung des Dichtungsmaterials 9 seitlich über eine Anbindung 13b im Bereich der Trennebene 5, im gezeigten Ausführungsbeispiel unterhalb der Trennebene 5, wie in Abbildung B2 dargestellt.
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Die Abbildung C in 2 zeigt das in die zweite Kavität 12 eingespritzte Dichtungsmaterial 9. Die konvexe Außenkontur 10 der entstehenden Dichtung 9 korrespondiert dabei mit der konkaven Kontur der Stirnfläche 8 am oberen Ende des Schieberkerns 1c, wie ein Vergleich der Abbildungen B und C in 2 zeigt.
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Wie in 3 schematisch dargestellt wird, erfolgt die Zuführung des vernetzenden Dichtungsmaterials 9 vorteilhaft bei gleichzeitiger Zuführung von Wärme. Dafür können, wie in den Abbildungen A und B gezeigt, Heizelemente 14 im Spritzgießwerkzeug 1 integriert sein, die während der in Abbildung B gezeigten Zuführung des Dichtungsmaterials 9 aktiviert sind. Diese Heizelemente 14 sind im zweiten Hauptteil 1b nahe an den Wänden des Führungsraums 6, das heißt um diesen herum, platziert. Der zweite Hauptteil 1b besteht dabei aus einem Material, welches eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Schieberkerns 1c. Das Material des Schieberkerns 1c weist vorteilhaft eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um die Wärme auf das in die zweite Kavität 12 zugeführte Dichtungsmaterial 9 übertragen zu können. Die Ausführung des Spritzgießwerkzeugs 1 mit Materialien unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit ermöglicht eine thermische Trennung der Bereiche für die Fertigung des Kunststoffkastens 3 einerseits und für die Dichtung 9 andererseits. Wenn erforderlich, kann so eine schnelle Aushärtung des Dichtungsmaterials 9 erreicht werden. Bei der Verwendung von vernetzenden Formmassen kann so eine gute Wärmeleitung über den Schieberkern 1c den temperaturabhängigen Vernetzungsprozess des Dichtungsmaterials 9 unterstützen, während die Wärmezuführung zum Material des bereits erstarrten thermoplastischen Kastens aufgrund der schlechteren Wärmeleitung des Materials des Hauptteils 1b gleichzeitig niedrig gehalten wird. Bei nicht härtenden Formmassen kann hier umgekehrt eine intensive Kühlung dieses Bereiches erfolgen, um hier die Wärme schnell abführen zu können.
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Die Abbildung C zeigt wiederum schematisch den „Fuß“ des Kunststoffkastens 3 mit ausgehärteter Dichtung 9. Die entstehende Dichtungskontur 9 ist, wie Abbildung C der 3 zeigt, in einer Nut zwischen zwei Basisstegen 15 des Kunststoffkastens 3 eingebettet. Neben einem gewissen Stoffschluss ergibt sich somit ein Formschluss und dadurch eine gewisse Haltekraft der Dichtung 9 am Kunststoffkasten 3, die bei der anschließenden Handhabung hinreichend groß ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzgießwerkzeug
- 1a
- erster Hauptteil, Hauptteil (feststehend)
- 1b
- zweiter Hauptteil (beweglich), Hauptteil
- 1c
- (beweglicher) Schieberkern, dritter Hauptteil, Hauptteil
- 2
- Aufnahmeraum
- 3
- Radiator- oder Ladeluftkühlerkasten, Kunststoffkasten
- 4
- Basisfläche
- 5
- Trennebene
- 6
- Führungsraum
- 7
- Verschieberichtung, Hauptwerkzeugöffnungsrichtung
- 8
- Stirnfläche
- 9
- Dichtung, Dichtungsmaterial, Dichtungskontur
- 10
- Außenkontur (der Dichtung 9)
- 11
- erste Kavität
- 12
- zweite Kavität
- 13a
- Anbindung in die Hauptwerkzeugöffnungsrichtung 7
- 13b
- Anbindung unterhalb der Trennebene 4, Anbindung im Bereich der Trennebene
- 14
- Heizelemente
- 15
- Basisstege
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/030015 A1 [0002]
- KR 20080021328 A [0002]
- EP 2093040 A1 [0002]
