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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen Umspritzen eines Halbzeuges, ein Halbzeug und eine Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen eines Halbzeuges.
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Stand der Technik
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Nach aktuellem Stand der Technik sind Anwendungen, wie Sieb- oder Filterelemente bekannt, bei denen Kunststoff- oder Metallgewebe bzw. -gitter am Rand und teilweise auch in inneren Bereichen mit Kunststoff umspritzt sind. Weiterhin ist bekannt, dass Metallgewebe oder -gitter zur Abschirmung elektromagnetischer Felder oder Wellen Anwendung finden. Dieser Anwendungsfall erfordert in der Regel Bereiche am Bauteilrand, die nicht von Kunststoff umgeben sind, d.h. das Metallgewebe übersteht.
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Sollen derartige Bauteile in einem Schuss mittels Spritzgießen hergestellt werden, ist bisher ein aufwendiges Dichtungskonzept im Spritzgießwerkzeug erforderlich, um ein Durchdringen einer Kunststoffschmelze in die Gewebe- oder Gitterhalbzeuge sowie eine Gratbildung zu verhindern. Gleichzeitig sollen die eingelegten Halbzeuge nicht beschädigt werden. Gewebe- oder Gitterhalbzeuge aus Kunststoff sind in der Regel geringfügig kompressibel, sodass durch entsprechende Werkzeuggestaltung und ausreichende Zuhaltekraft eine Abdichtung gegen die eintretende Schmelze gewährleistet ist. Eine geometrische Gestaltungsfreiheit ist bei derart komplexen Dichtungssystemen deutlich eingeschränkt, sodass nur einfache Geometrien der Randbereiche möglich sind.
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Alternativ werden Gewebe- oder Gitterhalbzeuge aus Kunststoff auch mit separat hergestellten thermoplastischen Kunststoffrahmen zu einem Filterbauteil durch Schweißen in einem zusätzlichen Prozessschritt verbunden. Unter Gewebe- oder Gitterhalbzeugen aus Kunststoff sind sowohl reine Kunststoffhalbzeuge oder Halbzeuge aus Kunststofffasern als auch Halbzeuge mit Faserverstärkung zu verstehen. Faserverstärkungen können beispielsweise Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern, aber auch Naturfasern wie Sisal-, Basalt-, Hanf- oder Flachsfasern sein. Bei metallischen Gewebe- oder Gitterhalbzeugen, die großes Potenzial hinsichtlich Abschirmung elektromagnetischer Felder und Wellen bieten, sind diese Möglichkeiten nicht gegeben. Stattdessen ist ein aufwendiges Werkzeugdichtungskonzept notwendig.
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Die
DE 10 2012 215 928 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrokomponententrägers, mit einem Schritt des Bereitstellens eines Halbzeugs, das einen Vorspritzling mit einer auf einer Hauptseite des Vorspritzlings angeordneten Elektronikkomponente umfasst, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Positionierens und einen Schritt des Umspritzens aufweist, wobei in dem Schritt des Positionierens das Halbzeug in einer Kavität eines Werkzeugs so positioniert wird, dass ein die Elektronikkomponente umgebender Randbereich der Hauptseite einer sich von einer Innenwand des Werkzeugs in die Kavität erstreckenden ringförmigen Erhebung gegenüber liegt und die Elektronikkomponente innerhalb eines durch die ringförmige Erhebung umschlossenen Bereichs angeordnet wird, und wobei in dem Schritt des Umspritzens eine Formmasse so durch eine Öffnung des Werkzeugs in die Kavität gespritzt wird, dass sie zumindest die Elektronikkomponente fluiddicht umschließt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum partiellen Umspritzen eines Halbzeuges mittels einer Spritzgießvorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Einlegen des Halbzeuges in ein Spritzgießwerkzeug der Spritzgießvorrichtung, wobei in einem Randbereich des Halbzeuges ein den Randbereich umschließendes Abdichtungselement angeordnet ist. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Umspritzen des eingelegten Halbzeuges mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff, wobei das Abdichtungselement den Randbereich gegenüber dem eingespritzten duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff abdichtet.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Halbzeug, welches außer in einem Randbereich des Halbzeuges mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff umspritzt ist.
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Die vorliegende Erfindung schafft überdies eine Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen eines Halbzeuges, wobei ein Spritzgießwerkzeug der Spritzgießvorrichtung derart ausgebildet ist, dass in einer auswerferseitigen Formplatte des Spritzgießwerkzeuges eine Aussparung zur Aufnahme eines ersten Abschnittes eines Abdichtungselementes zum Abdichten eines Randbereiches des Halbzeuges während eines Umspritzens des in das Spritzgießwerkzeug eingelegten Halbzeuges ausgebildet ist, und in einer düsenseitigen Formplatte des Spritzgießwerkzeuges eine Aussparung zur Aufnahme eines zweiten Abschnittes des Abdichtungselementes zum Abdichten des Randbereiches des Halbzeuges während des Umspritzens des in das Spritzgießwerkzeug eingelegten Halbzeuges ausgebildet ist.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein effizientes Fertigungsverfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, Halbzeuge partiell und gratfrei mit Kunststoff zu umspritzen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Halbzeug durch ein Metallelement, insbesondere ein Gitter, Gewebe, Vlies, Geflecht, Lochblech oder Schlitzblech, oder ein Metall-/Kunststoffverbundelement ausgebildet ist. Auf diese Weise können in einem Prozessschritt mit geringem Kosten- und Zeitaufwand sowohl Sieb- oder Filterelemente als auch Fügeelemente zur Realisierung eines EMV-dichten Gehäuses hergestellt werden.
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Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass ein Abdichtungselement aus Polytetrafluorethen oder Perfluoralkoxylalkan ausgebildet ist, welches sich während des Umspritzens des eingelegten Halbzeuges ausdehnt. Durch Verwendung von spritzgießbarem Perfluoralkoxylalkan lassen sich in einem vorgeschalteten Prozess wiederverwendbare Abdichtungselemente für das Spritzgießwerkzeug in beliebiger Form herstellen, welche sich unter Wärmezufuhr ausdehnen und aufweichen, aber bei den vorhandenen Werkzeugtemperaturen nicht aufschmelzen oder anhaften. Abdichtelemente aus Polytetrafluorethen können dagegen spanend aus Plattenhalbzeugen hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Innenmaß des Abdichtungselementes größer als ein Außenmaß des Halbzeuges in dem zu umschließenden Randbereich des Halbzeuges ausgebildet ist. Wird ein solches Abdichtungselement mit geringem Übermaß in das Spritzgießwerkzeug zum partiellen Umspritzen des Halbzeuges zusammen mit dem Halbzeug eingebracht, so ist es in der Kavität des geschlossenen und temperierten Spritzgießwerkzeuges in seiner Ausdehnung eingeschränkt.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Spritzgießwerkzeug derart ausgebildet ist, dass im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeuges ein erster Abschnitt des Abdichtungselementes in einer auswerferseitigen Formplatte des Spritzgießwerkzeuges ausgebildeten Aussparung aufgenommen wird und ein zweiter Abschnitt des Abdichtungselementes in einer in einer düsenseitigen Formplatte des Spritzgießwerkzeuges ausgebildeten Aussparung aufgenommen wird. Das Abdichtungselement wird somit im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeuges durch die auswerferseitige Formplatte und die düsenseitige Formplatte in Position gehalten. Das von dem Abdichtungselement partiell umschlossene Halbzeug kann dadurch ebenfalls in Position gehalten werden.
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Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass eine Ausdehnung des Abdichtungselementes in einer Kavität des geschlossenen Spritzgießwerkzeuges während des Umspritzens des eingelegten Halbzeuges begrenzt ist. Dadurch kann die Ausdehnung des Abdichtungselementes in eine gewünschte Richtung gesteuert werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich das Abdichtungselement während des Umspritzens des eingelegten Halbzeuges in einer Dickenrichtung des Abdichtungselementes in einem zwischen dem Innenmaß des Abdichtungselementes und dem Außenmaß des Halbzeuges ausgebildeten Hohlraum ausdehnt, und den von dem Abdichtungselement umschlossenen Randbereich des Halbzeuges gegen den in eine Kavität des Spritzgießwerkzeuges eingespritzten duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff abdichtet. Das wiederverwendbare Abdichtungselement dichtet somit gegen die eintretende heiße thermo- oder duroplastische Schmelze gratfrei ab.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Abdichtungselement zusammen mit dem umspritzten Halbzeug entformt wird. Da nahezu keine Materialien existieren, die an Polytetrafluorethen bzw. Perfluoralkoxylalkan haften, stellt sich keine Verbindung zwischen dem Dichtungselement und dem angespritzten Kunststoff ein. Aufgrund dieser Antihafteigenschaften lassen sich das Abdichtungselement und das umspritzte Halbzeug problemlos voneinander trennen und entformen.
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Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass das Abdichtungselement nach einer bei einem Abkühlen des Abdichtungselementes bedingten Schwindung des Abdichtungselementes seine ursprünglichen Abmessungen aufweist, wobei ein Innenmaß des Abdichtungselementes größer als ein Außenmaß des Halbzeuges in dem zu umschließenden Randbereich des Halbzeuges ausgebildet ist, und das Abdichtungselement von dem umspritzten Halbzeug getrennt wird. Durch das Abkühlen sowohl des Dichtungselementes als auch des umspritzten Halbzeuges stellt sich eine Schwindung der Bauteile ein. Das Abdichtungselement kann somit zusammen mit dem umspritzten Halbzeug entformt werden und geht nach der Abkühlung in seine feste Ausgangsform zurück. Für den nächsten Zyklus lässt sich das Abdichtungselement direkt wiederverwenden oder wird in einen Puffer für einen späteren Zyklus überführt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Halbzeug mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff umspritzt ist, wobei das Halbzeug in einem Randbereich des Halbzeuges von dem umspritzten duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff frei ist. Somit wird ermöglicht, Halbzeuge partiell und gratfrei mit Kunststoff zu umspritzen.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die beiliegende Zeichnung soll ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulicht Ausführungsformen und dient im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnung. Die dargestellten Elemente der Zeichnung sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen eines Halbzeuges gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen des Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen des Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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4a bis 4f jeweils eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen des Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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4g eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen eines Halbzeuges gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist das Halbzeug 10 in ein Spritzgießwerkzeug 12 der Spritzgießvorrichtung eingelegt. In einem Randbereich 10a des Halbzeuges 10 ist ein Abdichtungselement 14 angeordnet. Das Abdichtungselement 14 umschließt das Halbzeug 10 in dem Randbereich 10a des Halbzeuges 10. Das Halbzeug 10 ist vorzugsweise durch ein Metallelement, beispielsweise ein Metallgewebe, ausgebildet. Alternativ kann das Halbzeug ebenfalls durch ein sonstiges Metallelement, wie beispielsweise ein Gitter, Vlies, Geflecht, Lochblech oder Schlitzblech, oder ein Metall-/Kunststoffverbundelement ausgebildet sein. Das Abdichtungselement 14 ist vorzugsweise aus Polytetrafluorethen oder Perfluoralkoxylalkan ausgebildet. Alternativ kann das Abdichtungselement 14 auch aus einem anderen geeigneten Material ausgebildet sein. Ein Innenmaß 14a des Abdichtungselementes 14 ist vorzugsweise größer als ein Außenmaß 10b des Halbzeuges 10 in dem von dem Abdichtungselement 14 umschlossenen Randbereich 10a des Halbzeuges 10 ausgebildet. Das Abdichtungselement 14 ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet. Alternativ kann das Abdichtungselement 14 auch eine andere geeignete Form aufweisen.
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2 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen des Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In 2 ist das in das Spritzgießwerkzeug 12 eingelegte Halbzeug 10 gezeigt. Das Halbzeug 10 ist mittels einer Einlegerfixierung 11 in dem Spritzgießwerkzeug 12 fixiert. In einem rechten Bereich des Spritzgießwerkzeuges 12 ist ein Anschluss an eine Spritzeinheit 20 der Spritzgießvorrichtung vorgesehen. Das Abdichtungselement 14 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl in dem in 1 gezeigten Querschnitt als auch in dem in 2 gezeigten Längsschnitt eine U-Form auf. Alternativ kann das Abdichtungselement 14 auch eine andere geeignete Form aufweisen.
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3 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen des Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In 3 ist das Halbzeug 10 mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Alternativ kann das Halbzeug 10 auch mit einem duroplastischen Kunststoff umspritzt sein. In dem Randbereich 10a des Halbzeuges 10 ist das Abdichtungselement 14 angeordnet. Das Spritzgießwerkzeug 12 ist in geschlossenem Zustand gezeigt. In diesem Zustand ist ein erster Abschnitt 14b des Abdichtungselementes 14 in einer in einer auswerferseitigen Formplatte 16 des Spritzgießwerkzeuges 12 ausgebildeten Aussparung 16a aufgenommen und ein zweiter Abschnitt 14c des Abdichtungselementes 14 ist in einer in einer düsenseitigen Formplatte 17 des Spritzgießwerkzeuges 12 ausgebildeten Aussparung 17a aufgenommen. Die auswerferseitige Formplatte 16 ist mit einer auswerferseitigen Aufspannplatte 30 verbunden und die düsenseitige Formplatte 17 ist mit einer düsenseitigen Aufspannplatte 31 verbunden.
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4a bis 4f zeigen jeweils eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung zum partiellen Umspritzen des Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In 4a ist das Spritzgießwerkzeug 12 in geöffnetem Zustand gezeigt. Auf der linken Seite ist die auswerferseitige Formplatte 16 und auf der rechten Seite die düsenseitige Formplatte 17 des Spritzgießwerkzeuges 12 gezeigt. In 4b ist der Schritt S1 eines Einlegens des Halbzeuges 10 in das Spritzgießwerkzeug 12 der Spritzgießvorrichtung gezeigt, wobei in dem Randbereich 10a des Halbzeuges 10 das den Randbereich 10a umschließende Abdichtungselement 14 angeordnet ist. In 4c ist das Spritzgießwerkzeug 12 in geschlossenem Zustand gezeigt. Im geschlossenen Zustand des Spritzgießwerkzeuges 12 ist der erste Abschnitt des Abdichtungselementes 14 in der in der auswerferseitigen Formplatte des Spritzgießwerkzeuges 12 ausgebildeten Aussparung aufgenommen und der zweite Abschnitt des Abdichtungselementes 14 in der in der düsenseitigen Formplatte des Spritzgießwerkzeuges 12 ausgebildeten Aussparung aufgenommen. Durch die Temperierung des Spritzgießwerkzeuges 12 erfolgt eine Wärmeübertragung von dem Spritzgießwerkzeug 12 auf das Abdichtungselement 14, sodass sich das Abdichtungselement 14 bereits vor dem Umspritzen des in das Spritzgießwerkzeug 12 eingelegten Halbzeuges ausdehnt. Die Ausdehnung des Abdichtungselementes 14 erfolgt in einer Dickenrichtung des Abdichtungselementes 14, sodass ein Spiel zwischen dem Innenmaß des Abdichtungselementes 14 und dem Außenmaß des Halbzeuges 10 durch die Ausdehnung des Abdichtungselementes 14 geschlossen wird. Das Abdichtungselement 14 dichtet somit den Randbereich 10a des Halbzeuges 10 gegen den in die Kavität des Spritzgießwerkzeuges 12 eingespritzten thermoplastischen Kunststoff ab. In 4d ist der Schritt eines Umspritzens S2 des in das Spritzgießwerkzeug 12 eingelegten Halbzeuges 10 mit dem thermoplastischen Kunststoff gezeigt. Das Abdichtungselement 14 dichtet den Randbereich 10a gegenüber dem eingespritzten thermoplastischen Kunststoff ab. In 4e ist das Spritzgießwerkzeug 12 nach dem Umspritzen S2 des eingelegten Halbzeuges 10 in geöffnetem Zustand gezeigt. In 4f ist der Schritt eines Auswerfens des umspritzten Halbzeuges 10 aus dem Spritzgießwerkzeug 12 gezeigt.
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4g zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbzeuges gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In 4g ist das umspritzte Halbzeug 10 gezeigt, wobei in dem Randbereich 10a des Halbzeuges 10 das Metallelement aus der Umspritzung hervorsteht. Das Abdichtungselement 14 ist in 4g bereits entfernt. Ein Anguss 10c ist in einem rechten Bereich des umspritzten Halbzeuges 10 gezeigt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise kann das Halbzeug je nach Anwendungsfall bei Verwendung als Sieb- oder Filterelement oder als Fügeelement zur Realisierung eines EMV-dichten Gehäuses eine jeweils an spezielle Anforderungen angepasste Form aufweisen. Die Auswahl eines Materials kann sich in vorteilhafter Weise ebenfalls an bauliche Anforderungen richten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012215928 A1 [0005]
