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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von mehrdimensionalen Gegenständen, die aus mindestens zwei zueinander beweglichen Teilen bestehen, wobei in mindestens zwei getrennten, jedoch innerhalb eines Werkzeugs ausgebildeten Formnestern Spritzlinge gefertigt werden, mit dem Öffnen des Werkzeugs die Spritzlinge in eine Position innerhalb des Werkzeugs so zueinander verlagert werden, dass eine Verbindung der Spritzlinge erfolgen kann, wobei die Verbindung durch ein horizontales Heranführen des ersten Spritzlings an den zweiten oder weiteren Spritzling ausgeführt wird, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Antriebsmodul für ein Spritzgusswerkzeug zum Ausführen einer Relativbewegung von Spritzlingen zu deren Montage innerhalb des Spritzgusswerkzeugs.
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Aus der
DE 44 17 979 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen mehrteiliger Spritzguss-Formteile aus Kunststoff bekannt. Der Fertigungsvorgang wird gemäß dieser Lehre in ein und demselben Werkzeug durchgeführt, indem die jeweiligen Einzelteile des Formteils gleichzeitig gespritzt und anschließend zu einer Einheit form- und/oder kraftschlüssig montiert werden.
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Die gattungsbildende
DE 197 27 786 C2 betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen und ein Werkzeug zum Spritzgießen von derartigen Gegenständen, die aus mindestens zwei gegeneinander beweglichen, miteinander verbundenen Teilen bestehen.
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Das dortige Verfahren soll insbesondere zur Herstellung von Lamelleneinheiten für Luftkanäle und Klimaanlagen bei Kraftfahrzeugen Anwendung finden. Die die Lamelleneinheiten für Luftkanäle und Klimaanlagen ergebenden Einzelteile sollen in einem gemeinsamen Verfahrensschritt und in einem gemeinsamen Werkzeug gleichzeitig hergestellt werden.
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Diesbezüglich werden die Einzelteile als einzelne Spritzlinge gefertigt. Nach Öffnen des Werkzeugs werden die Spritzlinge im gleichen Werkzeug montiert, so dass eine manuelle Montagearbeit entfällt.
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Die Spritzlinge können aus dem gleichen Material, insbesondere Kunststoffmaterial gefertigt werden.
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Verfahrensseitig sind innerhalb eines einzigen Formwerkzeugs mehrere Formnester vorgesehen, welche derart beabstandet ausgeführt werden, dass die vorerwähnten Lamellen in einer vorgegebenen Stellung gleichzeitig gespritzt werden können. Seitlich und im Abstand zu den Formnestern für die Lamellen befinden sich weitere Formnester, nämlich zum einen für einen Spritzling entsprechend einer Lagerstange sowie zum anderen für eine Betätigungsstange für die Lamellen. Die Formnester sind höhenmäßig so ausgebildet, dass nach Herstellung der Spritzlinge eine möglichst exakte Ausrichtung der entsprechenden Teile gegenüber dem erwähnten Lager- und Steuerzapfen erreicht wird. Über eine an sich bekannte Ausführung einer Schieberbewegung können in den Formnestern gespritzte Teile an die zu verbindenden Teile herangeführt werden. Nach entsprechender Verlagerung der Spritzteile werden in den Formnestern liegende Stangen seitlich auf entsprechende Zapfen der gespritzten Lamellen aufgedrückt, wobei gemäß
DE 197 27 786 C2 vorzugsweise jeder Schieber einen entsprechenden Andrückmechanismus enthält, um sicherzustellen, dass die Stangen an den Lamellen verbleiben, wenn die entsprechenden Schieber zurückgefahren werden.
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Grundsätzlich müssen während des Öffnens der Werkzeugform zwischen den Formnestern während des Spritzens liegende Werkzeugteile, wie Schieber, Verriegelungs- und Formleisten oder dergleichen zur Freigabe eines Raumes zwischen den mindestens zwei Spritzlingen verlagert werden, und zwar in der Form, dass die Spritzlinge innerhalb des Werkzeugs entsprechend miteinander verbunden werden können.
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Darüber hinaus fordert die Lehre nach
DE 197 27 786 C2 , dass anschließend wenigstens einer der Spritzlinge zur Montage innerhalb des Werkzeugs an den anderen Spritzling herangefahren und an diesem befestigt wird, wobei als erster Spritzling eine Gruppe von Spritzlingen gespritzt wird, die in zueinander im Wesentlichen paralleler Position zwischen einem düsenseitigen und einem auswerferseitigen Formeinsatz herzustellen sind. Insbesondere bei nicht parallelen, einfach oder mehrfach sphärisch geformten Spritzlingen ist eine dann auszuführende Montage der Teile äußerst kompliziert und ohne aufwendige Änderungen im Werkzeug nicht oder nur erschwert möglich.
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Auch stellt sich das erforderlich Freigeben zusätzlicher Werkzeugteile, wie Schieber, Verriegelungs- oder Formleisten als wirtschaftlicher Nachteil dar. Jede zusätzliche Schieberbaugruppe vergrößert den Aufwand bei der Herstellung entsprechender Spritzgusswerkzeuge und erhöht die Kosten der Fertigung und Teileherstellung.
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Insbesondere die Ausführung von seitlichen bzw. horizontalen Schieberbewegungen, insbesondere zum Ausführen des oder der Montageschritte zum Herstellen des entsprechenden Gegenstands, bestehend aus mehreren Spritzgussteilen, vergrößert die baulichen Abmessungen des Werkzeugs und schränkt die Ausbildung von Formnestern und deren Dimensionierung ein.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zum Spritzgießen von mehrdimensionalen Gegenständen, die aus mindestens zwei zueinander beweglichen Teilen bestehen, anzugeben, wobei mindestens in zwei getrennten, jedoch innerhalb eines Werkzeugs ausgebildeten Formnestern Spritzlinge gefertigt werden und diese Spritzlinge innerhalb des Werkzeugs einem Montageschritt unterliegen, so dass nach Auswerfen der komplette, einsatzbereite Gegenstand, seinem Bestimmungszweck genügend, zur Verfügung steht. Dabei ist es weiterhin Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für die erforderlichen Schieberbewegungen zu senken, um insgesamt die Kosten bei der Herstellung der Spritzgussteile zu reduzieren und schnell auf kundenseitige Änderungswünsche reagieren zu können.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines multifunktionalen Antriebsmoduls für ein Spritzgusswerkzeug zum Ausführen einer Relativbewegung von Spritzlingen zu deren Montage innerhalb des Spritzgusswerkzeugs.
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Der Antriebsmodul soll als Antriebsquelle auf Standard-Antriebszylinder zurückgreifen und in der Lage sein, eine Kraftübersetzung und/oder Bewegungsrichtungsumkehr zu ermöglichen, so dass einerseits eine feinfühlige, nicht schlagartige, andererseits aber auch kräftige Bewegungsausführung realisiert werden kann, um entsprechende Montagekräfte, z. B. Eindrücken eines Lagerzapfens in eine Lagerbohrung, ausführen zu können.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig durch die Lehre nach Anspruch 1 sowie bezüglich des Antriebsmoduls durch die Merkmalskombination nach Anspruch 6, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Erfindungsgemäß wird demnach von einem Verfahren zum Spritzgießen von mehrdimensionalen Gegenständen ausgegangen, die aus mindestens zwei zueinander beweglichen Teilen bestehen, wobei in mindestens zwei getrennten, jedoch innerhalb eines Werkzeugs ausgebildeten Formnestern Spritzlinge gefertigt werden.
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Mit Öffnen des Werkzeugs werden die Spritzlinge derart in eine Position innerhalb des Werkzeugs zueinander verlagert, dass eine Verbindung der Spritzlinge erfolgen kann. Diese Verbindung kann z. B. form- und/oder kraftschlüssig realisiert werden. Die Verbindung wird hierbei durch ein horizontales Heranführen des ersten Spritzlings an den zweiten oder weiteren Spritzling ausgeführt. Unter erstem oder zweiten Spritzling ist auch eine Gruppe entsprechender Spritzlinge zu verstehen, dies bedeutet, dass der erste Spritzling auch eine Vielzahl von Spritzlingen umfassen kann, was ebenso für den zweiten Spritzling bzw. die entsprechende Gruppe gilt.
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Bezüglich der Begrifflichkeit eines horizontalen Heranführens sei angemerkt, dass Spritzgießwerkzeuge üblicherweise in der Haupttrennebene vertikal öffnend dargestellt werden. Dies entspricht der Montagerichtung des Werkzeuges durch den Werkzeugmacher. Aus Anwendersicht werden die Werkzeuge jedoch meist horizontal eingespannt und betrieben. Spritzgießmaschinen öffnen überwiegend horizontal. Diesbezüglich ist die erwähnte Verbindungsausrichtung der Spritzlinge nur beispielhaft zu verstehen. Es kann also die Verbindung sowohl durch horizontales Heranführen als auch vertikales Heranführen erfolgen. Die Verbindungsheranführung kann auch wechseln oder grundsätzlich linear realisiert werden. Die Verwendung der Begrifflichkeit des horizontalen Heranführens ist daher nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen.
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Die durch Spritzgießen zu erzeugenden Gegenstände können beispielsweise eine Anordnung von beweglichen Lamellen, Klappen, Registern oder Ähnlichem zur Führung von fluiden Medien umfassen, wie sie beispielsweise im Bereich der Fahrzeugklimatisierung Anwendung finden. Selbstverständlich ist die Lehre der Erfindung nicht auf eine derartige Anwendung im Kraftfahrzeug- und insbesondere Automobilbereich beschränkt.
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Erfindungsgemäß werden die ersten Spritzlinge in einer ersten Ebene innerhalb des Werkzeugs und die zweiten Spritzlinge in einer zweiten Ebene innerhalb des Werkzeugs gefertigt. Die diesbezüglichen Spritzebenen weisen einen vertikalen Abstand auf. Die Spritzebenen selbst können auch eine gekrümmte Fläche bilden, so dass auch sphärisch geformte Spritzlinge erzeugbar sind. Maßgeblich ist allein der Abstand zwischen den Ebenen, um räumliche Beschränkungen hinsichtlich der zu fertigenden Spritzlinge und damit des endgültigen Gegenstands, soweit es die Dimensionierung der entsprechenden Spritzgussanlage und des Werkzeugs zulässt, zu vermeiden.
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Während oder nach dem Öffnen des Werkzeugs wird dann der vertikale Abstand zwischen den vorerwähnten Ebenen reduziert derart, bis die Verbindungsposition der entsprechenden Spritzlinge erreicht wird.
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Das horizontale Heranfahren der Spritzlinge für den Verbindungsabschnitt zueinander respektive das Ausführen einer entsprechenden Relativbewegung erfolgt mittels eines im Werkzeug integrierbaren Antriebsmoduls zur Umwandlung einer vertikalen Bewegung in eine horizontale Bewegung.
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Die Bewegungsumwandlung mittels des Antriebsmoduls kann insbesondere erfindungsgemäß über die Anwendung eines Knick- oder Kniehebelprinzips umgesetzt werden.
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Bevorzugt verläuft die vertikale Bewegungsachse des Antriebsmoduls parallel zur vertikalen Bewegungsachse zum Erreichen der Verbindungsposition der Spritzlinge. Durch eine Konzentration der Bewegungsachsen und dem Vermeiden einer senkrechten Orientierung dieser Achsen zueinander kann der Werkzeugbauraum begrenzt und die Medienzuführung zum Betätigen entsprechender Antriebs- oder Arbeitszylinder an einer Stelle konzentriert erfolgen.
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Die Positionsverlagerung der Spritzlinge zum bzw. beim Öffnen des Werkzeugs wird mittels einer Schrägachse, die an einem ersten Werkzeugteil befestigt ist, und zugeordneter Schrägbohrung innerhalb eines beweglich gelagerten Schiebers, der sich an einem zweiten Werkzeugteil befindet, realisiert.
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Wie bereits kurz erläutert, beruht der Antriebsmodul auf der Anwendung des Knick- oder Kniehebelprinzips. Der Antriebsmodul umfasst eine Schubstange, welche in den jeweiligen beweglichen Schieber eingreift, um unabhängig vom Öffnungszustand des Werkzeugs den gewünschten Verbindungsschritt der Spritzlinge auszuführen.
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Die Schubstange des Antriebmoduls kann einen abstimmbaren Anschlag besitzen, der einen definierten Abstand zum Gehäuse realisiert. Weiterhin kann der Antriebsmodul seitlich eine Stelleinrichtung besitzen, die zur Justierung der horizontalen Lage des Moduls dient.
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Die Spritzlinge werden bevorzugt in einem gemeinsamen Spritzvorgang aus gleichen, aber auch unterschiedlichen Materialien, insbesondere Kunststoffmaterialien, gefertigt.
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Da letztendlich nur die Schubstange durch Eingriff in den beweglichen Schieber in den Spritzgussbereich des Werkzeugs eintaucht, jedoch die sonstigen für die Bewegungserzeugung und Bewegungsrichtungsänderung maßgeblichen Teile des Antriebsmoduls geschützt anordenbar sind, ist die Verschmutzungsgefahr diesbezüglich reduziert und die Betriebssicherheit erhöht. Das durch den Antriebsmodul realisierte Bewegungsprinzip ergibt eine schonende Schieberbewegung. Das Einwirken schlagartiger Kräfte durch ungedämpfte lineare Bewegungen entfällt. Der Antrieb selbst ist platzsparend realisiert, einfach montierbar und für Wartungszwecke leicht zugänglich.
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Der erfindungsgemäße Antriebsmodul für ein Spritzgusswerkzeug zum Ausführen einer Relativbewegung von Spritzlingen zu deren Montage innerhalb des Spritzgusswerkzeugs, insbesondere zum Einsatz beim vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, besteht aus einem Gehäuse mit einer darin gelagerten schwenkbaren Schubstange. Die Schubstange kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch als Schubstangenpaar ausgebildet werden, wobei die jeweiligen Schubstangenarme des Schubstangenpaars über einen Steg verbindbar sind.
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An der Schubstange bzw. dem Schubstangenpaar ist eine Koppelstange angeschlagen, welche mit einer Koppellasche einen Knick- oder Kniehebel bildet. Die Koppellasche ist ebenfalls am Gehäuse beweglich gelagert, um die Knick- bzw. Kniehebelbewegung ausführen zu können. An der Knickachse des Knick- oder Kniehebels, welche ein jeweiliges Ende von Koppelstange und Koppellasche aufnimmt, greift eine Antriebsleiste an. Die Antriebsleiste wiederum steht mit einem klassischen Antriebszylinder in Wirkverbindung.
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Wird der Kolben des Antriebszylinders ausgefahren, führt die Antriebsleiste eine geradlinige Bewegung aus, und zwar unter Mitnahme der Knickachse 11. Dies führt dazu, dass die Koppellasche einer Verschwenkbewegung unterliegt. Aufgrund der einseitig festen Lagerung der Koppellasche 3 und der verdrehbeweglichen Lagerung der Koppelstange 4 an der Schubstange 5, die wiederum an einem Fixpunkt im Gehäuse gelagert ist, erfolgt mit Durchdrücken des Kniehebels ein Verschwenken der Schubstange 5 in eine Richtung, abweichend von derjenigen der Antriebsleiste.
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Die Schubstange bzw. das Schubstangenpaar weist an ihrem freien Ende einen Zapfen, insbesondere einen Kurvenzapfen auf, der dem Eingriff in einen beweglichen Schieber dient. Mit Ausführung der Verschwenkbewegung der Schubstange 5 kann also der beweglich gelagerte Schieber einen definierten Schiebeweg zurücklegen.
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Die Knickhebelanordnung kann derart ausgebildet werden, dass mit Erreichen einer Endposition beim Durchdrücken des Knickhebels sich eine Arretierung ergibt, die die Lage der zueinander geführten, montierten Spritzlinge sichert, bis z. B. ein materialseitiger Abkühlprozess stattgefunden ist.
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Am Gehäuse des Antriebsmoduls ist weiterhin mindestens eine Durchgangsbohrung oder eine adäquate Befestigungsmöglichkeit zum Fixieren des Moduls innerhalb des Spritzgusswerkzeugs ausgebildet. Damit kann der Antriebsmodul in leichter Weise als kompakte Einheit montiert bzw. demontiert werden.
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Über eine Dimensionierung der Knick- oder Kniehebelanordnung in Verbindung mit dem Antriebszylinder kann eine unterschiedliche Auslegung zum Antrieb beweglicher Schieber realisiert werden, ohne das antriebsseitige Grundprinzip zu verlassen.
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Insbesondere bei einer Montage von Spritzlingen umfassend Zapfen und Nabe, ist die mit dem Antriebsmodul realisierbare Zuführbewegung von Vorteil. Die eingesetzte Schieberbaugruppe besteht aus mehreren, zueinander frei beweglichen Elementen mit geteilter Trennebene. Während oder nach der Werkzeugöffnungsbewegung können die Elemente der Schieberbaugruppe Relativbewegungen in gleichen, aber auch unterschiedlichen Richtungen ausführen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug und dem zugehörigen Antriebsmodul ist es nicht zwingend erforderlich, die Spritzlinge zueinander parallel zu lagern. Ebenso müssen die Lagerzapfen nicht über eine gemeinsame Drehachse verfügen. Die Bewegung der Spritzlinge in der zu montierenden Baugruppe muss daher nicht zwingend parallel und entsprechend beschränkt erfolgen, sondern wird in Abhängigkeit von der Lage oder der Funktionsrichtung der entsprechenden Achsen umgesetzt.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug in Spritzposition;
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2 eine Detailansicht der Darstellung gemäß 1;
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3 eine Darstellung des Spritzgusswerkzeugs im Schnitt nach Werkzeugöffnung;
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4 eine Darstellung des Werkzeugs nach 3 mit in Montageposition befindlichem Schieber;
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5 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsmoduls (Bildteil rechts), eine Längsschnittdarstellung des Antriebsmoduls (linker Bildteil) und eine Ansicht von oben auf das Antriebsmodul mit erkennbarem Schubstangenpaar sowie Gehäuse und Knickhebelanordnung (unterer Bildteil).
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Die Schnittdarstellung nach 1 zeigt das beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Spritzgusswerkzeug, welches aus einer Formplatte 100 besteht, wobei die Formplatte 100 einen Formeinsatz als oberes Werkzeugteil 101 aufweist.
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Ein unteres Werkzeugteil ist mit dem Bezugszeichen 102 gekennzeichnet.
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Über das obere Werkzeugteil 101 führen Spritzdüsen 103 zu Kavitäten, die vom Spritzgussmaterial im Spritzgussprozess gefüllt werden.
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Aus den figürlichen Darstellungen ist ersichtlich, dass die Düsen 103 Düsenspitzen und entsprechende Kanäle zur Führung des eine entsprechende Viskosität aufweisenden Kunststoffmaterials besitzen.
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Die vorerwähnten Kavitäten werden von mindestens einem Schieber, z. B. mit dem Bezugszeichen 104 gekennzeichnet, und mindestens einem Formeinsatz 105 gebildet. Die Schieberbaugruppe 104/106 besteht aus zueinander frei beweglichen Elementen mit geteilter Trennebene. Während oder nach der Werkzeugöffnungsbewegung führen die Elemente der Schieberbaugruppe 104/106 Relativbewegungen in gleichen oder unterschiedlichen Richtungen aus.
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Während oder nach der Werkzeugöffnungsbewegung (siehe 3) wird der Formeinsatz 105 vertikal nach oben, d. h. in die Montagebene verschoben.
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Die Positionsverlagerung der Spritzlinge beim Öffnen des Werkzeugs erfolgt gemäß den Darstellungen nach 1 und 3 mittels einer Schrägachsenanordnung 107 in Verbindung mit zugeordneter Schrägbohrung 108 im beweglichen Schieber 104.
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Die Darstellung in 2 zeigt die während des Spritzvorgangs erzeugten Spritzlinge, nämlich den ersten Spritzling 1000 sowie die zweiten Spritzlinge 2000. Der erste Spritzling 1000 bzw. eine Gruppe derartiger Spritzlinge bildet Lamellen, die von einem Lamellenrahmen, gebildet durch die Spritzlinge 2000, verstellbeweglich gehalten werden.
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Das horizontale Heranfahren der Spritzlinge 2000 an den Spritzling 1000 für den Verbindungsschritt erfolgt mittels eines im Unterteil 102 des Spritzgusswerkzeugs integrierbaren Antriebsmoduls 110. Der Antriebsmodul 110 ist in der Lage, die vertikale Bewegung einer Kolbenzylinderanordnung 111 in eine horizontale Bewegung des geteilten Schiebers 106 bzw. 106A zu überführen.
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Beim gezeigten Beispiel verläuft die vertikale Bewegungsrichtung des Antriebsmoduls 110 quasi parallel zur vertikalen Bewegungsachse des Teils 105 zum Erreichen der Verbindungs- bzw. Montageposition.
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Die Antriebsmodule 111 zum Ausführen der Relativbewegung von Spritzlingen zu deren Montage innerhalb des im Ausführungsbeispiel gezeigten Spritzgusswerkzeugs bestehen aus einem Gehäuse 1 mit darin gelagerter schwenkbarer Schubstange 5 bzw. einem Schubstangenpaar 5 und einer an der Schubstange 5 angeschlagenen Koppelstange 4.
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Die Koppelstange 4 ist mit einer Koppellasche 3, die ebenfalls am Gehäuse 1 beweglich gelagert ist, so ausgeführt, dass ein Knick- oder Kniehebel gebildet wird, wobei an der Knickachse 11, welche ein jeweiliges Ende von Koppelstange 4 und Koppellasche 3 aufnimmt, eine Antriebsleiste 2 angreift. Die Antriebsleiste 2 steht mit der Kolbenzylinderanordnung 111 bzw. einem Antriebszylinder 12 in Wirkverbindung.
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Wie aus der 5, rechte Darstellung ersichtlich, kann die Schubstange auch als Schubstangenpaar 5, 5.1 realisiert werden.
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Zwischen der Antriebsleiste 2 und dem Antriebszylinder 12 ist eine Kupplung 13 befindlich, um bei Austauschbarkeit der Kolbenzylinderanordnung den kraftseitigen Eingriff zu gewährleisten.
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Im Gehäuse 1 des Antriebsmoduls ist mindestens eine Durchgangsbohrung oder Durchgangsöffnung 14 befindlich, welche zum Fixieren des Moduls im Spritzgusswerkzeug des Werkzeugs, insbesondere dem unteren Teil des Werkzeugs dient.
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An der oder den Schubstangen 5, 5.1 ist ein Kurvenzapfen 15 vorhanden, welcher zum Eingriff in den beweglichen Schieber 106 bzw. 106A vorgesehen ist.
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Mit den Bezugszeichen 8, 9, 10 und 11 sind Bewegungsachsen (siehe 5) dargestellt, wobei das Bezugszeichen 7 eine Distanzhülse kennzeichnet. Das Verbindungsstück 6 fixiert das Schubstangenpaar 5, 5.1, wie aus den Abbildungen nach 5 nachvollziehbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4417979 A1 [0003]
- DE 19727786 C2 [0004, 0008, 0010]
