-
Technischer Bereich
-
Allgemein bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen spritzgegossenen Artikel.
-
Hintergrund
-
Spritzguss ist ein zuverlässiges, vielseitiges und effizientes Fertigungsverfahren. Darum findet es in vielen Industriezweigen breite Anwendung. Insbesondere in der Automobilindustrie kommt es häufig zum Einsatz, um Fahrzeugteile aus Kunststoff herzustellen, wie beispielsweise Schlösser, Gehäuse und Kabelhalter.
-
Normalerweise ist ein solches Teil mittels einer Vielzahl von Schraubverbindungen fest an einer Trägerstruktur angebracht. Konkret ist ein Teil normalerweise mit drei Befestigungspunkten versehen, wie beispielsweise Durchgangsöffnungen in einem Gehäuse des Teils. Jeder Befestigungspunkt ermöglicht die Einführung eines Befestigungselements der Schraubverbindung.
-
Hier muss, wie in Fachkreisen bekannt, eine Presspassung zwischen der Durchgangsöffnung des ersten Befestigungspunktes und seinem Befestigungselement erzielt werden. Dies geschieht durch Verwendung eines Befestigungselements, dessen Durchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der ersten Durchgangsöffnung. Im selben Zusammenhang muss eine Durchgangsöffnung des zweiten Befestigungspunktes normalerweise Spiel in eine Richtung für das entsprechende Befestigungselement aufweisen. Dies wird für gewöhnlich erreicht, indem man eine Durchgangsöffnung mit ovalem Querschnitt herstellt. Schließlich muss eine Durchgangsöffnung des dritten Befestigungspunktes Spiel in mehr als einer Richtung für das entsprechende Befestigungselement aufweisen. Dies wird normalerweise durch Verwendung eines Befestigungselements realisiert, dessen Durchmesser erheblich kleiner ist als der Durchmesser der dritten Durchgangsöffnung.
-
In Anwendungen der oben genannten Art ist es entscheidend, dass die Verbindung so angebracht wird, dass die Spannkraft sichergestellt ist. Es ist daher im Allgemeinen erforderlich, eine Metallbuchse in der Durchgangsöffnung zu positionieren, bevor das Fahrzeugteil aus Kunststoff fest an der Trägerstruktur angebracht wird. Die Buchse wird entweder in Verbindung mit dem Gießprozess selbst in das Teil integriert oder durch Einpressen der Buchse in die Durchgangsöffnung des Fertigteils. Durch Verstärkung des Befestigungspunktes wie beschrieben kann das Teil höheren Spannkräften standhalten, die von den Schraubverbindungen ausgeübt werden.
-
In einem anderen technischen Bereich ist eine Spezialbuchse in
EP 0 802 338 beschrieben. Die Buchse besteht aus Metall und ist mit einer Vielzahl von konischen Perforationen versehen. Die Perforationen sind mit Kunststoffmaterial gefüllt. Am Innenrand der Buchse wird eine dünne Beschichtung gebildet, wobei die Beschichtung vollständig durch das Kunststoffmaterial der Perforationen zustande kommt. Spritzguss ist eines von mehreren geeigneten Verfahren zur Realisierung der Buchse. Die Beschichtung dient als Kreisbahn und ihr Reibungskoeffizient muss gering gehalten werden, um reibungsbedingte Energieverluste zu begrenzen. Aus diesem Grund enthält das Kunststoffmaterial normalerweise Teflon
® (Polytetrafluorethylen – PTFE). Im selben Zusammenhang ist es wünschenswert, dass das Material für einen Teflonhaltigen Festschmierstoff geeignet ist. Die oben beschriebene relativ komplexe strukturelle Anordnung wird angewandt, um die Beschichtung an Ort und Stelle zu halten, da, wie in Fachkreisen bekannt, Teflon-haltige Werkstoffe sehr schwer an Metallflächen haften.
-
Kehren wir zu konventionellen Buchsen zurück. Es ist allgemein bekannt, dass Buchsen mit einem runden Querschnitt normalerweise mittels Drehen gefertigt werden, wohingegen Buchsen mit einem elliptischen Querschnitt in einem kostenintensiveren Fräsprozess hergestellt werden müssen.
-
In einem ähnlichen Zusammenhang macht die Verwendung von mehreren verschiedenen Buchsentypen mit unterschiedlichen Durchmessern sowie runden und elliptischen Querschnitten beim Spritzgießen eines Kunststoffteils den Gießprozess teuer und kompliziert.
-
Darüber hinaus muss das zuvor erwähnte Einpressen der Buchse in die Durchgangsöffnung des Fertigteils mit großer Sorgfalt und Präzision erfolgen, damit sichergestellt ist, dass die eingepresste Buchse ihre Position beibehält.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein spritzgegossenes Teil bereitzustellen, das mithilfe von Buchsen eines einzigen Typs und einer einzigen Größe hergestellt wird, d. h. alle Buchsen des Teils sollen identisch sein. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Produktionsprozess, in dem das spritzgegossene Teil entsteht, zu vereinfachen und robuster zu machen.
-
Zusammenfassung
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe mittels eines spritzgegossenen Polymerartikels gemäß dem unabhängigen Anspruch erfüllt.
-
Dementsprechend umfasst der spritzgegossene Polymerartikel mindestens einen Befestigungspunkt und mindestens eine zu dem mindestens einen Befestigungspunkt gehörige Buchse. Die Buchse ist im Wesentlichen als offener Zylinder geformt und weist eine erste, sich axial ausdehnende Achse und eine zweite, sich radial ausdehnende Achse auf. Die Buchse umfasst außerdem ein Buchsenkörper, der mit mindestens einem Kanal versehen ist, der das Innere des Buchsenkörpers mit dem Äußeren des Buchsenkörpers verbindet. Wenn die Buchse am Befestigungspunkt angeordnet ist, wird das Innere des Buchsenkörpers teilweise mit einem ersten Polymermaterial gefüllt, so dass ein Durchgang, der parallel zur ersten, sich axial ausdehnenden Achse verläuft, im Innern des Buchsenkörpers entsteht. Das Äußere des Buchsenkörpers wird zumindest teilweise von dem ersten Polymermaterial eingenommen, so dass das erste Polymermaterial den Buchsenkörper vollständig umgibt.
-
Im Folgenden werden positive Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben.
-
Die vorgeschlagene Lösung soll bei jedem beliebigen Polymerartikel die Verwendung einer einzigen Buchsengeometrie ermöglichen, d. h. alle verwendeten Buchsen sind vom gleichen Typ und weisen die gleiche Größe auf. Insbesondere hat die Ausstattung eines Buchsenkörpers mit mindestens einem Kanal zur Folge, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Buchsenkörpers hergestellt wird. Demzufolge kann ein Polymermaterial während eines Spritzgusszyklus, abgesehen davon, dass es das Äußere des Buchsenkörpers einnimmt, in das Innere des Buchsenkörpers eindringen und es in geeigneter Weise bis zu einem gewünschten Grad füllen. Diese Maßnahme scheint widersinnig, da, wie in Fachkreisen bekannt, im Allgemeinen Material im Innern der Buchse vermieden wird, damit die genau vorgegebenen Maße der Buchse eingehalten werden.
-
Folglich und wie im Hintergrund-Abschnitt beschrieben, kann die Durchgangsöffnung jedes einzelnen Befestigungspunktes die Größe und die Form erhalten, die für ihren Verwendungszweck erforderlich sind – Presspassung oder Spielpassung, runder oder elliptischer Querschnitt. Wie leicht gefolgert werden kann, wird diese Verbesserung erzielt, ohne umfangreiche Änderungen im Fertigungsprozess und/oder an der verwendeten Ausrüstung vorzunehmen. Darüber hinaus ist die Buchse fest in die Polymermatrix eingebettet, wodurch sichergestellt ist, dass sie unabhängig von den äußeren Umständen ihre Position beibehält. Im Zusammenhang hiermit kann auf den kritischen Schritt des Einpressens der Buchse ebenfalls verzichtet werden.
-
Überdies können durch die Verwendung einer einzigen Buchsengeometrie Kostenersparnisse durch Massenproduktion erzielt werden. In diesem Zusammenhang kann die Verwendung kostenintensiver Buchsen mit elliptischem Querschnitt entfallen.
-
Ein Produktionsprozess, in dem das spritzgegossene Teil entsteht, wird durch die vorliegende Erfindung vereinfacht und robuster gemacht. Insbesondere ist nur ein einziger Buchsenhalter erforderlich, um die Buchsen einem Roboterarm zuzuführen, der sie anschließend in einer Form anbringt. In diesem Zusammenhang wird die Bewegungsbahn des Roboterarms verkürzt und vereinfacht, da dieser nur Buchsen aus einem einzigen Buchsenhalter aufnehmen muss.
-
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, das den spritzgegossenen Artikel umfasst.
-
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eine Buchse in einem spritzgegossenen Polymerartikel
-
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der Detailbeschreibung beschrieben.
-
Zeichnungskurzbeschreibung
-
1 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs.
-
2 ist eine Schnittdarstellung eines spritzgegossenen Polymerartikels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Buchse zur Verwendung in einem spritzgegossenen Polymerartikel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
4 ist eine Nahansicht eines Abschnitts der in 3 dargestellten Buchse.
-
Weitere Vorteile und Merkmale von Ausführungsformen werden ersichtlich, wenn man die nachstehende ausführliche Beschreibung unter Zuhilfenahme der Zeichnungen liest.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt sein und ist nicht so zu verstehen, dass sie auf die hier beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist. Diese Ausführungsformen werden vielmehr angeführt, damit die vorliegende Beschreibung fundiert und vollständig ist und den Umfang der Erfindung Experten auf dem Gebiet der Erfindung vollständig vermittelt.
-
1 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs 1. Das dargestellte Fahrzeug 1 ist ein Lastkraftwagen oder eine Zugmaschine mit Anhänger mit einem Fahrgestell 9 sowie mit einem Vorderradpaar 10A und einem Hinterradpaar 10B. Das dargestellte Fahrzeug 1 ist lediglich ein Beispiel. Das Fahrzeug, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, kann daher auch als Bus oder ein anderes Fahrzeug ausgeführt sein. Ganz vorne am Fahrzeug 1 befindet sich ein Fahrerhaus 7. Beispielhalber kann das Fahrwerk 9 als Trägerstruktur zur Befestigung der spritzgegossenen Teile dienen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht. Das Fahrwerk 9 ist mit entsprechend positionierten Löchern in passender Größe zur Aufnahme des Befestigungselements der Schraubverbindung (in 1 nicht dargestellt) versehen.
-
In seiner allgemeinsten Ausführungsform (nicht dargestellt) umfasst ein spritzgegossener Polymerartikel, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, einen Befestigungspunkt. Der Polymerartikel umfasst außerdem eine zu dem Befestigungspunkt gehörige Buchse. Die Buchse (in 3 dargestellt) ist im Wesentlichen als offener Zylinder geformt. Die Buchse umfasst einen Buchsenkörper, der mit mindestens einem Kanal versehen ist, der das Innere des Buchsenkörpers mit dem Äußeren des Buchsenkörpers verbindet. Die Ausstattung des Buchsenkörpers mit mindestens einem Kanal führt dazu, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Buchsenkörpers hergestellt wird. Folglich kann ein Polymermaterial während eines Spritzgusszyklus, abgesehen davon, dass es das Äußere des Buchsenkörpers einnimmt, ins Innere des Buchsenkörpers eindringen und ihn füllen. Herkömmliche fingerförmige Kernstücke der Form, auf welche die Buchsen vor Beginn des Spritzgussprozesses aufgesteckt werden, stellen normalerweise sicher, dass das Innere des Buchsenkörpers in adäquater Weise und bis einem gewünschten Grad gefüllt wird. Wie oben erklärt, erscheint diese Maßnahme widersinnig, da Material im Innern einer Buchse im Allgemeinen vermieden wird, damit die genau vorgegebenen Maße der Buchse eingehalten werden.
-
2 ist eine Schnittdarstellung eines spritzgegossenen Polymerartikels 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der abgebildete spritzgegossene Polymerartikel 20 umfasst drei Befestigungspunkte 23A–23C und drei entsprechende Buchsen 24A–24C, je eine Buchse pro Befestigungspunkt. Eine erste 24A, eine zweite 24B und eine dritte 24C Buchse sind identisch, haben die gleiche Ausrichtung und jede von ihnen umfasst einen Buchsenkörper, der mit mindestens einem Kanal versehen ist, der das Innere des Buchsenkörpers mit dem Äußeren 27 des Buchsenkörpers verbindet. Eine repräsentative Buchse dieser Art, ihre Ausdehnungsachse und andere relevante Eigenschaften werden im Zusammenhang mit den 3 und 4 ausführlicher beschrieben.
-
Wie in 2 erkennbar, sind die erste 24A, die zweite 24B und die dritte 24C Buchse an ihrem jeweiligen Befestigungspunkt 23A, 23B, 23C angeordnet und das Innere der einzelnen Buchsenkörper, d. h. des ersten, des zweiten und des dritten Buchsenkörpers, die zu den Buchsen 24A, 24B, 24C gehören, ist teilweise mit einem ersten Polymermaterial gefüllt, das sich für Spritzguss eignet. Folglich sind ein erster 26A, ein zweiter 26B und ein dritter 26C Durchgang, die parallel zur ersten sich axial ausdehnenden Achse verlaufen, d. h. die in 2 abgebildeten Durchgänge, senkrecht zur Papierebene im Innern des ersten, des zweiten und des dritten Buchsenkörpers vorhanden. Das Äußere 27 des ersten, des zweiten und des dritten Buchsenkörpers, die zu den Buchsen 24A, 24B, 24C gehören, wird von dem ersten Polymermaterial so eingenommen, dass das erste Polymermaterial den ersten, den zweiten und den dritten Buchsenkörper vollständig umgibt. Während des Spritzgussprozesses stellen fingerförmige Kernstücke (nicht dargestellt) der Form, auf welche die Buchsen vor Beginn des Spritzgussprozesses aufgesteckt werden, normalerweise sicher, dass das Innere des Buchsenkörpers in adäquater Weise gefüllt wird.
-
Die Buchsen 24A, 24B, 24C des Fertigerzeugnisses 20 sind fest in die Polymermatrix eingebettet, wodurch sichergestellt ist, dass sie unabhängig von den äußeren Umständen ihre Position beibehalten. Auch wenn der dritte Buchsenkörper, der zu Buchse 24C gehört, bei dieser Ausführungsform den Kanal aufweist, der das Innere des Buchsenkörpers mit dem Äußeren 27 des Buchsenkörpers verbindet, wird davon ausgegangen, dass eine herkömmliche Buchse, die den Kanal nicht aufweist, verwendet werden kann.
-
Ebenfalls unter Verweis auf 2 ist der radiale Querschnitt des ersten Durchgangs 26A, der parallel zur ersten, sich axial ausdehnenden Achse verläuft, rund und die resultierende Durchgangsöffnung ist relativ klein. Hier muss, wie im Hintergrund-Abschnitt erläutert, eine Presspassung zwischen der resultierenden Durchgangsöffnung des ersten Befestigungspunktes 23A und seinem Befestigungselement (nicht dargestellt) erzielt werden. Außerdem ist der radiale Querschnitt des zweiten Durchgangs 266, der parallel zur ersten, sich axial ausdehnenden Achse verläuft, elliptisch. Hierdurch wird das erforderliche einseitig gerichtete Spiel erzielt. Wie weiter aus 2 ersichtlich, ist der resultierende radiale Querschnitt des dritten Durchgangs 26C relativ groß und ermöglicht die gewünschte Spielpassung für das entsprechende Befestigungselement (nicht dargestellt).
-
Folglich und wie im Hintergrund-Abschnitt beschrieben, kann die erhaltene Durchgangsöffnung jedes einzelnen Befestigungspunktes 23A, 23B, 23C, d. h. jeder der Durchgänge 26A, 26B, 26C, die Größe und die Form erhalten, die für ihren Verwendungszweck erforderlich sind – Presspassung oder Spielpassung, runder oder elliptischer Querschnitt. Dies wird erreicht, obwohl nur eine einzige Buchsengeometrie verwendet wird, d. h. alle verwendeten Buchsen 24A, 24B, 24C sind vom gleichen Typ und haben die gleiche Größe. Durch Verwendung einer einzigen Buchsengeometrie können Kostenersparnisse durch Massenproduktion erzielt werden und die Verwendung kostenintensiver Buchsen mit elliptischem Querschnitt kann entfallen.
-
Alle Buchsen 24A, 24B, 24C werden in einem einzigen Spritrgusszyklus in den Polymerartikel 20 integriert. überdies wird das oben Genannte erreicht, ohne umfangreiche Änderungen beim Spritzgussprozess und/oder der verwendeten Ausrüstung vorzunehmen. Hierbei kann leicht kontrolliert werden, ob ein Fertigartikel 20 mit der korrekten Anzahl von Buchsen ausgestattet wurde. Insbesondere genügt es, den Fertigartikel durch eine Station mit induktivem Sensor zu leiten.
-
In diesem Zusammenhang wird der Spritzgussprozess durch die vorliegende Erfindung vereinfacht und robuster gemacht. Insbesondere ist nur ein einziger Buchsenhalter erforderlich, um die Buchsen einem Roboterarm zuzuführen, der sie anschließend in einer Form anbringt. Zudem wird die Bewegungsbahn des Roboterarms verkürzt und vereinfacht, da dieser nur Buchsen aus einem einzigen Halter aufnehmen muss.
-
Kehren wir nun wieder zu 2 zurück. Der radiale Querschnitt des Durchgangs 26A, der parallel zur ersten, sich axial ausdehnenden Achse verläuft, weist eine erste, runde Form auf. Wie oben erläutert, ist der Durchgang 26A dafür eingerichtet, ein Befestigungselement (nicht dargestellt) aufzunehmen. Der radiale Querschnitt des aufgenommenen Teils des Befestigungselements weist die gleiche runde Form auf. Ein Spiel (nicht dargestellt) entsteht zwischen dem aufgenommenen Befestigungselement und dem ersten Polymermaterial im Innern des Buchsenkörpers. Durch Variieren der Menge an Polymermaterial im Innern des Buchsenkörpers kann das Spiel variiert werden. Im Allgemeinen muss das Spiel möglichst gering gehalten werden, damit eine möglichst lange Nutzungsdauer der Buchse erreicht wird.
-
Dementsprechend könnte der Volumenfüllgrad des Inneren des Buchsenkörpers bei einigen Anwendungen, insbesondere denjenigen, die sich auf die dritte Buchse beziehen, die zum dritten Befestigungspunkt gehört, unter 20% betragen. In anderen Anwendungen, wie beispielsweise denjenigen, die sich auf die erste Buchse beziehen, die zum ersten Befestigungspunkt gehört, könnte der Volumenfüllgrad des Inneren des Buchsenkörpers über 20%, aber unter 50% betragen.
-
Das erste Polymermaterial ist normalerweise ein thermoplastischer Harz, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Polyamid (PA), Polypropen (PP) und Acetal (POM) umfasst. Optional kann das gewählte erste Polymer verstärkt werden. Beispielhalber könnte ein Verstärkungsmaterial, wie beispielsweise Fasern oder Mineralien, und/oder eine Verstärkungsstruktur, wie beispielsweise Kügelchen und Perlen, verwendet werden. In diesem Zusammenhang sind reibungsarme Kunststoffmaterialien, wie beispielsweise Teflon®, zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung nicht geeignet.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Buchse 24 zur Verwendung in einem spritzgegossenen Polymerartikel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die dargestellte Buchse 24 ist tailliert, doch Buchsen mit anderen allgemeinen Formen sind ebenfalls vorstellbar. Die Buchse 24 ist im Wesentlichen als offener Zylinder geformt und weist eine erste, sich axial ausdehnende Achse A und eine zweite, sich radial ausdehnende Achse R auf. Hier ist davon auszugehen, dass die zweite, sich radial ausdehnende Achse R jede Achse ist, welche die erste, sich axial ausdehnende Achse A senkrecht schneidet. Die Buchse 24 umfasst einen Buchsenkörper 25. Bei Verwendung in dem spritzgegossenen Polymerartikel aus 2 wird das Innere des Buchsenkörpers 25 teilweise mit einem ersten Polymermaterial gefüllt, so dass ein Durchgang (in 3 nicht dargestellt), der parallel zur ersten, sich axial ausdehnenden Achse verläuft, im Innern des Buchsenkörpers 25 entsteht. Das Äußere des Buchsenkörpers 25 wird dann zumindest teilweise von dem ersten Polymermaterial so eingenommen, dass das erste Polymermaterial den Buchsenkörper 25 vollständig umgibt.
-
Normalerweise besteht die Buchse aus einem leicht erhältlichen Material, wie beispielsweise oberflächenbehandeltem Stahl, Messing oder sogar Aluminium.
-
Der Buchsenkörper 25 ist mit einem Kanal 30 versehen, der das Innere des Buchsenkörpers 25 mit dem Äußeren des Buchsenkörpers 25 verbindet. Wie in 4, einer Nahansicht eines Abschnitts der Buchse in 3, deutlich erkennbar, handelt es sich bei dem Kanal um eine nicht konische Durchgangsöffnung. Die Durchgangsöffnung dehnt sich in eine Richtung aus, die parallel zur zweiten, sich radial ausdehnenden Achse (in 3 dargestellt) ist. Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt), ist der Kanal eine Aussparung an einem Ende des Buchsenkörpers 25.
-
In den Zeichnungen und in der technischen Beschreibung wurden typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung präsentiert. Obwohl dabei spezielle Begriffe verwendet werden, sind diese nur als generisch und beschreibend zu verstehen und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken, der durch die folgenden Ansprüche festgelegt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
