DE102018114990A1 - Endvernetzendes-system zum umspritzen eines bauteils mit einem in der form endvernetzenden kunststoffmaterial - Google Patents

Abstract

Verfahren zum vollständigen oder teilweisen Umhüllen von Bauteilen mit einem endvernetzenden Polymer durch Einbringen jedes desselben in eine Form, in die das jeweils zu umhüllende Bauteil eingelegt ist, oder zum Ausfüllen von Bauteilen durch Einbringen jedes desselben in eine Form, in die das jeweils zu umhüllende Bauteil eingelegt und dort eine auszuspritzende Kavität abbildet wobei das Verfahren mithilfe einer Mehrzahl von Formen, in die jeweils ein zu umhüllendes Bauteil oder auszufüllendes Bauteil eingelegt ist und das endvernetzende Polymer eingebracht wird, schrittweise getaktet durchgeführt wird, wobei die Formen zwischen einer Beschickungsstation und einer Entladestation zirkulieren, wobei während jedes Taktes in der Beschickungsstation eine Form beschickt und in der Entladestation gleichzeitig eine Form entladen wird, und mehrere Takte ausgeführt werden, bevor eine Form nach ihrem Verlassen der Beschickungsstation in der Entladestation eintrifft und entladen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum teilweisen oder vollständigen Umspritzen und/oder Ausfüllen eines Bauteils oder Werkstücks mit einem in der Form endvernetzenden Material sowie ein entsprechendes Verfahren.
• STAND DER TECHNIK
• Das Umspritzen eines Bauteils mit einem Kunststoffmaterial erfolgt typischerweise dadurch, dass das zu umspritzende Bauteil in eine Formkavität eingebracht wird. In dieser bleibt der Freiraum frei, der später durch das in die Form eingebrachte endvernetzende Kunststoffmaterial ausgefüllt werden soll. Dieser Vorgang wird häufig auch als sog. „Overmolding“ bezeichnet. Der besagte Freiraum gibt die Gestalt vor, die das in die Form eingebrachte endvernetzende Kunststoffmaterial am Ende auf dem umspritzten Bauteil hat. Die wesentlichen Prozessschritte sind also das Einlegen des zu umspritzenden Bauteils, das Einspritzen des Materials, das in der Form endvernetzt, das Aushärten dieses Materials und das Entnehmen des fertig umspritzten Bauteils.
• Das Ausfüllen eines Bauteils mit Kunststoff erfolgt in vergleichbarer Art und Weise, mit dem Unterschied, dass das innen hohle Bauteil an der Ausbildung der Formkavität beteiligt ist.
• Bei den bisher bekannten Anlagen wird dieser Prozess typischerweise mit einer stationären Form durchgeführt. Das bedeutet, dass die Form während eines gesamten Prozesszyklus von Anfang bis Ende in einer Station verbleibt. Dieser sind alle Aggregate zugeordnet, die für die Durchführung eines Zyklus erforderlich sind, vom Beschichten bis zur Entnahme. Die typischerweise für die Umhüllung eines Bauteils mit einem endvernetzenden Polymer eingesetzten Transfermold-, Injektionsmold- oder Kompressionsmoldverfahren haben wegen der vergleichsweise langen Polymerisationszeit, bzw. Aushärten der zum Umspritzen eingesetzten, endvernetzenden Polymere eine vergleichsweise niedrige Ausbringungsrate, zeigen also vergleichsweise lange Taktzeiten.
• Das ist hinderlich, denn die Polymerisationszeit bzw. Aushärtezeit, die zwischen dem Beschicken der Form und dem Entnehmen des fertig umspritzten Bauteils erforderlich ist, beträgt typischerweise ein Vielfaches der Zeit, die für das Einlegen und Entnehmen des umspritzten Bauteils erforderlich ist.
• Endvernetzende Polymere haben technische Vorteile gegenüber thermoplastischen Polymeren, werden aber wegen der längeren Taktzeit selten eingesetzt. Hier greift die Erfindung an.
• Um Zeit zu sparen, werden bei den bekannten Vorrichtungen die umspritzten Bauteile möglichst unmittelbar im Anschluss an das vollständige Aushärten des Kunststoffs, mit dem umspritzt worden ist, aus der Form entnommen. Da die Temperatur der Form zu diesem Zeitpunkt oft noch oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg des zum Umspritzen verwendeten Materials liegt, ist das Material noch nicht vollständig belastbar. Das wird bei großflächigen Bauteilen nicht selten zum Problem, da der zum Umspritzen verwendete Kunststoff zu diesem Zeitpunkt oft noch recht innig an der Formoberfläche haftet. Dadurch steigt die Gefahr, dass sich beim Auswerfen Schäden ergeben. Insbesondere werden nicht selten lokale Schäden durch die Auswerfer verursacht.
• Die Problematik bei ausgefüllten statt umspritzten Bauteilen ist ähnlich.
• DIE DER ERFINDUNG ZUGRUNDE LIEGENDE AUFGABE
• Demgegenüber ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Umspritzen und/oder Ausfüllen eines Bauteils mit einem in der Form endvernetzenden Material anzugeben, die deutlich kürzere Taktzeiten erlaubt.
• DIE ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG
• Dies wird durch eine Vorrichtung erreicht, die mit mindestens drei jeweils in sich teilbaren Formen arbeitet, die jeweils eine Formkavität ausbilden, in die das zu umhüllende oder Auszufüllende Bauteil eingelegt und anschließend das zum Umhüllen bzw. Ausfüllen eingesetzte, endvernetzenden Polymer hineingedrückt wird.
• Unter einem Umhüllen wird hier ein vollständiges oder teilweises Umhüllen verstanden, also ggf. auch nur eine lokale Aufbringung des endvernetzenden Polymers. Sinngemäß Gleiches gilt für das Ausfüllen.
• Unter einem endvernetzenden Polymer im Sinne der Erfindung versteht man ein Polymer, das - anders als ein bereits endvernetzter Thermoplast, der zur Verarbeitung nur noch aufgeschmolzen und wieder abgekühlt wird - in der Form reagiert und zusätzliche Quervernetzungen ausbildet. Ohne Vollständigkeit zu beanspruchen, sind als endvernetzende Polymere, die zum Zwecke der Erfindung besonders bevorzugt infrage kommen, hier Duroplaste, Elastomere und auch Polyurethane zu nennen. Gemeinsam ist diesen Materialien, dass sie bereits teilpolymerisiert geliefert werden und erst im Anschluss an ihr Einspritzen in die Form in dieser endvernetzen. Für den Start dieser finalen Vernetzungsreaktion sind eine hohe Temperatur und ein entsprechend hoher Druck erforderlich, wie sie im zeitlichen Zusammenhang mit dem Einspritzen auftreten. Während des Umhüllungsprozesses ändert sich die Viskosität des Anlieferungszustandes von fest bis teigig über sehr niedrigviskos in einen Zustand, der als sehr hochviskos bis starr zu bezeichnen ist. Die niedrigviskose Zeitspanne wird für das Umhüllen verwendet.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Beschickungsstation zum Beschicken einer Form mit dem endvernetzenden Polymer besitzt, die räumlich von ihrer Entladestation getrennt ist, in der die Entnahme des fertigen Bauteils aus der Form erfolgt.
• Zusätzlich verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über ein Fördersystem und eine Aushärtestrecke. Mittels des Fördersystems wird eine vollständig beschickte Form entlang der Aushärtestrecke von der Beschickungsstation in die Entladestation verbracht. Dabei ist die Aushärtestrecke zumindest so bemessen, dass das zur vollständigen oder teilweisen Umhüllung eingesetzte Polymer seine Polymerisationsreaktion bei Erreichen der Entladestation soweit beendet hat, dass das jeweilige Bauteil aus der Form entnommen werden kann, ohne dass mechanische Schäden zu befürchten sind. Idealerweise ist die Aushärtestrecke sogar so bemessen, dass sich die Formtemperatur an der innenseitigen Formoberfläche bei Erreichen der Entladestation entweder bereits unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg befindet oder in der Entladestation auf einen solchen Temperaturwert gebracht werden kann.
• Resümierend lässt sich also sagen, dass der Erfindung der Gedanke zugrunde liegt, die Vorgänge auf unterschiedliche Prozessstationen zu verteilen. Dadurch wird es möglich, ohne Pause Formen beschicken und entladen zu können, während andere der insgesamt n eingesetzten Formen die Aushärtestrecke von der Beschickungsstation zur Entladestation entlanglaufen. Auf diese Art und Weise können für eine einzelne Form deutlich längere Abkühlzeiten vorgesehen werden - ohne die Taktzeiten insgesamt gesehen zu verlängern.
• Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, in die einzelnen Formen Plunger aus einem Kolben und einem Zylinder einzubauen, die zusammen mit einem vorzugsweise federbetriebenen Druckspeicher den Nachdruck aufrecht erhalten, auch wenn die Form von der zentralen Versorgung abgekoppelt und von Station zu Station transportiert wird.
• Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, die Formen zumindest aus drei geschichteten Platten aufzubauen.
• Ebenfalls ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist es, in eine Formkavität über mehrere unterschiedliche räumlich getrennt voneinander angeordnete Mündungen einzuspritzen.
• Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten, Wirkungsweisen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
• Figurenliste
• Die 1 zeigt eine Aufsicht auf die gesamte Anlage von oben.
• Die 2 zeigt eine Seitenansicht einer Station, insbesondere der Beschickungsstation AS1.
• Die 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachdrucksystems.
• Die 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachdrucksystems.
• Die 5 zeigt das Zusammenspiel des Blockierkeils und des Haltekeils bei dem Nachdrucksystem gemäß 4.
• Die 6 zeigt einen Schnitt durch eine Form bzw. zwei Formeinsätze unmittelbar vor dem Ausformen.
• Die 7 zeigt die von 6 gezeigte Form, während beim Ausformen Druckluft eingeblasen wird.
• Die 8 zeigt Informationen zur erfindungsgemäßen Temperaturführung.
• Die 9a zeigt eine Aufsicht auf die unterste Platte einer nach dem Zweiplattensystem ausgeführten Moldbase für das Injektionsmolden.
• Die 9b zeigt einen Schnitt durch die Moldbase gem. 9a im Bereich des Plungers und der Runner, bei getrennten Platten.
• Die 9c zeigt einen Schnitt durch die Moldbase gem. 9a im Bereich des Plungers und der Runner, bei geschlossenen Platten.
• Die 9d zeigt einen Schnitt durch die Moldbase gem. 9a im Bereich des Plungers und der Runner, bei geschlossenen Platten.
• Die 9e zeigt einen ggü. 9c um 90° gedrehten Schnitt durch die Moldbase gem. 9a im Bereich des Plungers und des geöffneten Sperrventils.
• Die 9f zeigt einen ggü. 9c um 90° gedrehten Schnitt durch die Moldbase gem. 9a im Bereich des Plungers und des geschlossenen Sperrventils.
• Die 10a zeigt eine Aufsicht auf die unterste Platte einer nach dem Zweiplattensystem ausgeführten Moldbase für Pelletbefüllung.
• Die 10b zeigt einen Schnitt durch die Moldbase gem. 10a im Bereich des Plungers und der Runner, bei getrennten Platten.
• Die 10c zeigt einen Schnitt durch die Moldbase gem. 10a im Bereich des Plungers und der Runner, bei geschlossenen Platten.
• Die 11a zeigt eine Aufsicht auf die unterste Platte einer nach dem Zweiplattensystem ausgeführten Moldbase für Granulatbefüllung (Transfer & Compression).
• Die 11b zeigt einen Schnitt durch die Moldbase gem. 11a im Bereich des Plungers, der Runner und der Formkavitäten, bei getrennten Platten.
• Die 11c zeigt einen Schnitt durch die Moldbase gem. 11a im Bereich des Plungers, der Runner und der Formkavitäten, bei geschlossenen Platten.
• Die 12a zeigt eine Aufsicht auf die unterste Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase für Injektionsmolden.
• Die 12b zeigt eine Aufsicht auf die mittlere Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase.
• Die Fiur 12c zeigt eine Ansicht von unten auf die oberste Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase.
• Die 12d zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 12a markierten Schnitts a.
• Die 12e zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 12b markierten Schnitts b.
• Die 12f zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 12b markierten Schnitts c.
• Die 12g zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 12c markierten Schnitts d.
• Die 13a zeigt eine Aufsicht auf die unterste Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase mit integrierter Aufschmelzzone für Injektionsmolden.
• Die 13b zeigt eine Aufsicht auf die mittlere Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase mit integrierter Aufschmelzzone.
• Die 13c zeigt eine Ansicht von unten auf die oberste Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase mit integrierter Aufschmelzzone.
• Die 13d zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 13a markierten Schnitts a.
• Die 13e zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 13b markierten Schnitts b.
• Die 13f zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 13b markierten Schnitts c.
• Die 13g zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 13c markierten Schnitts d.
• Die 14a zeigt eine Aufsicht auf die unterste Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase für Pellet und Granulat (Transfer- und Kompressionsmolding).
• Die 14b zeigt eine Aufsicht auf die mittlere Platte einer nach dem Dreiplattensysten gem. 14a ausgeführten Moldbase.
• Die 14c zeigt eine Ansicht von unten auf die oberste Platte einer nach dem Dreiplattensysten gem. 14a ausgeführten Moldbase.
• Die 14d zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 14a markierten Schnitts a.
• Die 14e zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 14b markierten Schnitts b.
• Die 14f zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 14b markierten Schnitts c.
• Die 14g zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 14c markierten Schnitts d.
• Die 15a zeigt eine Aufsicht auf die unterste Platte einer nach dem Dreiplattensysten ausgeführten Moldbase für Pellet und Granulat (Transfer- und Kompressionsmolding) beim Einsatz eines Underfillers.
• Die 15b zeigt eine Aufsicht auf die mittlere Platte einer nach dem Dreiplattensysten gem. 15a ausgeführten Moldbase.
• Die 15c zeigt eine Ansicht von unten auf die oberste Platte einer nach dem Dreiplattensysten gem. 15a ausgeführten Moldbase.
• Die 15d zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 15a markierten Schnitts a.
• Die 15e zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 15b markierten Schnitts b.
• Die 15f zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 15b markierten Schnitts c.
• Die 15g zeigt eine Seitenansicht auf die Fläche des an 15c markierten Schnitts d.
• Die 16a bis 16g zeigen eine Moldsequenz bei einem erfindungsgemäßen Vierplattensystem für Pellet und Granulat (Transfer- und Kompressionsmolding).
• 17 zeigt ein Vierplatten-System eingebaut in einen Formkasten beim Einlegen von Pellet und Bauteil, der Vorwärmung und der Klemmung.
• 18 zeigt das System gemäß 17 bei der Befüllung der Formkavität mit der Kunststoffmasse.
• 19 zeigt das System gem. 17 und 18 beim Degating.
• 20 zeigt das System gem. 17, 18 und 19 bei der Entnahme.
• 21 zeigt ein vom Grundsatz her der 17 entsprechendes System aber gerüstet und im Einsatz für das Ausfüllen eines Bauteils anstatt für das Umspritzen.
• 22 zeigt eine in sich ohmsch oder fluidisch beheizte Manschette im Heizkontakt mit einem auszufüllenden Werkstück und lässt auch den Verfahrmechanismus für die Manschette erkennen.
• 23 zeigt den von 22 dargestellten Sachverhalt frontal von vorne.
• 24 zeigt eine induktiv heizende Manschette in induktionsbereiter Stellung gegenüber einem auszufüllenden Werkstück und lässt auch den Verfahrmechanismus für die Manschette erkennen.
• 25 zeigt den von 25 dargestellten Sachverhalt frontal von vorne.
• 26 zeigt eine induktiv heizende, als schmaler Ring ausgebildete auf und ab wirkenden Manschette in induktionsbereiter Stellung gegenüber einem auszufüllenden Werkstück und lässt auch den Verfahrmechanismus für die Manschette erkennen.
• 27 zeigt den von 26 dargestellten Sachverhalt frontal von vorne.
• AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
• DIE FÜR DIE ERFINDUNG BESONDERS RELEVANTE ART DES UMSPRITZENS BZW. MOLDINGS
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für die spezielle, nachfolgend näher beschriebene Art des Umspritzens bzw. Ausfüllens gedacht.
• Bei dieser besonderen Art des Umspritzens geht es um das Umspritzen eines bestückten Substrats (Stanzgitter, Leiterplatte, Keramik) oder um das Ausfüllen eines Substrats, etwa eines Motorblocks. Dieses spezielle Substrat wird durch das Umspritzen mit einer schützenden Hülle versehen.
• Daraus ergeben sich die nachfolgend aufgelisteten Hauptforderungen an das Umhüllungsmaterial. Diese Hauptforderungen haben auch insoweit Einfluss auf die Moldbases bzw. deren Formkavitäten, als diese so beschaffen sein bzw. verfahrensmäßig so betrieben werden müssen, dass folgende Anforderungen einzeln oder vorzugsweise alle zusammen erfüllt werden:
• ➢ Gute Haftung des zum Umspritzen eingesetzten Kunststoffs auf dem Substrat.
• ➢ Sehr niedrige Viskosität des zum Umspritzen eingesetzten Kunststoffs (im Bereich von Wasser) während des Einspritzens in die Formkavität.
• ➢ Die Verarbeitungstemperatur des zum Umspritzen eingesetzten Kunststoffs muss deutlich unterhalb der Löttemperatur der Bauteile auf dem Substrat liegen.
• ➢ Der zum Umspritzen eingesetzte Kunststoff muss beim Umspritzen spaltgängig sein, um dünne Wandstärken der durch das Umspritzen entstehenden Struktur zu erhalten.
• ➢ Der zum Umspritzen eingesetzte Kunststoff muss auch dann nichtentflammbar sein, wenn sich das von ihm umhüllte Bauteil auf weit über 100° C oder sogar über 300° C erhitzt.
• ➢ Der zum Umspritzen eingesetzte Kunststoff muss eine geringe Schrumpfungsrate aufweisen.
• ➢ Der zum Umspritzen eingesetzte Kunststoff muss eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme und idealerweise eine hohe chemische Beständigkeit und Mediendichtigkeit zeigen.
• Um diese Anforderungen erfüllen zu können, ist das zum Umspritzen eingesetzte Kunststoffmaterial ein endvernetzendes Material und insbesondere ein Duroplast. Verwendet wird also ein deutlich anderes Material als jedes, was gemeinhin im Kunststoffspritzguss verarbeitet wird.
• Die hier bevorzugt verwendeten Duroplaste, auch Duromere genannt, sind dabei Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können. Sie enthalten harte, amorphe, unlösliche Polymere. Die Makromoleküle sind über kovalente Bindungen engmaschig vernetzt, was ihre fehlende Erweichung beim Erhitzen verursacht, daher sind sie nach der Aushärtung nur spanabhebend bearbeitbar. Die Vorprodukte (Prepolymere) sind in der Regel Kunstharze, die noch schmelzbar bzw. löslich sind. Die Prepolymere sind tri- oder mehrfunktionelle Verbindungen, die (im hier bevozugten Fall) durch hohe Temperaturen angeregt polymerisieren und zu einer engmaschigen Vernetzung führen.
• Wenn das zum Umspritzen verwendete Kunststoffmaterial auf dem Substrat haftet, können sich keine Spalte zwischen Bauteil bzw. Substrat und der Moldhülle bilden. In diesen Spalten würden sich das durch das Moldmaterial diffundierende Wasser oder chem. Reagenzien sammeln/kondensieren, die zu Korrosion oder Elektromigration auf dem Substrat führen. Durch die Spaltbildung können Scherkräfte auf die Bauteile einwirken, was bei Temperaturwechsel zu einer Schädigung/Zerstörung der Lötstellen führt. Nur bestimmte Epoxide und damit Duroplaste können mit metallischen Oberflächen eine feste Verbindung eingehen, wohingegen Thermoplaste in der Regel einen Spalt von ca. 10µm bilden.
• Bei Duroplasten ist der Ausdehnungskoeffizient in den drei Hauptachsen im Wesentlichen gleich. Bei Thermoplasten ist der Ausdehnungskoeffizient von der Fließrichtung der Schmelze abhängig, zeigt also eine signifikante Anisotropie. Längs der Fasern liegt er im Bereich von 20ppm. Quer zu den Fasern bei ca. 60-100 ppm. Bei temperaturbedingter Ausdehnung/Kontraktion von Thermoplasten wird daher ein interner Stress, vorwiegend über Scherkräfte, erzeugt. Dieser kann die elektrischen Verbindungsstellen schädigen und bei Sensoren eine Offset- oder Gain-Änderungen bewirken.
• Bei den erfindungsgemäß verarbeiteten Duroplasten kann der Ausdehnungskoeffizient zwischen 5 ppm und 30 ppm eingestellt werden und ist dann in allen Richtungen gleich (völlig oder im Wesentlichen).
• Die Viskosität des Moldmaterials während des Einspritzens bestimmt die Kräfte, die das Moldmaterial auf Bauteile und Substrat ausübt. Diese, vorwiegend in Gestalt von Scherkräften, schädigen die elektrischen Verbindungsstellen.
• Die bekannten, nicht für die Erfindung geeigneten Thermoplaste erreichen minimal eine pastöse Konsistenz und verursachen daher beim Einspritzen hohe Kräfte, die schädigend wirken können, wenn damit elektrische Baugruppen umspritzt werden.
• Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Duroplaste sind in der Übergangsphase vom festen Rohmaterial zum ausgehärteten Endprodukt dünnflüssig wie Wasser. Diese Phase dauert, materialtypabhängig und temperaturabhängig, 20 sec. bis 30 sec. In dieser kurzen Zeitdauer muss das Befüllen der Kavität erfolgen.
• Die Temperatur des zum Umspritzen verwendeten Kunststoffs muss stets deutlich (ca. 40°C Differenztemperatur) unter der Lotschmelztemperatur der Baugruppe bleiben, was sich bei oberhalb der 200° C Grenze zu verarbeitenden Thermoplasten nicht gewährleisten lässt.
• Duroplaste haben eine konstante Moldtemperatur im Bereich von 140 - 180°C und weisen damit einen sicheren Abstand zum Schmelzpunkt des Lötzinns auf. Der Plunger und die Moldbase bzw. die Formkavität sind konstant auf diese Reaktionstemperatur aufgeheizt.
• Mit den erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Duroplasten können an dem durch das Umspritzen entstehenden Gebilde minimale Wandstärken von 200µm erzielt werden, während Thermoplaste ca. 700µm benötigen.
• Eine erfindungsrelevante Eigenschaft ist die Nichtentflammbarkeit. Bei Störungen in der umspritzten Baugruppe können Temperaturen weit über 300°C entstehen. Diese dürfen nicht zur Selbstentzündung oder zum Wiederaufschmelzen führen. Duroplaste lassen sich durch die bevorzugte Zugabe von Flammschutzmitteln nichtentflammbar einstellen und sind aufgrund der räumlichen Vernetzung nicht aufschmelzbar.
• Bei Duroplasten ist der Ausdehnungskoeffizient in bestimmten Grenzen der Baugruppe anpassbar. Die Glasübergangstemperatur Tg definiert den Erweichungspunkt des Materials. Der Koeffizient über dem Tg (Alpha 2) erzeugt eine deutlich höhere Ausdehnung als unterhalb (Alpha 1). Ein Tg über dem Nutztemperaturbereich ist erstrebenswert.
• Auch hier ist der Duroplast mit einem Tg-Bereich zwischen 120°C und 150°C gegenüber dem Thermoplast von Vorteil. Da der Absolutwert des Ausdehnungskoeffizienten bei Duroplasten niedriger und dazu richtungsunabhängig ist, ist die Tieftemperatur bei Duroplasten risikoärmer als bei Thermoplasten.
• Die Schrumpfungsrate setzt sich zusammen aus der temperaturbedingten Längenänderung und dem Alterungsverhalten. Die temperaturbedingte, materialabhängige Längenänderung ist reproduzierbar, während das Alterungsverhalten, ebenfalls materialabhängig von der Kristallisation nach der Entformung bestimmt wird. Letzteres wird von den Moldparametern und vom Kunststofftyp bestimmt.
• Duroplaste weisen eine homogene Schrumpfung von ca. 0,2% auf, während Thermoplaste bis zu 4% Schrumpfung zeigen, richtungsabhängig. Die Schrumpfung führt zu komplexen mechanischen Spannungsänderungen in der Baugruppe und damit zu einer Alterung und Offset-/Gain-Änderung.
• Eine Feuchtigkeitsaufnahme kann zur Hydrolyse des Moldmaterials und zu Korrosion/Migration auf der Baugruppe führen. Die räumliche Vernetzung des Duroplastmaterials erzeugt eine mechanisch und chemisch stabile Hülle im Vergleich zu den Thermoplasten, Feuchtigkeitsaufnahme ist nicht zu befürchten.
• DIE VERSCHIEDENEN ZUM UMSPRITZEN VERWENDETEN MATERIALEN
• Wie soeben näher dargelegt, kommen zum Umspritzen endvernetzende Materialien und insbesondere Duroplaste zum Einsatz. Die Materialzufuhr kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, woran der erfindungsgemäße Prozess jeweils angepasst ist.
• Sogenanntes Bulkmaterial:
• Die Lieferform als Bulkmaterial ist üblich bei UP Duroplast, wobei UP für ungesättigtes Polyester steht. Bulkmaterial wird mit einen Extruder vorbereitet und dann in das Runnersystem der sogleich noch näher zu erläuternden Form bzw. Moldbase eingepresst. Das kann nur in der Einlegestation nach dem Schließen der jeweiligen Moldbase bzw. Formkavität erfolgen.
• Sogenannte Pellets:
• Pellets werden bevorzugt mittels eines Handlingsystems in den gleich noch näher zu erläuternden Plunger eingefüllt - idealerweise schon in der Entnahmestation, um das Material ohne Zeitverluste in der Beschickungsstation hinreichend temperiert und damit einspritzbereit zur Verfügung zu haben. Alternativ ist das Einlegen in die Formkavität möglich, was dann bevorzugt ebenfalls bereits in der Entladestation erfolgt. Zweckmäßig ist diese Art der Materialzufuhr für endvernetzende Polymere (Duroplast, Elastomer) und das Transfermolden.
• Sogenanntes Granulat:
• Bei endvernetzenden Polymeren kann das Granulat in den Plunger eingefüllt werden, man spricht dann von Transfermolden, und/oder direkt in die Formkavität, man spricht dann von Compressionmolden. Das kann in der Entlade- oder der Beschickungsstation erfolgen. Bei Einsatz von Granulat ist auch ein Beschicken mittels Schnecke oder Extruder möglich.
• Alternativ kann in gleicher Weise auch flüssiges Compound eingesetzt werden.
• DIE ZUM UMSPRITZEN VERWENDETEN FORMEN BZW. SOGENANNTE MOLDBASES
• Die eben schon angesprochene „Form“ ist vorzugsweise jeweils als sogenannter Formaufbau bzw. Moldbase 14 ausgeführt, ohne durch die nachfolgende Verwendung des Begriffs „Moldbase“ zwingend darauf beschränkt zu sein.
• Die Moldbases bestehen typischerweise aus mindestens einem Formoberteil und mindestens einem Formunterteil. Alle aktuell auf der Anlage zirkulierenden Moldbases besitzen typischerweise einen identischen Aufbau, um von Takt zu Takt gleiche Zeiten realisieren zu können.
• In der vorteilhaftesten Ausbauform kommen einheitliche Formkästen zum Einsatz. Diese werden dadurch zu der jeweiligen, auf das individuelle Produkt zugeschnittenen Form, dass entsprechend gestaltete Einlegeteile eingebaut werden, die sogenannten Moldinserts. Diese bilden die Gestalt des jeweils zu fertigenden Produkts ab, indem sie die entsprechende Formkavität bereitstellen. Im Wesentlichen umfassen die Moldbases jedenfalls die elektrischen Heizsysteme und die Sensorik für die Moldtemperatur und idealerweise für den Molddruck sowie die Formverriegelung und die Auswerfer. Die Moldbases umfassen immer auch ein mechanisches Vorspannungssystem für den Nachdruck und seine Fixierung.
• GESAMTÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNGSGEMÄSSE ANLAGE
• Die 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung V von oben. Diese Vorrichtung wird nachfolgend auch als Multi-Moldbase-Anlage bzw. als Anlage bezeichnet.
• Gut zu erkennen ist hier, dass die Anlage ein Fördersystem nach Art eines Karussells realisiert, das um eine Zentralachse 1 rotiert. Es wird von einem Antrieb 3 mittels einer Antriebsachse 4 angetrieben. Hiervon ausgehend sind allseitig radial nach außen ragende Ausleger 5 vorgesehen, von denen jeder eine Form (die sog. Moldbase 14, manchmal auch Moldtool genannt) hält bzw. antreibt.
• Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem Karussell insgesamt 8 Ausleger vorgesehen. Typischerweise variiert die Anzahl der Ausleger zwischen 6 und 14. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Karussell vom Nutzer von Fall zu Fall, oft im Kampagnenbetrieb, mit mehr oder weniger Auslegen bestückt betrieben werden kann. Das erfordert, dass die einzelnen Ausleger im Rahmen des regulären Rüstbetriebs ohne Substanzeingriff an- und abkuppelbar sind.
• Die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise so konstruiert, dass die Moldbases 14 mithilfe eines Schienensystems 7, 8 und 9 bewegt werden. Die Ausleger 5 des Karussells bilden dann nur den Antrieb für das weitere Fortbewegen der Moldbases. Sie übernehmen dann aber im Wesentlichen keine Führungsaufgaben.
• Idealerweise verfügt die Anlage über das in den 1 und 2 gezeigte Schleifringsystem 2.
• Das Schleifringsystem dient auf jeden Fall für die elektrische Energieversorgung. Eine solche wird beispielsweise benötigt, um die Moldbases 14 temperieren zu können. Bevorzugt trägt jede Moldbase eine eigene Elektronikeinheit. Diese wird dann vorzugsweise ebenfalls über das Schleifringsystem mit Energie versorgt. Die besagte eigene Elektronikeinheit beinhaltet zumeist eine Regelung oder zumindest eine Steuerung für die Temperatur der Moldbase 14 oder der Formkavität in ihrem Inneren. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Elektronikeinheit eine Steuerung oder bevorzugt eine Regelung des Nachdrucks (überall auch als sog. „Moldnachdruck“ zu bezeichnen) der Moldbase verwirklicht.
• Das Schleifringsystem kann gleichzeitig auch zur Übertragung der Signale zwischen der der jeweiligen Moldbase eigenen Elektronikeinheit und der zentralen Elektronik der Vorrichtung dienen. Besonders bevorzugt ist es allerdings, eine Kommunikation der der jeweiligen Moldbase eigenen Elektronik mit der zentralen Elektronik über kontaktlose Transponder oder über eine WIFI-Verbindung zu realisieren.
• Anzumerken ist noch, dass das Schleifringsystem ggf. zusätzlich so ausgestaltet sein kann, dass es auch eine pneumatische Versorgung der jeweiligen Moldbase realisiert. Stattdessen kann es in bestimmten Anwendungsfällen aber auch sinnvoll sein, zur pneumatischen Versorgung Kontaktierstationen vorzusehen, über die eine Moldbase bei Erreichen der jeweiligen Arbeitsstation an die zentrale Pneumatik der Anlage angekuppelt wird. Alternativ kann eine Selbstgenerierung vorgesehen sein. Der entsprechenden Moldbase ist dann ein eigener, mit ihr mitbewegter Druckerzeuger zugeordnet. Dieser wird idealerweise über das besagte Schleifringsystem mit Energie versorgt.
• Gut erkennen kann man anhand der 1 und 2 auch die bevorzugte Lösung, dass die einer Moldbase zugeordnete Elektronik mit Abstand zu der aufgeheizten und daher für die Elektronik eher schädlichen Moldbase auf deren Ausleger 5 befestigt ist. Idealerweise ist die Elektronik mit einem Gehäuse umgeben, das thermisch isoliert, vorzugsweise auch dann, wenn die Elektronik in besagter Art und Weise auf dem Ausleger angebracht ist.
• DIE EINZENLEN STATIONEN DER ERFINDUNGSGEMÄSSEN ANLAGE
• Gut zu erkennen anhand der 1 sind die Beschickungsstation AS1 und die Entladestation AS8.
• Diese Stationen können vorteilhafterweise nach dem von 2 gezeigten Muster aufgebaut sein. In diesem Fall ist eine vorzugsweise auf einem Stützsystem gehaltene Arbeitsstation 10 vorgesehen. Diese kann ein oder mehrere der in der betreffenden Station benötigten Aggregate umfassen. Hierzu gehören etwa ein Aggregat zum Einspritzen des zur Umhüllung eingesetzten Kunststoffs oder ein Aggregat zum Justieren des Nachdrucks, der einer Moldbase beim Verlassen der Beschickungsstation mit auf den Weg gegeben wird und auf das noch später eingegangen wird.
• Idealerweise wird in der Beschickungsstation AS1 zunächst das zu umspritzende Bauteil in die Formkavität eingelegt. Dann wird die Moldbase geschlossen und im nächsten Schritt das zum Umspritzen verwendete endvernetzende Kunststoffmaterial in die Formkavität der Moldbase gedrückt. Das muss allerdings nicht zwingend so gehandhabt werden. Theoretisch ist es auch möglich, das Einlegen des zu umspritzenden Bauteils bereits in der Entladestation vorzunehmen, bevor dort die Moldbase wieder geschlossen wird.
• Zwischen der Beschickungsstation AS1 und der Entladestation AS8 befinden mehrere Aushärtestationen, im vorliegenden Fall sechs Stück. Typischerweise erfolgt der Transport diskontinuierlich, d. h. die Moldbases passieren die Stationen schrittweise nach und nach. Bei insgesamt sechs Aushärtestationen bedeutet das, dass einer Moldbase die sechsfache Zeit, die für die Beschickung einer anderen Moldbase benötigt wird, für das Aushärten bzw. den Abschluss der Endvernetzung zur Verfügung steht. Erst dann erreicht die betreffende Moldbase die Entladestation AS8. Zwischenzeitlich werden sechs weitere Moldbases beladen. Die lange Aushärtezeit ist also nicht verloren, da unterdessen parallel gearbeitet werden kann.
• Darauf hinzuweisen ist, dass die Anzahl der Aushärtestationen von dem Material abhängt, das zum Umspritzen des Bauteils verwendet wird. Materialien, die eine längere Aushärtezeit benötigen, wird dadurch Rechnung getragen, dass die Anzahl der Aushärtestationen vergrößert wird.
• Zusätzlich können weitere Stationen vorgesehen sein. Sehr zweckmäßig ist es zum Beispiel, zwischen der Beschickungsstation und der Entladestation eine weitere Station zum Reinigen der Formkavität der jeweiligen Moldbase vorzusehen. Darüber hinaus kann in diesem Bereich auch zusätzlich eine Vorwärmstation vorgesehen werden. Andererseits kann es auch sinnvoll sein, unmittelbar oder in geeignetem zeitlichen Verlauf vor der Entladestation eine zusätzliche Abkühlstation vorzusehen.
• Bevorzugt wird die jeweilige Moldbase 14 an jeder Beladestation und Entladestation ausgehoben und zentriert. Hierzu dient das in 2 erkennbare und mit dem Bezugszeichen 12 versehene Aushebesystem mit horizontaler Zentrierung und das vorzugsweise zusätzliche Zentriersystem, das in vertikaler Richtung wirkt und das mit dem Bezugszeichen 13 versehen ist.
• Der große Vorzug der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, dass die Moldbases selbst relativ einfach gehalten werden können, da die komplexen Aggregate jeweils nur in der Beschickungsstation bzw. der Entladestation erforderlich sind - was hier allerdings jeweils nicht zeichnerisch dargestellt ist.
• DIE ARBEITSWEISE DER EINZELNEN STATIONEN
• In der Beschickungsstation AS1 wird typischerweise wie folgt gearbeitet:
• Die Moldbase wird geöffnet. Dann wird das zu umhüllende Bauteil manuell oder mittels eines automatisierten Handlingssystems bzw. mittels eines Roboters eingelegt, sofern das Einlegen des zu umhüllenden Bauteils nicht schon in der Entladestation erfolgt ist - um es so zu temperieren bis es die Beschickungsstation erreicht. Sodann wird ein Vakuum an die Kavität angelegt und die Moldbase wird verschlossen und verriegelt. Im nächsten Schritt wird das für die Umhüllung vorgesehene Material eingespritzt. Die Moldbase wird mit dem nötigen Druck beaufschlagt und der Druck wird fixiert, wie sogleich noch näher erläutert wird.
• In der Beschickungsstation AS1 sind zu diesem Zweck vorzugsweise folgende Aggregate vorgesehen: die mit dem Bezugszeichen 12 versehene Aushebevorrichtung für die Positionierung der Moldbase, eine Hebe- und Klemmvorrichtung für das Formunterteil und das Formoberteil, gegebenenfalls mit einer Kompressions-Kraftregelung, die Vorrichtung zum Einlegen des zu umhüllende Bauteils und eine Vorrichtung für ein druck- und volumengeregeltes und optional geschwindigkeitsgeregeltes Einspritzen bzw. Einpressen des Umhüllungsmaterials in die Formkavität sowie eine Steuerung der Pneumatik und eine Vorrichtung zur Messung der Einpresskraft bzw. des Einspritzdruckes.
• Im Hinblick auf eine eventuell denkbare patentrechtliche Umgehung ist noch anzumerken, dass das Einlegen gegebenenfalls auch in der Entladestation AS8 erfolgen kann, wie bereits oben angesprochen worden ist.
• In der Entladestation AS8 wird typischerweise wie folgt gearbeitet:
• Es erfolgt zunächst eine Entriegelung der Form, sofern dies nicht schon in einer vorangehenden Station erfolgt. Dann wird die Formkavität mit Druckluft beaufschlagt, sofern auch das noch nicht in einer vorangehenden Station erfolgt ist. Daraufhin wird die Moldbase geöffnet und das ganz oder teilweise umhüllte Bauteil entnommen. Im Anschluss daran wird die Formkavität gereinigt, sofern die Reinigung nicht in einer separaten Station zwischen der Entladestation und der Beschickungsstation erfolgt. Besonders günstig ist es, wenn nun eine Release-Folie eingelegt wird, die dann permanent angesaugt wird.
• Eventuell wird schon in der Entladestation das oder ein Teil des zum Umhüllen eingesetzten Materials in die Kavität eingebracht, je nach Aggregatzustand bzw. Konsistenz des zum Umhüllen eingesetzten Materials und Erreichbarkeit der zu umhüllenden Bereiche durch anschließendes Einspritzen des zum Umhüllen eingesetzten Materials. So ist zum Beispiel daran zu denken, dass das zur Herstellung der Umhüllung bestimmte Polymer schon hier in der Entladestation in die Kavität eingebracht wird um es aufzuheizen und dann flüssig oder niedrigviskos in der Formkavität anstehen zu lassen, wenn die Moldbase die Beschickungsstation erreicht.
• Ebenfalls denkbar ist es in der Entladestation auch schon das zu umhüllende Bauteil einzulegen um es zu temperieren, wie oben schon angesprochen - vorzugsweise kommt diese Option insbesondere dann in Betracht, wenn in der Entladestation noch keine Beladung der Kavität mit dem zur Umhüllung eingesetzen Polymer erfolgt.
• Im nächsten Schritt wird die Moldbase jedenfalls geschlossen und derart unter Differenzdruck (Vakuum oder Überdruck) gesetzt, dass von außen keine unerwünschten Substanzen eindringen können.
• Die Aushärtestationen üben im Regelfall keine aktive Funktion aus. Ausnahmsweise können hier eine oder mehrere Hilfstätigkeiten durchgeführt werden, wie die vorgenannte Entriegelung oder Druckluftbeaufschlagung.
• DIE ZUTEILUNG DER FÜR EINEN UMHÜLLUNGSVORGANG EINZUBRINGENDEN MENGE
• Die Menge des für jeden Zyklus zur Umhüllung verwendeten Materials kann volumen- oder gewichtsgesteuert festgelegt werden. Zu diesem Zweck können die als solche bekannten Handlingssysteme für Pellets oder Sheets, Dosiersysteme für Granulat oder Flüssigkeit oder Schneckensysteme bzw. Injektionsanlagen für Bulkmaterial verwendet werden.
• Besonderes Augenmerk ist gegebenenfalls auf die schlechte Wärmeleitung des zur Umhüllung verwendeten Materials zu richten. Diese kann zu einer sehr ungünstigen unterschiedlichen Erwärmungsrate der zwischen außen- und innenliegenden Schichten des zur Umhüllung verwendeten Materials führen. Vor allem bei großen Materialmengen sollte das kompensiert werden. Das Mittel der Wahl ist hier ein Vorwärmen in der Dosieranlage.
• Da die tatsächliche Dosierungsmenge von Schwankungen des Baugruppenvolumens und der Dosiereinrichtung abhängt, würden sich bei festem Materialvolumen unterschiedliche Molddrücke in der Kavität einstellen. Dies würde Auswirkungen auf die Qualität der Umhüllung haben. Um dies auszugleichen, kommt erfindungsgemäß ein kraftgeregelter Plunger beim Befüllen der Formkavität mit dem zur Umhüllung vorgesehenen Material zum Einsatz. Hiermit kann der Befüllvorgang unabhängig von den Schwankungen der Volumina konstant und reproduzierbar durchgeführt werden.
• Das soeben geschilderte erfindungsgemäße System kann mit allen Varianten der erfindungsgemäßen Moldbases verwendet werden, die später noch eingehender beschrieben werden.
• DAS ERFINDUNGSGEMÄSSE NACHDRUCKSYSTEM
• Von besonderem Interesse für die Erfindung ist das System zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines konstanten Druckes in der Formkavität, d. h. das sogenannte Nachdrucksystem. Zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines solchen Systems werden von den 3 bzw. 4 und 5 gezeigt.
• Zu einem solchen System gehört in beiden Fällen eine nachfolgend auch als Plunger bezeichnete Kolben-Zylinderanordnung 15, 16. Jeder Moldbase ist typischerweise ein eigener Plunger zugeordnet, der mit ihr durch das System bewegt wird, von Station zu Station. Der Plunger ist typischerweise in den Plattenaufbau der Moldbase integriert. Bei größerem Moldvolumen können auch mehrere Plunger vorgesehen sein.
• Der Plunger wird - im Regelfall in der Entladestation - mit dem zur Umhüllung eingesetzten Polymer beladen. Innerhalb der Zeitspanne, die vergeht, bis die Moldbase die Entladestation AS8 verlässt und die Beschickungsstation AS1 erreicht, wird das in den Plunger geladene Polymer in den fließfähigen Zustand versetzt (im Falle von stückig oder körnig in den Plunger geladene Pellets oder Granulat). Das gilt allerdings nur insoweit, als das Material nicht schon fließfähig dem Plunger zugeführt wird, etwas weil es aus einer Schnecke zugeführt wird, wie BMC.
• Sobald die Moldbase bzw. deren Formteile in der Beschickungsstation endgültig geschlossen worden sind, drückt der Plunger das zum Umhüllen eingesetzte Polymer in die Formkavität. Typischerweise erfolgt das mit definierter Geschwindigkeit, i. d. R. bis zu einem definierten Molddruck.
• Zu diesem Zweck wird der Kolben 15 des Plungers bei dem von 3 gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Schraubspindeltrieb in den Zylinder 16 eingetrieben. Von diesem Schraubspindeltrieb sind in 3 die Spindeldrehachse 21, das Achslager 17 und das Widerlager 22 gut zu erkennen. Jeder Moldbase ist dabei vorzugsweise ein eigener derartiger Schraubspindelantrieb zugeordnet, der mit ihr durch das System bewegt wird, von Station zu Station.
• In der Beschickungsstation AS1 ist ein Spindeldrehantrieb 25 vorgesehen, der über eine geeignete Kupplung drehfest an den Schraubspindeltrieb der jeweiligen Moldbase angekoppelt wird.
• Sobald die Formkavität vollständig mit dem zum Umhüllen eingesetzten Polymer gefüllt ist, steigt der Druck in der Formkavität an. Dadurch wird der Federspeicher gespannt, der hier als Druckspeicher zum Einsatz kommt und vorzugsweise aus dem Federvorspannrahmen 19 und dem Federsystem 20 besteht. Der Druck in der Formkavität bzw. in dem diese speisenden Zuleitungsstrang wird gemessen und/oder es erfolgt eine Kraft- bzw. Spannwegmessung an dem Druckspeicher. Sobald ein voreingestellter Wert für einen oder mehrere der genannten Parameter erreicht wird, wird der Spindeldrehantrieb 25 gestoppt.
• Der entscheidende Punkt ist nun, dass die Moldbase nun vom Spindeldrehantrieb 25 abgekoppelt und durch das System bewegt werden kann, von Station zu Station. Denn der Schraubspindeltrieb ist so konstruiert, dass er unter der Last der Kraft des Druckspeichers nicht reversierend angetrieben wird. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck eine selbsthemmende Auslegung der Spindel vorgesehen.
• Der nicht auf eine weitere Versorgung mit externer Energie angewiesene Druckspeicher, dessen Kraft bei Nenndruckbedingungen im Bereich zwischen Maximal- und Minimalkraft liegt, erhält dabei den sogenannten Nachdruck aufrecht. Letzterer ist erforderlich, um auch unter dem Einfluss der bei Endpolymerisation auftretenden Schwindung zu garantieren, dass ein fertig umhülltes Bauteil ohne Lunker oder sog. Einfallstellen entsteht, d. h. ohne örtliches Einziehen der Oberfläche nach innen. Durch geeignete Wahl der Federkennlinie bleibt der Duck des Druckspeichers bis zum Abschluss der Endpolymerisation hinreichend konstant. Bevorzugt ist eine flache Federkennlinie, die sicherstellt, dass sich die Kraft des vorgespannten Federspeichers in Abhängigkeit des Ein- oder Ausfederns nicht wesentlich ändert, idealerweise ist die Federkonstante C des Systems innerhalb des nachfolgend genannten Bereichs 1/3 ≤ C.
• Als Alternative zu dem soeben geschilderten Ausführungsbeispiel kommt die Konstruktion zu Einsatz, die die 4 und 5 zeigen. Bis auf die nachfolgend formulierten Unterschiede können die Konstruktionen der 3 und 4 gleich sein. Dann gilt das soeben für die 3 Gesagte für die 4 entsprechend.
• An der Stelle des Schraubspindeltriebs der jeweiligen Moldbase und des Spindeldrehantriebs 25 in der Beschickungsstation AS1 kommt bei 4 ein vorzugsweise pneumatischer oder hydraulischer Aktor 30 zum Einsatz. Dieser ist in der Beschickungsstation angeordnet und wird dort mithilfe der Translationskupplung 28 an die den Kolben des Plungers betätigende Kolbenstange angekuppelt. Der Aktor 30 treibt den Kolben 15 in den Zylinder 16 des Plungers ein und befüllt dadurch die Formkavität. Dabei spannt er den Druckspeicher in der bereits beschriebenen Art. Bevor nun der Aktor 30 von der Moldbase abgekoppelt wird, weil diese im Begriff ist die Beschickungsstation AS1 zu verlassen, wird die Kolbenstange blockiert. Vorzugweise erfolgt die Blockade durch ein Formschlusselement. Zu diesem Zweck kommt idealerweise eine Keilverriegelung zum Einsatz, etwa eine solche, wie sie die 4 zeigt.
• Wie man gut erkennen kann, ist im Regelfall jede der Moldbases mit einem Haltekeil 26 versehen. Dieser ist an die Kolbenstange angeschlossen, die den Druckspeicher betätigt. Der Haltekeil 26 wird durch ein Blockierkeil 27 arretiert, der mithilfe des vorzugsweise pneumatischen Aktors 30 eingetrieben wird.
• Der Blockierkeil 27 hat vorzugsweise die Gestalt einer Gabel mit kegelig an den sich gegenüberliegenden Seiten der deren Zinken ausbildenden Kontaktflächen, vgl. 5. Wird nun dieser Blockierkeil von der Seite her eingetrieben, wird der hier bevorzugt kegelförmig gestaltete Haltekeil 26 zwischen den Zinken der Gabel formschlüssig eingehängt. Dadurch wird auch dann die Vorspannung des Druckspeichers aufrechterhalten, wenn der Aktor 29 abgekoppelt ist.
• Bemerkenswert ist noch, dass die Kombination aus dem Haltekeil 26 und dem Blockierkeil 27 ersichtlich selbsthemmend gestaltet ist. Das heißt, der Blockierkeil behält auch dann seine Wirkung bei und erhält auch dann die Vorspannung des Druckspeichers aufrecht, wenn der Aktor 30 nicht länger druckbeaufschlagt oder (alternativ) bestromt wird, weil er beim Verlassen der Beschickungsstation von seiner Energieversorgung abgetrennt worden ist.
• Dieses System ist erfindungsgemäß zur Benutzung zusammen mit allen Varianten der nachfolgend geschilderten Moldbases vorgesehen.
• DIE GRUNDSÄTZLICHE FUNKTIONSWEISE DER MOLDBASES
• Im Rahmen der Erfindung kommen eine Reihe unterschiedlicher Moldbase-Systeme zu Einsatz, je nachdem, welches Kunststoffmaterial zum Umspritzen verwendet werden soll, in welchem Zustand es als Rohmaterial zur Verfügung steht und welches Ergebnis erreicht werden soll.
• DAS ZWEI-PLATTENSYSTEM FÜR DAS INJEKTIONSMOLDEN
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein solches Zweiplattensystem zeigen die 9a bis 9e.
• Bei Injektions-Moldanlagen wird das endvernetzende Kunststoffmaterial mittels einer am Aggregat angebrachten Injektordüse über den Injektortrichter 50 in das sog. Runnersystem eingepresst, d. h. in das auch per se, unabhängig von anderen Ausgestaltungen beanspruchte Kanalsystem mit dem Runnereinlass 51, der Rückflusssperre 49, dem Plunger 15 und der Runnerkavität 52, über die das das zum Umspritzen eingesetzte flüssige Kunststoffmaterial bis in die Formkavität 47 und 48 geleitet wird, wo es bestimmungsgemäß aushärten soll.
• Da während des Aushärtens das Kunststoffmaterial geringfügig schrumpft, würde ohne Nachdruck die Aushärtung nicht optimal verlaufen. Aufgrund dessen ist es im Stand der Technik erforderlich, dass das Runnersystem während der Aushärtung an das druckerzeugende Einspritzaggregat angekoppelt bleiben muss.
• Im Rahmen der Erfindung kommt ein solches Angekoppeltbleiben allerdings nicht in Betracht, weil es die Moldbases immobilisieren und damit den erfindungsgemäßen Ansatz vereiteln würde.
• Aufgrund dessen ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen dass der Nachdruck über ein Kolbensystem erzeugt wird, zu dem u. a. der Kolben 15 und der Zylinder 16 jenes Plungers gehört, der anhand der 3 bis 5 bereits in seiner grundsätzlichen Funktionsweise erläutert worden ist und die in die Moldbase 14 integriert sind, bevorzugt so, wie das die 9a bis e zeigen. Dieser Erfindungsgedanke wird auch unabhängig von anderen Ausgestaltungen per se als schützenswert geltend gemacht
• Sobald die bestimmungsgemäße Füllung der Moldbase 14 mit dem zum Umspritzen eingesetzten Kunststoff erfolgt ist, wird die Rückflusssperre 49 geschlossen. So wird ein Ausfließen des zunächst noch niedrigviskosen Kunststoffmaterials zu Beginn der Aushärtephase verhindert.
• Damit ergibt sich folgender Ablauf: Der Kolben 15 für den Molddruck wird auf dem Totpunkt positioniert und das Kunststoffmaterial wird über die Injektordüse und den Injektortrichter 50 eingepresst. Das Kunststoffmaterial fließt in die Kavitäten. Sobald die Kavitäten gefüllt sind, steigt der Druck in der Moldbase an. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rückflusssperre 49 aktiviert und der Molddruckregler regelt den Druck innerhalb der Kavitäten auf einen vorgegebenen Pegel. Gleichzeitig wird das Injektorsystem vom Injektortrichter 50 abgekoppelt und die Moldbase 14 wird zur ersten Aushärtestation bewegt.
• Die Auswerferpins können an zusätzlichen Hilfsplatten befestigt sein.
• Die Molddruckmessung kann über einen separaten Drucksensor im Gatebereich oder in den Kavitäten erfolgen oder es ist ein Kraftsensor im Molddruckregelsystem integriert.
• Bevorzugt ist der auch als Molddruckkolben zu bezeichnende Kolben 15 des Plungers bei Mehrkolbensystemen in Gate-Nähe oder bei Einkolbensystemen im Verteilungsknoten des Runnersystems integriert, um eine gleichmäßige Druckausbreitung zu gewährleisten.
• Ein entscheidender Vorteil der Erfindung ist bei diesem und allen anderen, nachfolgend geschilderten Injektionsmoldverfahren, die entsprechend ausgerüstet sind, dass der Nachdruck viel genauer einstellbar bzw. einregelbar ist. Dies deshalb, weil der Druck direkt über den internen Plunger aus dem Kolben 15 und dem Zylinder 16 erzeugt wird und nicht über den für sehr hohe Drücke entworfenen und daher nicht besonders fein regelnden Injektorschneckendruckregler eingeregelt werden muss.
• DAS ZWEI-PLATTENSYSTEM FÜR DIE PELLETBEFÜLLUNG
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein solches Zweiplattensystem zeigen die 10a bis 10c.
• Beim Transfermolden werden Pellets in den Plungerzylinder 16 eingelegt und aufgeschmolzen. Es erfolgt eine Parting-Line-seitige Befüllung der Kavitäten. Das nun niedrigviskose Kunststoffmaterial wird in die Kavitäten über die Runnerkavitäten 52 und die Gate-Parting-Lines 57 eingefüllt. Der Kolben 15 des bereits anhand der 3 bis 5 grundsätzlich erläuterten Plungers erzeugt den für die optimale chemische Reaktion erforderlichen Molddruck.
• Erfindungsgemäß wird der Molddruck während der Aushärtephase dadurch erzeugt, dass der Kolben 15 des Plungers mit dem bereits eingangs anhand der 3 bis 5 erläuterten Federsystem 20 unter der benötigten Spannung gehalten wird.
• Damit ergibt sich folgender Ablauf: Der Kolben 15 für den Molddruck wird auf dem Totpunkt (UT) positioniert. Pelletförmiges Kunststoffmaterial, das zum Umspritzen zum Einsatz kommen soll, wird in den Plungerzylinder 16 eingelegt. Dann wird das zu umspritzende Bauteil eingelegt und die Moldbase geschlossen. Über das externe Aggregat, das den Kolben 15 des Plungers betätigt, wird der nötige Einspritzdruck erzeugt. Nach Erreichen des Molddrucks wird der Kolbenantrieb arretiert. Die Aufrechterhaltung des Nachdrucks übernimmt dann das Federsystem 20. Die Moldbase 14 wird zur nächsten Station weiterbewegt. Das Einfüllen des Kunststoffmaterials, das zum Umspritzen zum Einsatz kommen soll, kann bereits in der Entnahmestation erfolgen.
• Die Auswerferpins können an zusätzlichen Hilfsplatten befestigt sein.
• Die Molddruckmessung kann über einen separaten Drucksensor im Gatebereich oder in den Kavitäten erfolgen oder es ist ein Kraftsensor im Molddruckregelsystem integriert.
• Bevorzugt ist der Molddruckkolben (sonst auch Plungerkolben genannt) bei Mehrkolbensystemen in Gate-Nähe oder bei Einkolbensystemen im Verteilungsknoten des Runnersystems integriert, aus bereits besagten Gründen.
• DAS ZWEI-PLATTENSYSTEM FÜR DIE GRANULATBEFÜLLUNG
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein solches Zweiplattensystem zeigen die 11a bis 11c.
• Die Ähnlichkeit mit dem Zweiplattensystem für die Pelletbefüllung ist unverkennbar. Bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede gilt das dort Gesagte auch hier.
• Ein wesentlicher Unterschied ist der, dass ein Granulat, anders als ein Pellet, beim Transfer- oder Kompressionsmolden nicht zwingend ausschließlich in den Zylinder 16 des Plungers eingelegt und dort aufgeschmolzen werden muss. Stattdessen kann das Granulat auch in den Plungerzylinder und die Formkavität eingelegt werden (vgl. 11 b) oder auch nur in die Formkavität eingelegt und dann aufgeschmolzen werden. Es kommt letzterenfalls zur Erzeugung des notwendigen Nachdrucks ein Formverkleinerer zum Einsatz, d. h. eine Einrichung, die die von dem zum Umspritzen eingesetzten Kunststoffmaterial auszufüllende Formkavität nachträglich volumenverkleinert und dadurch auf das dort befindliche Kunststoffmaterial Druck ausübt.
• Überschüssiges Material in den Kavitäten wird dabei über die Gates in den Plunger gedrückt und dort mit dem Nachsetzdruck beaufschlagt. Alternativ werden die Kavitäten unter Kompressionsdruck = Nachsetzdruck gesetzt. Bevorzugt ist aber partielle Befüllung der unteren Kavität und eine Befüllung des Plungers mit der zur vollständigen Befüllung der Kavitäten notwendigen restlichen Masse des zum Umspritzen eingesetzten Kunststoffs.
• Soweit im Zylinder 16 des Plungers positioniert oder auf besagtem Wege dorthin gelangt, wird das durch das Erschmelzen niedrigviskos gewordene Kunststoffmaterial dann in die Kavitäten eingepresst.
• DAS DREI-PLATTENSYSTEM FÜR DAS INJEKTIONSMOLDEN
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein solches Drei-Plattensystem zeigen die 12a bis 12g.
• Bei Hotrunner-Injektions-Moldanlagen wird das zum Umspritzen verwendete Kunststoffmaterial über eine am Aggregat angebrachte Injektordüse in das Drei-Plattensystem eingespritzt.
• Die Verteilung auf die Gates, die sich in der mittleren Platte befinden, erfolgt in der Zone zwischen oberer und mittlerer Platte. Die Kavitäten sind in der mittleren und unteren Platte vorgesehen. Die Moldspinne in den Runnerkanälen wird mittels Ejektorpins in der oberen und mittleren Platte ausgehoben, ebenso die gemoldeten Bauteile über Ejektorpins in der unteren und mittleren Platte. Die Moldbase besteht also aus mindestens drei Platten.
• Erfindungsgemäß ist eine Rückflusssperre 49 und mindestens eine Vorrichtung (Kolben 15 und Zylinder 16 des Plungers) zum Erzeugen bzw. Aufrechterhalten des Nachdrucks vorgesehen, die Bestandteil der Moldbase 14 sind, und daher mit dieser von Station zu Station verbracht werden können, wie auch schon zuvor beschrieben.
• Dieser mindestens dreiplattige Moldbaseaufbau wird gewählt, wenn die Befüllung der Kavitäten nicht nur seitlich im Bereich der Gate Parting-Line 57 (die Parting-Line ist die Trennebene zwischen zwei Platten des Formwerkzeuges bzw. der Moldbase), sondern auch über die Gate Topside 53 der Moldkavität erfolgen soll.
• Die Befüllung ein und derselben Kavität zwischen dem zu umspritzenden Substrat und der eigentlichen Form über mehrere räumlich getrennt voneinander in diese Kavität einmündende Öffnungen ist im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt. Eine solche Befüllung hat den Vorteil, dass die Belastung des zu umspritzenden Substrates durch die in die Kavität einschießende Kunststoffmasse veringert werden kann. Das ist besonders wichtig, wenn das Substrat eine Platine ist, von der diskrete elektronische Bauteile in die Kavität ragen. Wenn die Kunststoffmasse nur über eine einzige Öffnung in die Kavität einschießen kann, dann schießt sie zunächst mit großer Wucht durch die oft recht voluminöse Kavität, solange diese noch kaum gefüllt ist. Sie bricht sich dabei, wie eine Welle, insbesondere an den besagten diskreten elektronischen Bauteilen, die von der die Kavität berandenden Platine abstehen. Diese werden dadurch erheblich belastet.
• Diesen Effekt kann man erfindungsgemäß dadurch verringern, dass man die zum Umspritzen durch Ausfüllen der besagten Kavität verwendete Kunststoffmasse an mindestens zwei voneinander räumlich getrennten Stellen in die Kavität eintreten lässt. Dadurch wird die Geschwindigkeit bzw. Wucht, mit der sich die eintretenden Kunststoffmassen innerhalb der Kavität bewegen, kleiner. Bei geeigneter Gestaltung neutralisiert sich die Wucht der durch die Kavität schießenden Kunststoffmassen sogar dadurch, dass die Kunststoffmassen gegenläufig aufeinandertreffen.
• Anders als z. B. beim Spritzen von Thermoplasten, wo ein solches Zusammentreffen unterschiedlicher Kunststoffströme innerhalb einer Kavität strikt zu vermeiden ist, stellt ein solches Zusammentreffen bei endvernetzenden Kunststoffen kein Problem dar. Denn innerhalb einer einzigen Kavität aufeinandertreffende Thermoplastströme können sich an der Kontaktstelle wegen der unvermeidlichen Abkühlung/Hautbildung an der Front nicht nahtlos verbinden. Das ist bei den endvernetzenden Kunststoffen anders, da der Endvernetzungsprozess anders und langsamer abläuft.
• Die Auswerferpins können an zusätzlichen Hilfsplatten befestigt sein.
• Die Funktion des Druckreglers und der Rückflusssperre entspricht der des Zwei-Plattensystems.
• Bevorzugt ist der Molddruckregler bei Mehrkolbensystemen in Gate-Nähe der Einzelkavität oder bei Einkolbensystemen im Verteilungsknoten des Runnersystem integriert. Injektionsmolden ist die bevorzugte Variante für BMC Material.
• DREI-PLATTENSYSTEM FÜR INJEKTIONSMOLDEN MIT AUFSCHMELZZONE
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein solches Drei-Plattensystem zeigen die 13a bis 13g.
• Dieses Drei-Plattensystem entspricht von seiner Grundstruktur her dem unmittelbar vorhergehend erläuterten Drei-Plattensystem, weshalb das dort Gesagte sinngemäß auch hier gilt.
• Der Unterschied zu dem zuvor erörterten System besteht darin, dass die Form bzw. Moldbase hier mit einer speziellen Aufschmelzzone 44 ausgerüstet ist.
• Diese spezielle Aufschmelzzone ist insbesondere für das bereits oben angesprochene BMC Moldmaterial gedacht.
• Ausweislich der 13b ist die Aufschmelzzone 44 durch eine vorzugsweise keilförmige Anordnung von Heizlamellen realisiert. Diese sind bevorzugt in der mittleren Platte ausgebildet.
• Das über die nicht gezeigte Düse und den Injektortrichter 50 eingespritzte Kunststoffmaterial zum Umspritzen verteilt sich auf die fluidisch parallel geschalteten Kanäle zwischen den Lamellen. Die Kanäle verengen sich in Fließrichtung und tragen damit der mit zunehmender Erwärmung zunehmenden Fließfähigkeit Rechnung. Das vollständig aufgeschmolzene und damit niedrigviskose Kunststoffmaterial wird über Runner zum Plunger 15 und zu den Kavitäten 47, 48 geleitet. Nach dem Auffüllen von Plunger und Kavitäten wird der Füllvorgang auf der Aggregatseite gestoppt und die Rückflusssperre 49 wird geschlossen. Anschließend wird der Zylinder 15 des Plungers mit dem hier (und auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen) bevorzugt in einem Hohlraum der Moldbase 14 untergebrachten Federsystem 20 auf den geforderten Nachdruck eingestellt bzw. eingeregelt. In einfacher Weise kann dieses z. B. über den bereits beschriebenen externen, selbstarretierenden Drehspindelantrieb erfolgen.
• Die keilförmige Gestaltung der Lamellen und der von ihnen gebildeten Kanäle erzwingt, dass sich im Bereich des Plungers und der Gates nur niedrigviskoses Moldmaterial befindet. Damit ist ein geringerer Nachdruck erforderlich. Dies lässt eine geringere Flash-Bildung erwarten.
• Das Einschließen von Luft in nicht evakuierte Teile der Kavität muss vermieden werden. Hierzu sind die Venting-Gates und die Befüll-Gates zu optimieren, in ihrer Lage. Durch die Verjüngung der Kanäle ergibt sich eine starke Scherströmung, so dass sich das Material auch durch interne Reibung im Material selbst zusätzlich erwärmt. Die Kanäle werden so orientiert, dass die kanalbildenden Platten mit ihren Großflächen senkrecht zur Trennebene der Form positioniert sind. Auf die Art und Weise kompensieren sich die Kräfte an den Großflächen der Platten untereinander und das Formwerkzeug wird nur durch die Kräfte belastet, die an den schmalen Restflächen an den Stirnseiten der Kanäle entstehen. Auf diese Art und Weise sind kleinere Zuhaltekräfte für das Werkzeug erforderlich.
• DREI-PLATTENSYSTEM FÜR DIE VERARBEITUNG VON PELLETS UND GRANULAT
• Das zuvor geschilderte Drei-Plattensystem für das Injektionsmolden ohne die spezielle Aufschmelzzone kann auch für die Verarbeitung von Pellets oder Granulat eingesetzt werden und ist dann prinzipiell - bevorzugt - so aufgebaut, wie das die 14a bis 14g zeigen. Anstatt dass das zum Umspritzen zum Einsatz kommende Kunststoffmaterial über den Injektortrichter 50 injiziert wird, kann es auch bei diesem System so in den Plunger und/oder die Formkavität eingebracht und dort erschmolzen werden, wie das oben bereits für das Zwei-Plattensystem beschrieben wurde.
• Abgesehen von diesen Abweichungen entspricht das Drei-Plattensystem auch bei diesem Einsatzfall dem bereits oben für das Injektionsmolden ohne die spezielle Aufschmelzzone beschriebenen System, so dass das dort Gesagte auch hier gilt.
• DREI-PLATTENSYSTEM ZUR ANBRINGUNG EINES UNDERFILLERS
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein solches Drei-Plattensystem zeigen die 15a bis 15g. Der Underfiller kann in der geschilderten Art und Weise beim Injektionsmolding angebracht werden und ist besonders vorteilhaft beim Einbringen des zum Umspritzen verwendeten Kunststoffmaterials in der Gestalt von Pellets.
• Auch bei diesem System sind mindestens drei Platten vorgesehen, wie vorgehend beschrieben. Das oben Gesagte ist hier anwendbar.
• Das endvernetzende bzw. duroplastische Kunststoffmaterial wird vorteilhaft in der Gestalt von Pellets, Flüssigkeit, Granulat oder BMC in den Plungerzylinder 16 eingelegt/gefüllt.
• Dieser Moldbaseaufbau ermöglicht es, dass die Befüllung der Kavitäten mehrfach topseitig innerhalb der Moldkavität des Moduls erfolgen kann. Dadurch ist es möglich, dass auf dem Substrat räumlich verteilte ICs mit Underfiller umhüllt werden können, ohne dass Moldstege zwischen den ICs oder von der PartingLine zu den ICs gezogen werden müssen oder die komplette Baugruppe mit dem sehr teuren Epoxidmoldmaterial umhüllt werden muss.
• Die besondere, kostentreibende Eigenschaft des Underfillermaterials liegt in der hohen Spaltgängigkeit, die bei den grossflächigen, vielpoligen ICs erforderlich ist. So ist ein Underfillermaterial gefordert, das einen Spalt von 50µm sicher füllen kann. Aufgrund dessen verbietet es sich, mit diesem Material unnötig große Bereiche zu umspritzen.
• Gezeigt ist ein Drei-Plattensystem, bei dem die Verteilung des Moldmaterials auf die durch das Baugruppendesign vorgegebene IC Anordnung über die Runnerkanäle zwischen der mittleren und oberen Platte erfolgt, vgl. insbesondere 14 f. Entscheidend ist also, dass in der mittleren Platte mehrere Kanäle ausgebildet sind, über die sich unabhängig voneinander unterschiedliche örtliche und ansonsten nicht in fluidaler Verbindung miteinander stehende Kavitäten zwischen dem zu umspritzenden Substrat und der Form mit dem zum Umspritzen vorgesehenen Kunststoff beschicken lassen.
• VIER-PLATTENSYSTEM MIT INTEGRIERTEM DEGATING
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein solches Vier-Plattensystem zeigen die 16a bis 16d. Die Sequenz zeigt die wesentlichen Prozessschritte einer Umhüllung mit einem endvernetzenden Polymer.
• Was den Kolben 15 und den Zylinder 16 des Plungers angeht und das in die Moldbase aufgenommene Federsystem zum Erzeugen des Nachdrucks, gilt das bereits zuvor für die anderen Systeme Gesagte.
• Nach dem Befüllen des Plungers mit einem Pellet und/oder der unteren Kavität mit Granulat wird die Baugruppe eingelegt und das Tool geschlossen, vgl. 15a. Das Tool besteht ausweislich der 15a aus einem unteren Tool (Platte) 62, einem mittlerem Tool (Platte) 63, einem Degating Tool (Platte) 64 und einem oberen Tool (Platte) 65.
• Nach dem Aufschmelzen des Moldmaterials wird dieses über die Gates in die Kavität eingefüllt. Dabei stehen für die Befüllung die topseitige und die Parting-Line-seitige Öffnung zur Auswahl, vgl. 16b.
• Nach der Aushärtung des Moldmaterials wird zwischen dem mittleren Tool 63 und dem Degating Tool 64 ein Spalt erzeugt, der das Ende des Gate-Zapfens von der gemoldeten Baugruppe abreißt. Zugleich entsteht ein Spalt im mittleren Moldtool entlang des Gate-Zapfens.
• In den Spalt zwischen den beiden Tools und entlang des Moldzapfens wird Druckluft eingepresst, welche im ersten Schritt eine Ablösung der Baugruppe vom Moldtool bewirkt und nachfolgend einen Spalt zwischen dem Moldtool und der Baugruppe bildet.
• Die dort durchströmende Druckluft bewirkt eine Kühlung der Baugruppe.
• Beim vollständigen Öffnen der Moldtools ist die Baugruppe soweit abgekühlt, dass sie ohne Risiko auf Warpagebildung (Verwerfung durch Schwindung) entnommen werden kann.
• Das integrierte Degating-Tool bietet den Vorteil, dass die gemoldete Baugruppe während des Abreißens des Gate-Zapfens von dem Bauteil vollflächig an der Kavität anliegt. Punktuelle Drucklasten, wie sie bei Ejektorpins auftreten, treten nicht auf. Die Bruchstelle ist auf die dünnste Stelle im Gating-Zapfen beschränkt.
• DAS OPTIONALE ENTFORMEN
• Wie bereits oben kurz angesprochen wurde, ist wegen der für den Start des Endvernetzungsvorgangs notwendigen, erhöhten Formtemperatur, die über der Glasübergangstemperatur liegt, beim Entformen die Gefahr einer Schädigung des fertig umhüllten Bauteils gegeben - durch Verbiegen oder mechanischer Schädigung beim Kontakt mit den Auswerferpins. Erst nach dem Abkühlen der Baugruppe in einen Bereich unterhalb der Glasübergangstemperatur ist die Umhüllung so weit erstarrt, dass das umhüllte Bauteil risikoarm entnommen werden kann.
• Aufgrund der Tatsache, dass mithilfe der Erfindung eine längere Abkühlzeit verwirklicht werden kann, gelingt es bei Einsatz der Erfindung in verschiedenen Fällen, die Temperatur der Form noch vor dem Ausformen bis unter die Glasübergangstemperatur absinken zu lassen.
• Noch effektiver ist es allerdings, das umhüllte Bauteil noch in der Form mit Druckluft zu umspülen.
• Bevorzugt kommt Druckluft zum Einsatz, in der nachfolgend anhand der 6 und 7 beschriebenen Art und Weise.
• Bevorzugt mit zeitlichem Vorlauf vor dem Öffnen der Formkavität, meist etwa nach ¾ der insgesamt benötigten Aushärtezeit, wird Druckluft zwischen die Oberfläche der Formkavität und eine zwischen ihr und dem zu umhüllenden Bauteil eingelegte Release-Folie 33 eingeleitet oder zwischen die Oberfläche der Formkavität und das zu umhüllende Bauteil.
• Diese Unterstützung durch Spaltbildung zeigen die 6 und 7.
• Im vorliegenden Beispiel wird eine Form verwendet, die, wie schon oben erläutert, aus einem hier nicht figürlich dargestellten Formkasten besteht, in den Formeinsätze 31 und 32 eingelegt sind. Der Einsatz 31 der oberseitige Einsatz und der Einsatz 32 ist der unterseitige Einsatz.
• Wie man gut erkennen kann, ist bei dem hier gezeigten Beispiel vor dem eigentlichen Spritzvorgang eine Release-Folie 33 zwischen den oberseitigen Einsatz und das zu umhüllende Bauteil 35 eingelegt worden.
• In den Formeinsätzen 31 und 32 sind Be- und Entlüftungsbohrungen 38 und 39 vorgesehen.
• Der Zustand unmittelbar vor dem Einleiten des Ausformens wird von der 6 gezeigt. Die Umhüllung ist hier fertig hergestellt worden und die Endpolymerisation ist abgeschlossen.
• Vor dem Aktivieren der mechanischen Auswerfer (soweit vorgesehen) wird durch die Be- und Entlüftungsbohrungen 38 und 39 Luft eingeblasen. Dadurch stellt sich der in 7 gezeigte Zustand ein. Im Bereich des oberseitigen Einsatzes entsteht ein Spalt zwischen der Release-Folie und dem oberseitigen Einsatz, genauer gesagt seiner die Formkavität begrenzenden Oberfläche und der Relase-Folie. Im Bereich des unterseitigen Einsatzes entsteht ein Spalt zwischen dem umhüllten Bauteil und dem unterseitigen Einsatz, genauer gesagt zwischen dem umhüllten Bauteil und seiner die Formkavität begrenzenden Oberfläche.
• Die auf diese Art und Weise gelöste Folie und/oder das auf diese Art und Weise gelöste, umhüllende Bauteil kann nun mit Unterstützung der hier nicht dargestellten Auswerfer im Wesentlichen oder vollständig kraftfrei erfolgen.
• DIE BESONDERE ART DER TEMPERATURFÜHRUNG
• Im Stand der Technik wird bei derartigen Anlagen das Temperaturprofil während des Spritzgießvorgangs konstant gehalten.
• Bei endvernetzenden Polymeren entsteht aber während des Polymerisationsprozesses (also während der sogenannten Aushärtung) eine nicht zu vernachlässigende exotherme Reaktion. Da diese Erwärmung innerhalb des Umhüllungsmaterials entsteht, das sich sozusagen als Wärmequelle darstellt, kann dies zu einer Schädigung der Bauteile, des Substrats oder der Lötstellen führen. Das spielt also gerade beim Umhüllen von elektronischen Bauteilen eine große Rolle.
• Um dieses Risiko zu reduzieren, ist erfindungsgemäß die Möglichkeit vorgesehen, die Formtemperatur bzw. die Temperatur in oder an der Formkavität verweilzeitabhängig so zu steuern, dass die Polymerisation gestartet wird. Die entsprechende, hohe Temperatur wird vorzugsweise in der Beschickungsstation AS1 und einer (AS2) oder zwei, selten noch weiteren nachfolgenden Arbeitsstationen eingestellt und gehalten.
• Anschließend wird die Formtemperatur bzw. die Temperatur an oder in der Formkavität in geeigneter Weise geändert, d. h. abgesenkt. Dieses findet zum Beispiel in den Arbeitsstationen AS3 bis AS8 statt. Zu diesem Zweck kann die Form mit Kühlkanälen versehen sein, die von Luft durchströmt werden, und kavitätsnah, d. h. nur mit wenigen Millimetern Abstand von der Innenoberfläche der Formkavität verlaufend, schnell abgesenkt werden.
• In ergänzender Weise kann die Pressluft, die in der oben beschriebenen Art und Weise unmittelbar vor der Eröffnung der Form eingeblasen wird, auch zur beschleunigten Kühlung des umhüllten Bauteils verwendet werden.
• Wie diese Temperaturabsenkung ablaufen kann, veranschaulicht die 8.
• DIE BESONDERE AUSFÜHRUNG DER MOLDBASES
• Grundsätzlich ist denkbar, dass die Systeme, die bereits als Zwei-, Drei- und Vierplattensysteme beschrieben sind, bereits mit ihren Platten die komplette Moldbase bilden. Der Plunger ist dann in die Platten integriert, so wie zuvor dargestellt.
• Allerdings ist es bevorzugt, dass die Moldbases immer die gleiche Gestalt haben, egal, wie das aktuell zu umhüllende Bauteil beschaffen ist.
• Um das zu gewährleisten kann vorzugsweise ein Formkasten zum Einsatz kommen, wie ihn die 17 zeigt. Ein solcher Formkasten zeichnet sich dadurch aus, dass in ihm das bereits beschriebene Zwei-, Drei- oder Vierplattensystem befestigt wird, vorzugsweise mit Hilfe von wie auch immer gearteten Hubspindeln oder Hubzylindern die die einzelnen Platten relativ zueinander angeben können. Der Plungerzylinder muss dann nicht länger integraler Bestandteil der besagten Platten sein, sondern kann als eigenständiger Zylinder gestaltet sein, der dem besagten Plattensystem über entsprechende Kanäle die Schmelze zuführt.
• An dieser Stelle sei angemerkt, dass das von 17 und den damit kommunizierenden 18 bis 21 Mehr- bzw. Vierplattensystem mit unterseitigem Gate besonders bevorzugt ist. Es funktioniert grundsätzlich so, wie schon beschrieben. Der entscheidende Punkt, für den auch unabhängig von dem konkreten, hier beschriebenen Ausführungsbeispiel Schutz beansprucht wird, ist die Zuführung der geschmolzenen Kunststoffmasse in die Formkavität von der Unterseite her bzw. das unterseitige Gate.
• Die unterseitige bzw. Zuführung ermöglicht eine Entlüftung bis kurz vor Befüllen über geöffnete Auswerfer. Sie macht ferner die räumliche Trennung von Gate und Entlüftungsöffnung (wichtig bei engen Kanälen) möglich. Die unterseitige Zuführung verursacht weniger Lufteinschlüsse in der Moldmasse bzw. zum Umhüllen oder Ausfüllen verwendeten Kunststoffmasse.
• Die Sequenz der 17 bis 20 zeigt die wesentlichen Prozessschritte einer Umhüllung eines Bauteils mit einem endvernetzenden Polymer.
• Nach dem Befüllen des Plungers mit den bereits oben beschriebenen Pellets oder dem Granulat oder der Flüssigkeit oder BMC wird die Baugruppe eingelegt und das Tool geschlossen.
• Nach dem Aufschmelzen des Moldmaterials wird dieses über das hier unterseitig, unterhalb der Formkavität liegende Runnersystem und die Gates in die zu befüllenden Kavitäten des Mehr- bzw. Vierplattensystems eingespritzt. Dies kann unterseitig oder in der Parting-Line erfolgen (wie oben schon definiert ist die Parting-Line die Trennebene zwischen zwei Platten des Formwerkzeuges bzw. der Moldbase).
• Die Kavität wird durch Venting Gates in der Parting-Line entlüftet.
• Es besteht aber auch die bevorzugte Möglichkeit durch Auswerfer im Obertool P1, die dann bis kurz vor der vollständigen Befüllung geöffnet sind, die Kavität unter Vakuum zu setzen. Dadurch werden die Reaktionsgase und die eingeschlossene Luft abgesaugt. Die Gefahr von Dieseleffekten oder ungefüllten Bereichen wird signifikant reduziert.
• Nach der Aushärtung des Kunststoffmaterials wird zwischen dem unterem Tool P2 und dem Degating Tool P3 ein Spalt erzeugt, der das Ende des Gate-Zapfens von der fertig umspritzten Baugruppe abreißt. Zugleich entsteht ein Spalt im unteren Moldtool P2 entlang des Gate-Zapfens. Hier kann Luft eingepresst werden, die zu einer Abkühlung des Bauteils führt. Zusätzlich kann die Ablösung des Bauteils und des erstarrten Runnermaterials von der Degating Platte P3 und der Runnerplatte P4 durch eingepresste Druckluft unmittelbar nach dem Degating forciert werden.
• Das integrierte Degating-Tool bietet den Vorteil, dass die fertig umspritzte Baugruppe während des Degatings vollflächig an der Kavität anliegt. Punktuelle Zug-, Torsions- und Drucklasten, wie sie bei Ejektorpins im 3-Platten-System möglich sind, treten nicht auf.
• Die Bruchstelle ist auf die dünnste Stelle im Gating-Zapfen beschränkt. Durch Optimierung der Gatekontur kann die Abrisszone innerhalb des Moldkörpers liegen.
• Dieses 4-Platten-System ist die bevorzugte Variante für Pellet & Granulat.
• Das Besagte lässt sich noch genauer beschreiben, wie folgt, wobei sich die nachfolgend genannten Bezugszeichen jeweils nur auf die 17 bis 20 beziehen.
• 17 zeigt, wie das Pellet 10, oder das Granulat, weniger bevorzugt Flüssigkeit oder BMC in den Molddruckzylinder 11 eingebracht wird. Dieser ist mit dem Runner Tool P4 (7) fest verbunden. Der Plunger 12 befindet sich im unteren Totpunkt.
• Die vorgespannte Feder 13 ist in einen Federblock im Plunger integriert.
• Durch Drehen der Spindelachse 32 mittels eines externen Antriebs wird der Plunger in der bereits oben beschriebenen Art und Weise gegen das eingelegte Moldmaterial 10 geschraubt.
• Die elektrisch beheizten Platten P3 und P4 führen in Verbindung mit dem Anpressdruck zum Aufschmelzen des Moldmaterials.
• Vorzugsweise ist die durch angehobene Auswerfer 20 bereits geöffnete Auswerferbohrung über den Entlüftungskanal 22 unter Vakuum gesetzt und saugt die freiwerdenden Reaktionsgase ab.
• Die Platten P1-P4 werden innerhalb des Formkastens über die in diesem laufenden Spindelachsen 26, 30 an das als Neutralplatte genutzte Degating Tool P3 (6) gepresst. Gesagt sei, dass der Einsatz von Spindelachsen, also linear wirkenden Pressorganen, generell sehr vorteilhaft sind, und daher generell zur Kraftbeaufschlagung von Zwei-, Drei- oder Vierplattensystem bei deren Einbau in einen Formkasten beansprucht werden.
• Wegen der Absaugung der Gase in den Runnern 9 und Hohlräumen 2 während der Befüllung entfällt der hohe Kompressionsdruck, der zur Komprimierung der eingeschlossenen Luft notwendig wäre.
• Die 18 zeigt, wie die obere Auswerferöffnung durch den abgesenkten Auswerfer 20 geschlossen und die Feder 13 maximal vorgespannt ist.
• Die 19 zeigt, wie das Obertool P1 (4) geringfügig angehoben ist. Durch Drehen der, ganz generell, unabhängig vom hier beschriebenen Ausführungsbeispiel besonders zweckmäßigen elliptischen Hub-Drehachse (28) wird ein Spalt zwischen dem Untertool P2 (5) und dem Degating Tool P3 (6) gebildet, der zu dem Abriss des Kunststoffmaterials im Bereich des Gates 8 führt. Da während des Aushärtens eine Schrumpfung des Kunststoffmaterials stattfindet, ist die Feder 13 nun etwas entspannt.
• Die 20 zeigt, wie das Obertool P1 (4) zur Entnahme angehoben und das Runner Tool P4 abgesenkt wird, soweit, dass das Bauteil 1 und die Runnerspinne 9 entnommen werden kann. Die ober- wie unterseitigen Auswerfer 20, 27 unterstützen die Entnahme.
• DIE SPEZIELLE BAUTEILERWÄRMUNG
• Bei der Innenbefüllung von Bauteilen, bei der das Kunststoffmaterial nur Hohlräume oder Kanäle innerhalb des Bauteils partiell oder vollständig auffüllt, stellt sich der Erwärmungsverlauf anders dar, als beim Umspritzen.
• Das durch die bereits beschriebenen Platten, vorzugsweise innerhalb des bereits beschriebenen Formkastens ausgebildete Werkzeug, das auch sost mit den beschriebenen Optionen ausgestattet sein kann, berührt das Bauteil mit seinen Platten nur an einer oder nur an den ober- wie unterseitigen Stirnseiten.
• An der seitlichen Mantelfläche ist kein Kontakt möglich, da ein seitlicher Spalt zur Kompensation der Fertigungs- und Handlingstoleranzen des Bauteils erforderlich ist.
• Die Energie zur Erwärmung des Bauteils fließt also nur über die beiden Stirnseiten in das Bauteil. Die Strahlungswärme der seitlichen Halbschalen auf das Bauteil ist vernachlässigbar. Sie kompensiert nur die an der Mantelfläche abgestrahlte Wärme. Folglich erwärmen sich die Mantelfläche und die dahinterliegenden Hohlräume deutlich langsamer. Von der Stirnseite ausgehend fällt die Temperatur zur Mitte hin ab. Bis eine konstante Temperatur im gesamten Bauteil erreicht ist, ist zusätzliche Prozesszeit erforderlich, was die Zykluszeit unerwünscht verlängert.
• Insbesondere ist bei massiven metallischen Bauteilen eine deutliche Verzögerung bis zur Erwärmung zu verzeichnen.
• Im ungünstigsten Fall ist das Kunststoffmaterial bereits in der Gelierphase, während das Bauteil sich noch in der Erwärmungsphase befindet. Dies hätte sehr negative Auswirkungen auf die Moldqualität.
• Um dem abzuhelfen sind die Vorwärmung des Bauteils in einem separaten Vorwärmofen und/oder das zeitlich verzögerte Einlegen des zum Um- oder Ausspritzen verwendeten Kunststoffmaterials in den Plunger bekannt. Letzteres erhöht die Zykluszeit deutlich.
• Erschwerend bei der Halbschalenlösung kommt hinzu, dass die Öffnungsweite ca. das 2,5fache der Bauteilhöhe betragen muss. Bei hohen Bauteilen sind dann Standardanlagen nicht verwendbar.
• Hier stellt das Konzept der separaten Mantelerwärmung eine Lösungsmöglichkeit dar.
• Das Bauteil wird in bekannter Weise an den oberseitigen- und unterseitigen Stirnflächen geklemmt und von dort aus in bekannter Weise erwärmt. Diese sind aber nicht als Halbschalen ausgebildet, sondern im Wesentlichen plan/eben ausgeführt. In den Freiraum zwischen den Platten wird eine zusätzliche Mantelerwärmung angebracht. Diese erwärmt die Mantelzone des Werkstücks und die dahinter liegenden Hohlräume. So wird erreicht, dass während des Aufschmelzens des Moldmaterials das gesamte Bauteil die geforderte Moldtemperatur erreicht.
• Wie das im Einzelnen praktiziert wird beschreibt die 21.
• Für die 21 gilt das zuvor im Zusammenhang mit den 17 bis 20 gesagte sinngemäß, denn der eigentliche Verarbeitungsvorgang und die hierzu verwendete, vorzugsweise mit Hilfe eines Formkastens aufgebaute Moldbase sind prinzipiell gleich.
• Der Unterschied liegt darin, dass hier das Werkstück zwischen den Platten aufgenommen wird die seine beiden offenen Stirnseiten abdichten und so das Ausspritzen ermöglichen.
• Die Platten sind hier aber nicht als Halbschalen ausgebildet, sondern bevorzugt im Wesentlichen plan/eben ausgeführt.
• So kommt ein Freiraum am Umfang des Werkstücks innerhalb des Formkastens zustande. In den Freiraum zwischen den Platten wird eine zusätzliche Mantelerwärmung angebracht, hier in Gestalt der im Regelfall aus zwei Halbschalen bzw. mehreren Schalen bestehenden Manschette 3, die den Umfang des Werkstücks umgreift und bevorzugt gegen die Umfangsoberfläche des Werkstücks anliegt. Hierdurch werden die Mantelzone und die dahinter liegenden Hohlräume erwärmt. So wird erreicht, dass das gesamte Bauteil im Wesentlichen synchron mit dem Aufschmelzen des Kunststoffmaterials die für das Ausspritzen benötigte, im Wesentlichen überall gleiche Temperatur erreicht.
• Die Halbschalen der Manschette 3 werden an einer hier nicht näher gezeigten Kulisse gehalten. Diese ermöglicht es die Schalen nach dem Einladen des Werkstücks und dessen Festklemmen zwischen den Platten am Umfang des Werkstücks in Position zu bringen und das Werkstück nach erfolgter Erwärmung oder spätestens unmittelbar vor seinem Ausladen umfangsseitig wieder freizugeben. Dabei ist es idealerweise so, dass die Manschette bzw. ihre Bestandteile am Ende des Zyklus seitlich verschoben werden, sodass das Bauteil für die Entnahme freigestellt ist. Die geforderte Öffnungsweite des Moldtools ist hier durch die Bauteilhöhe zuzüglich eines Handlingzuschlags definiert, wird also durch die Manschette nicht weiter erhöht.
• Die Innen-Kontur der Manschette ist identisch zur Außenkontur des Werkstücks, um einen gleichmäßigen und guten Wärmeübergang zu erreichen. Der Wärmefluss von der Manschette in den Bauteilmantel kann durch Gestaltung der Heizzonen höhenabhängig gestaltet werden. Während der Erwärmungs- und Prozessphase wird die Manschette an die Umfangsoberfläche des Werkstücks angedrückt.
• Für die Erzeugung der Wärme sind verschiedene physikalische Verfahren geeignet. Die Wärme kann in der Manschette erzeugt werden indem diese bestromt wird und dann ohm'sche Wärme in ihm erzeugt wird oder indem die Manschette als Peltierelement betrieben wird. Auch eine fluidische Beheizung ist denkbar. Die 22 und 23 zeigen eine solche Manschette. Gut zu erkennen ist hier das Werkstück 6, dessen offene Stirnseiten von den Platten 1 und 2 verschlossen und abgedichtet werden. Die mehrteilige Manschette trägt hier die Bezugsiffer 7. Sie wird durch die Tragarme 8 an der besagten Kulisse verfahrbar gehalten. Man sieht, wie die Manschette gegen die Umfangsoberfläche des Werkstücks anliegt.
• Alternativ bietet sich die elektromagnetische Induktionserwärmung an.
• Hier strahlen die entsprechend versorgten Schalen der Manschette elektromagnetische Energie an das elektrisch leitende Werkstück 6 ab, in dem daraufhin Wirbelströme induziert werden, deren ohm'sche Verluste das Werkstück aufheizen. Die Schalen liegen dabei bevorzugt nicht unmittelbar an der Umfangsoberfläche des Werkstücks an. Dieses Verfahren wird typischerweise zur Metallerwärmung eingesetzt und bietet sich auch für diese Applikation an. Illustriert wird es durch die 24 und 25.
• Einen weiteren, bevorzugten Sonderfall zeigt die 26. In diesem Fall ist die Manschette als in Umfangsrichtung in sich geschlossener Ring ausgebildet, der sich aber nicht über die gesamte Höhe des Werkstücks erstreckt. Der so gestaltete Ring kann über vertikale Schlitten auf- und ab bewegt werden. Die Bewegungsgeschwindigkeit und die Leistung kann über die Höhenposition gesteuert werden. So erzielt man einen variablen Wärmefluss für die ortsabhängige Erwärmung der Mantelfläche. Hierdurch gelingt eine besonders gleichmäßige Erwärmung, da die verstärke Beheizung des Werkstücks durch die ihm über seine Stirnflächen aus den Platten zufließende Wärme leicht berücksichtigt und kompensiert werden kann.
• Generell gilt für alle aber ganz besonders für die letztgenannte Manschette dass die Temperatur der Mantelfläche gemessen wird und der Wärmefluss lokal angepasst wird. Es sind auch über Simulationen und/oder Messungen gewonnene Energieprofile applizierbar.
• In der Regel bedeutet dies, dass der zusätzliche Wärmefluss über die Manschette in der Mitte der Mantelfläche höher sein muss.
• VERSCHIEDENES / GENERELLES
• Auch unabhängig von oder in Kombination mit den bereits aufgestellten Ansprüchen und/oder Merkmalen aus der obigen Beschreibung wird Schutz beansprucht für Folgendes:
• [Liste, Absatz 1] Verfahren zum Umhüllen von elektrischen oder mechanischen Bauteilen mit einem endvernetzenden Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllungsschritte in wenigstens drei, räumlich getrennte Stationen aufgeteilt werden und dass diese in diesen Stationen in vorgegebener Reihenfolge bearbeitet werden.
• Verfahren nach Absatz 1 dieser Liste, dadurch gekennzeichnet, dass die Moldbases baugleich ausgeführt und die unterschiedlichen Arbeitsstationen den Prozessschritten entsprechend gestaltet werden.
• Verfahren nach mindestens einem Absatz 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Moldbases so bemessen ist, dass die gesamte Aushärtedauer die Materialspezifikation erfüllt und keine wesentliche Wartezeit an den Einlege- und Entnahmestationen entsteht.
• Verfahren nach mindestens einem Absatz 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Moldbases über ein automatisiertes System von Station zu Station bewegt und kontaktiert werden.
• Verfahren nach mindestens einem Absatz 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Molddruck/Nachdruck durch ein vorgespanntes Federsystem und ein Steilsystem vorgegeben wird.
• Verfahren nach mindestens einem Absatz 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsystem für den Molddruck/Nachdruck durch einen selbstarretierenden Gewindespindelantrieb dargestellt wird.
• Verfahren nach Absatz 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung über mindestens zwei, rechtwinklig zueinander stehenden konischen Flächen erfolgt, wobei die Lage der einen die Vorspannkraft festlegt und die andere die Arretierung bewirkt. Das Steilsystem wird in bekannter Weise durch mechanische Antriebssysteme dargestellt.
• Anspruch nach mindestens einem Absatz 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Entformen die Klemmkraft an der Moldbase reduziert wird und in bevorzugter Weise ober- wie unterseitig Druckluft zwischen Tool und Folie oder gemoldetem Bauteil eingeleitet wird.
• Anspruch nach mindestens einem Absatz 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Moldtools während des Aushärtevorganges gemäß einem vorgegebenen Profil verläuft.
• Anspruch nach mindestens einem Absatz 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturabsenkung durch zusätzliche Luftströmung im Moldtool erzielt wird.
• Anspruch nach Absatz 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation zwischen Moldbase und Zentralsystem und Arbeitsstation über Transponder und/oder WIFI Systeme erfolgt.
• Anspruch nach mindestens einem Absatz 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der Moldbases durch ein Stützsystem getragen wird und dass die Arme des Drehsystems im Wesentlichen nur der Drehbewegung dienen.
• Anspruch nach mindestens einem Absatz 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Moldbases an den Bearbeitungsstationen über Zentrierbolzen ausgerichtet werden.
• Anspruch nach mindestens einem Absatz 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch empfindlichen Komponenten der Moldbase thermisch isoliert angebracht werden.
• Erwähnte Schritte des soeben oder in den bereits aufgestellten Ansprüchen des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, was bevorzugt ist. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
• Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
• Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindestens eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierenden Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mitabgedeckt zu verstehen.
• Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschrieben und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mitabgedeckt zu verstehen.
• Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als Verzicht auf die Erzielung eines selbstständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
• Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
• Bezugszeichenliste

1

Zentralachse

2

Schleifringsystem

3

Antrieb, drehend

4

Antriebsachse

5

Ausleger

6

Elektronik

7

Stützsystem der Arbeitsstationen

8

Schiene

9

Kufen oder Rollen

10

Aggregate einer Arbeitsstation

11

Kupplungssystem einer Arbeitsstation zur Moldbase

12

Aushebevorrichtung

13

Zentriersystem vertikal

14

Moldbase

15

Kolben des Plungers

16

Zylinder des Plungers

17

Achslager

18

Federgegenplatte

19

Federvorspannrahmen

20

Federsystem

21

Spindeldrehachse

22

Widerlager des Schraubspindeltriebs

23

Dreh-Kupplung zum dem Schraubspindeltrieb an der Schnittstelle zwischen Moldbase und Arbeitsstation

24

Drehachse des Spindeldrehantriebs

25

Spindeldrehantrieb

26

Haltekeil

27

Blockierkeil

28

Zug- und Druckkraft-Kupplung an der Schnittstelle zwischen Moldbase und Arbeitsstationen

29

Aktor für Zug-und Druckkraft

30

Aktor zum Antrieb des Blockierkeils

31

Oberer Formeinsatz

32

Unterer Formeinsatz

33

Release-Folie

34

Umhüllung

35

zu umhüllendes Werkstück, hier in Gestalt eines Substrats für eine elektrische Verdrahtung

36

Umhüllung

38

Be- und Entlüftungsbohrungen

39

Be- und Entlüftungsbohrung für die Release-Folie

40

Spalt zwischen der Release-Folie und dem oberen Formeinsatz

41

Spalt zwischen dem umhüllten Bauteil und dem unteren Formeinsatz

42

Druckluft

43

Dichtung

44

Aufschmelzzone

45

Heizlamellen

45

Untertool, Zwei-Plattensystem

46

Obertool Zwei-Plattensystem

47

Untere Kavität

48

Obere Kavität

49

Rückflusssperre

50

Injektortrichter

51

Runnereinlass

52

Runnerkavität

53

Gate Topside

54

Unteres Tool, Drei-Plattensystem

55

Mittleres Tool, Drei-Plattensystem

56

Oberes Tool, Drei-Plattensystem

57

Gate-Parting-Line

58

Pellet

59

Granulat

60

Baugruppe

61

Underfiller-Kavität

62

Unteres Tool, Vier-Plattensystem

63

Mittleres Tool, Vier-Plattensystem

64

Degating Tool, Vier-Plattensystem

65

Oberes Tool, Vier-Plattensystem

AS1

Beschickungsstation

AS2 bis AS7

Aushärtestation

AS8

Entladestation

V

Vorrichtung

Claims (27)

1. Verfahren zum vollständigen oder teilweisen Umhüllen von Bauteilen mit einem endvernetzenden Polymer durch Einbringen jedes desselben in eine Form, in die das jeweils zu umhüllende Bauteil eingelegt ist, oder zum Ausfüllen von Bauteilen durch Einbringen jedes desselben in eine Form, in die das jeweils zu umhüllende Bauteil eingelegt und dort eine auszuspritzende Kavität abbildet dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mithilfe einer Mehrzahl von Formen, in die jeweils ein zu umhüllendes Bauteil oder auszufüllendes Bauteil eingelegt ist und das endvernetzende Polymer eingebracht wird, schrittweise getaktet durchgeführt wird, wobei die Formen zwischen einer Beschickungsstation und einer Entladestation zirkulieren, wobei während jedes Taktes in der Beschickungsstation eine Form beschickt und in der Entladestation gleichzeitig eine Form entladen wird, und mehrere Takte ausgeführt werden, bevor eine Form nach ihrem Verlassen der Beschickungsstation in der Entladestation eintrifft und entladen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kavität in der jeweiligen Form, in die das zu umhüllende oder auszufüllende Bauteil eingelegt ist, über mehrere räumlich voneinander getrennte Kanäle, die an unterschiedlichen Stellen in die Kavität münden, mit dem endvernetzenden Polymer gefüllt wird.
3. Vorrichtung zur vollständigen oder teilweisen Umhüllen oder Ausfüllen von Bauteilen mit einem endvernetzenden Polymer unter Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens drei oder mehreren teilbaren Formen, die jeweils eine Formkavität ausbilden, in die das zu umhüllende Bauteil eingelegt oder einen Zwischenraum bilden in den das auszufüllende Bauteil eingebracht wird und anschließend das zum Umhüllen oder Ausfüllen eingesetzte endvernetzende Polymer hineingedrückt und, im Falle des Umhüllens, geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Beschickungsstation zum Beschicken einer Form mit dem endvernetzenden Polymer aufweist, und eine davon getrennte Entladestation zum Entnahme des fertigen Bauteils aus der Form, ein Fördersystem und eine Aushärtestrecke, über die hinweg eine vollständig beschickte Form von dem Fördersystem von der Beschickungsstation (AS1) in die Endladestation (AS8) verbracht wird, wobei die Aushärtestrecke so bemessen ist, dass das zur vollständigen oder teilweisen Umhüllung eingesetzte Polymer seine Polymerisationsreaktion soweit beendet hat, dass das jeweilige Bauteil aus der Form entnommen werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formen auf ihrem Weg zwischen der Beschickungsstation (AS1) und der Entladestation (AS8) von der Versorgung für den Nachdruck der Anlage abgekoppelt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formen jeweils einen ihnen eigenen Druckspeicher besitzen, der auch dann einen bestimmten, im Wesentlichen konstanten Nachdruck auf das endvernetzende Polymer in der Formkavität aufrecht erhält, wenn die Form von der Druckversorgung der Anlage abgekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher einen Kolben umfasst, der innerhalb eines Zylinders bewegbar ist, der in der Form selbst ausgeführt ist, vorzugsweise integral, wobei die Kolbenstange vorzugsweise nach außen aus der Form herausragt und idealerweise auch der Federspeicher innerhalb der Form angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher ein vorgespannter Federspeicher ist, der vorzugsweise mehrere Stahlfedern umfasst und/oder dass der Druckspeicher und idealerweise auch der Plungerzylinder und der Plungerkolben in die Form eingebaut sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicher durch den beim Beschicken der Form mit dem endvernetzenden Polymer aufgebrachten Druck gespannt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung, die der Druckspeicher vor dem Beschicken der Formkavität aufweist, dadurch eingestellt werden kann, dass die Form in der Beschickungsstation an einen Spindeltrieb oder einen Keiltrieb angekoppelt ist, der die Position der Basisplatte verstellt, gegen die sich das oder die Federelemente des Druckspeichers abstützen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördersystem ein Karussell ist, das vorzugsweise aus mehreren Auslegern besteht, die um eine gemeinsame Zentralachse drehen und die Formen schrittweise von der Beschickungsstation bis in die Endladestation transportieren.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Form ein eigenständiges Steuerungssystem zugeordnet ist, dessen Energieversorgung vorzugsweise über Schleifringe erfolgt und dessen Kommunikation mit der zentralen Anlagensteuerung der Vorrichtung vorzugsweise über ein Transponder- oder WIFI-System erfolgt, wobei das eigenständige Steuerungssystem jeder Form vorzugsweise an dem besagten Ausleger von der Form beabstandet angebracht ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückflusssperre in die Form integriert ist, die in ihrem geschlossenen Zustand ein Entweichen des Kunststoffmaterials aus deren Runner verhindert.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kavität in der Form und oder dem auszufüllenden Bauteil über mindestens zwei getrennte Zuführkanäle gespeist wird, die räumlich getrennt voneinander in die besagte Kavität münden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Form drei geschichtete Platten umfasst, die so gestaltet sind, dass die mindestens eine Formkavität nicht nur über die Parting-Line befüllt werden kann, sondern unabhängig davon zusätzlich topseitig.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Form ein Degating-Tool umfasst, das einen Spalt erzeugt, der das Ende des Gate-Zapfens von der gemoldeten Baugruppe abreißt und/oder dass die Form so gestaltet ist, dass bei Aktivierung des Degating-Tool ein Spalt im mittleren Moldtool (Form) entlang des Gate-Zapfens entsteht, in den zwischen den beiden Tools und entlang des Moldzapfens Druckluft eingepresst werden kann, welche im ersten Schritt eine Ablösung der Baugruppe vom Moldtool bewirkt und nachfolgend einen Spalt zwischen dem Moldtool und der Baugruppe bildet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in die Form ein Heizelement integriert ist, das die Temperatur der in Richtung der Formkavität mit dem in die eingelegten Substrat strömenden Kunststoffmasse erhöht, noch bevor diese die Formkavität erreicht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus mindestens einem, besser mehreren in Fließrichtung parallelen Kanälen besteht, deren unmittelbar beheizter Bereich in Fließrichtung vorzugsweise einen durchströmbaren Querschnitt aufweist, der sich verengt, idealerweise linear.
18. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, das Gate, über das die flüssige Kunststoffmasse der Kavität oder dem auszufüllenden Bauteil zugeführt wird, in betriebsfertiger Position unterhalb der besagten Kavität liegt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 18, zum Ausfüllen von Bauteilen dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in sich eine auszufüllende Kavität ausbildet und an mindestens einer Stirnseite besser an beiden Stirnseiten durch eine Platte abgedichtet wird wobei zumindest über eine Platte, vorzugsweise über die unterseitige, Kunststoffmasse eingebracht werden kann, wobei das auszufüllende Bauteil und die es abdichtenden und mit Kunststoffmasse versorgenden Platten vorzugsweise in einem Formkasten untergebracht sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine zum Heizen ausgebildete Manschette aufweist, die das das Bauteil im Bereich zwischen den es haltenden Platten umgreift und vor dem Einbringen der Kunststoffmasse in das Bauteil aufheizt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette vorzugsweise ohm'sch oder fluidisch beheizt ist und das Bauteil kontaktiert um ihm Wärme zuzuleiten.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette in dem Bauteil Wirbelströme induziert, die das Bauteil aufheizen.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dass die Manschette so ausgebildet ist, dass der Bereich der Mitte des Werkstücks stärker beheizt wird als der Bereich der Stirnseiten des Werkstücks mit dem dieses gegen die Platten anliegt, vorzugsweise weil im Bereich der Mitte der Manschette die Wärmeproduktion und/oder die Wärmeleitung oder die Induktionsleistung höher ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette in Höhenrichtung eine kleinere Erstreckung aufweist als das Bauteil und an einer Vorrichtung gehalten wird, die es in Höhenrichtung an dem Bauteil hin und her verfahren kann um Bereiche des Bauteils selektiv zu beheizen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette mehrteilig ist und derart gelagert ist, dass sie in eine Freistellung verbracht werden kann, die eine Entnahme des Bauteils und eine anschließende Neubeschickung erlaubt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei, besser drei oder mehr eine Form zur Abbildung der herzustellenden Kunststoffummantelung oder Ausfüllung bildende Platten in einen Formkasten eingebaut sind und zusammen mit diesem eine Moldbase bilden, wobei vorzugsweise zumindest ein Teil der Platten an Spindelachsen bzw. vergleichbar wirkenden Pressorganen an dem Formkasten relativ beweglich zu diesem gehalten sind und idealerweise in der Platten, bevorzugt die mit dem Plunger fluidisch in Verbindung stehende, ein fester bzw. integraler Bestandteil des Formkastens ist.
27. Baukastensystem zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem 2-, 3- oder 4-Plattensystem zur Erstellung einer Moldbase, einem ein- oder mehrstufigen Auswerfersystem und einem Beschickungssystem zum Einbringen der zum Umspritzen verwendeten Kunststoffmasse nach Art des sog. Injektionsmoldens durch Einspritzen des Kunststoffmaterials von außen in die Form und weiter durch Kanäle in die Formkavität, oder nach Art des Transfermoldens durch Einlegen der zum Umspritzen verwendeten Kunststoffmasse im festen oder nicht vollständig fließfähigen Zustand in einen Plungerzylinder in der Form und von dort weiter im fließfähigen Zustand durch Kanäle in die Formkavität oder nach Art des Kompessionsmoldens, bei dem die zum Umspritzen verwendete Kunststoffmasse im festen oder nicht vollständig fließfähigen Zustand direkt in die Formkavität eingelegt wird.

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