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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines zumindest teilweise faserverstärkten Spritzgussbauteils, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, aufweisend wenigstens eine Spritzgussformhälfte. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines zumindest teilweise faserverstärkten Spritzgussbauteils, insbesondere Fahrzeugbauteils, unter Verwendung einer zumindest zweiteiligen Spritzgussform.
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Spritzgussbauteile finden vielfältige Verwendung in verschiedenen technischen Bereichen. Beispielsweise werden im Fahrzeugbau Spritzgussteile eingesetzt, da diese in der Regel leichtgewichtiger als entsprechende Bauteile aus Metall sind. Jedoch kann es erforderlich sein, ein Spritzgussteil zu verstärken, damit das Spritzgussbauteil den mechanischen Belastungen während seines bestimmungsgemäßen Einsatzes standhalten kann. Hierzu ist es bekannt, das Spritzgussbauteil aus einem Verstärkungsfasern enthaltenen Spritzgusswerkstoff herzustellen. Auch ist es bekannt, ein Spritzgussbauteil lokal mit einem Verstärkungselement zu verstärken, das beispielsweise selbst aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Das Verstärkungselement kann beispielsweise als faserverstärktes Kunststoffband ausgebildet sein. Es sind Anwendungsfälle bekannt, bei denen ein solches Verstärkungselement während der Herstellung eines Spritzgussbauteils mit einem Spritzgusswerkstoff überspritz bzw. zumindest teilweise umspritzt wird.
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Die größte Herausforderung bei der Verwendung eines Verstärkungselements in Form eines faserverstärkten Kunststoffbands, auch Tape genannt, in Großserienanwendungen ist bei dem Herstellungsprozess von Spritzgussbauteilen gegeben. Das Anordnen eines Tapes in einer Spritzgussform kann dabei sehr zeitintensiv sein. Hierbei muss ein Roboter oder ein Arbeiter das dünne Tape in der Spritzgussform anordnen, bevor der Spritzgießprozess gestartet werden kann. Dies führt zu einem ineffektiven Herstellungsprozess, insbesondere aufgrund der manuellen Prozesshandlungen und dem Risiko, dass die erforderlichen Positionierungstoleranzen nicht erreicht werden. Die Verwendung eines Roboters statt eines Arbeiters ist effektiver bezüglich des Timings und der Genauigkeit, ist aber kostenintensiver und benötigt mehr Raum.
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Die
US 7 374 710 B2 offenbart eine Formanordnung mit einer Formkavität. Ein Einsatz wird vor dem Einspritzen eines Spritzgusswerkstoffs in die Formkavität und nach dem Beginn eines Formschließvorgangs der Formanordnung in die Formkavität eingeführt.
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Die
US 2007/0194489 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen eines Spritzgussprodukts, aufweisend eine bewegbare Form mit einem Paar beweglichen Seitenkavitäten und Seitenangussbohrungen, die in Bezug auf eine Achse symmetrisch ausgebildet sind. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine feststehende Form mit einer feststehenden primären Kavität und einer feststehenden sekundären Kavität auf. Zudem weist die Vorrichtung primäre und sekundäre Spritzgussinjektionseinheiten und eine Dekorfilmträgereinheit auf, die an der feststehenden Form angeordnet sind.
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Die
WO 2014/076061 A1 offenbart ein Formwerkzeug für den Spritzguss eines Spritzgussformteiles mithilfe von zumindest einem faserlosen, geschäumten, oder kurz- oder langfaserverstärkten Kunststoff. Das Formwerkzeug weist zumindest zwei Formwerkzeugteile auf, die relativ zueinander von einer Schließposition, in der sie einen Gusshohlraum für das Spritzgussformteil begrenzen, in eine Öffnungsposition zur Entnahme des Spritzgussformteiles bewegbar sind. Eine Begrenzungsfläche des Gusshohlraumes in der Schließposition bildet eine negative Kontur des Spritzgussformteiles. Es ist ein in Schließposition der zumindest zwei Formwerkzeugteile in Richtung des Gusshohlraumes bewegbarer Formmassenaufnehmer vorgesehen, der eine dem Gusshohlraum zugewandte Aufnehmerfläche aufweist, die in einer ersten Position des Formmassenaufnehmers eine Aussparung zur Aufnahme eines endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffes bildet und in einer zweiten Position des Formmassenaufnehmers einen Abschnitt der Begrenzungsfläche des Gusshohlraumes bildet. Der Formmassenaufnehmer ist unabhängig von den zumindest zwei Formwerkzeugteilen beheizbar.
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Die
US 2005/0258559 A1 offenbart ein Thermoformverfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung in einer Spritzgießmaschine zum gleichzeitigen Durchführen der vielfältigen Funktionen des Formens, Schneidens und Formens von tiefgezogenen spritzgegossenen Teilen. Die Thermoformvorrichtung weist ein Formwerkzeug mit einer Formeranordnung auf einer Seite davon und einer Heizanordnung auf der gegenüberliegenden Seite davon zum Thermoformen eines bedruckten Substrats auf. Die Formeranordnung weist eine Formungsform auf, die mit einer Vakuumquelle verbunden ist und in einem Druckbehälter untergebracht ist. Die Heizanordnung enthält Heizelemente zum schnellen Ein-/Ausschalten des Heizens des Substrats, einen Temperatursensor zum kontinuierlichen Überwachen der Temperatur des Substrats während des Heizens, einen Druckbehälter, der mit einer Druckquelle gekoppelt ist, und ein Kühlgefäß. Die Formeranordnung und die Heizanordnung kommen zusammen, um ein Substrat dazwischen in Eingriff zu bringen.
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Die
US 6 207 090 B1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines mit Folie bedeckten Artikels. Eine bewegliche Presse mit einer ersten und einer zweiten Formoberfläche wird in eine offene Position bewegt. Die erste Formoberfläche hat eine Dichtoberfläche und die zweite Formoberfläche hat eine Schneidoberfläche. Ein dünner flexibler Film mit einem Abfallabschnitt ist zwischen der ersten und der zweiten Formoberfläche angeordnet. Der Abfallabschnitt ist zwischen den Dichtungs- und Schneidflächen positioniert und wirkt als eine Abdichtung zwischen den Formhälften. Die Presse wird in die geschlossene Position gebracht. Die Schneidfläche berührt den Film und schneidet den Abfallabschnitt teilweise entlang eines Umfangs des Films. Der Abfallabschnitt verbleibt zwischen der Schneid- und der Dichtfläche und dichtet den Raum zwischen der ersten und der zweiten Formfläche ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines zumindest teilweise faserverstärkten Spritzgussbauteils, insbesondere hinsichtlich einer Herstellungskostenreduzierung, zu optimieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, aufweisend:
- Wenigstens zwei an der Spritzgussformhälfte angeordnete, zu einem Kavitätsteil der Spritzgussformhälfte teilweise offen ausgebildete, voneinander getrennte Aufnahmekammern;
- wenigstens zwei an der Spritzgussformhälfte angeordnete, in jeweils eine eigene Aufnahmekammer mündende Zuführkanäle, über die die Aufnahmekammern kommunizierend mit einer Umgebung der Spritzgussformhälfte verbunden sind;
- wenigstens eine Zuführeinrichtung zum Einführen eines Bandabschnitts eines faserverstärkten Kunststoffbands von außerhalb der Spritzgussformhälfte über den jeweiligen Zuführkanal in die jeweilige Aufnahmekammer, wobei die Zuführeinrichtung
- wenigstens eine wahlweise mit einem der Zuführkanäle verbindbare, feststehende Kopplungseinheit aufweist, wobei die Kopplungseinheit wenigstens ein Klemmmittel zum Einklemmen eines in der Kopplungseinheit befindlichen Kunststoffbandabschnitts aufweist;
- wenigstens eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Spritzgussformhälfte derart relativ zu der Kopplungseinheit, dass die Kopplungseinheit wahlweise mit einem der Zuführkanäle verbindbar ist;
- pro Aufnahmekammer wenigstens eine in einem näher an dem jeweiligen Zuführkanal angeordneten Anfangsbereich der jeweiligen Aufnahmekammer angeordnete erste Klemmeinrichtung und wenigstens eine in einem bezogen auf den Anfangsbereich entfernter zu dem jeweiligen Zuführkanal angeordneten Endbereich der jeweiligen Aufnahmekammer angeordnete zweite Klemmeinrichtung, mit denen der in die Aufnahmekammer eingeführte Bandabschnitt bereichsweise einklemmbar ist;
- und pro Aufnahmekammer wenigstens eine in dem jeweiligen Anfangsbereich angeordnete erste Trenneinrichtung und wenigstens eine in dem jeweiligen Endbereich angeordnete zweite Trenneinrichtung, zwischen denen die Klemmeinrichtungen angeordnet sind und mit denen ein zwischen ihnen befindlicher Zwischenabschnitt des Bandabschnitts von dem übrigen Bandabschnitt abtrennbar ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Erfindungsgemäß kann zunächst der einen Teil des Spritzgussbauteils bildende Zwischenabschnitt des Bandabschnitts des faserverstärkten Kunststoffbands vor der Durchführung des Spritzgießens mittels der Zuführeinrichtung automatisiert und positionsgenau in die Aufnahmekammer an der Spritzgussformhälfte eingeführt, dort mittels der Klemmeinrichtungen eingeklemmt und mittels der Trenneinrichtungen von dem übrigen Kunststoffband abgetrennt werden, wenn die Kopplungseinheit eingangsseitig mit dem Zuführkanal verbunden ist. Durch das Einklemmen des in die Aufnahmekammer eingeführten Bandabschnitts kann der Bandabschnitt sicher in der eingenommenen Position gehalten werden. Durch das Einklemmen des Bandabschnitts kann zudem sichergestellt werden, dass die geschlossene Spritzgussform auch im Bereich der erfindungsgemäßen Spritzgussformhälfte bzw. der Aufnahmekammer abgedichtet ist, um das nachfolgende Spritzgießen durchführen zu können. Zum Einführen des Kunststoffbands in die Aufnahmekammer sind somit keine manuellen Handhabungen des Kunststoffbands erforderlich, was die Genauigkeit, die Schnelligkeit und die Reproduzierbarkeit der Positionierung des Bandabschnitts in der Aufnahmekammer verbessert.
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Nach dem Abtrennen des Bandabschnitts von dem übrigen Kunststoffband kann die Zuführeinrichtung den in der Spritzgussformhälfte noch befindlichen Teil des Kunststoffbands aus der Spritzgussformhälfte herausziehen. Anschließend kann ein freier Endabschnitt des Kunststoffbands, der sich in der Kopplungseinheit befindet, mit dem Klemmmittel der Kopplungseinheit eingeklemmt werden. Hierdurch wird nach einem Lösen der Verbindung zwischen der Kopplungseinheit und dem Zuführkanal bzw. einem daran angrenzenden Abschnitt der Spritzgussformhälfte und während der Änderung der Stellung der Spritzgussformhälfte im Raum relativ zu der Kopplungseinheit verhindert, dass der freie Endabschnitt des Kunststoffbands gewissermaßen verloren geht bzw. nicht mehr von der Vorrichtung kontrolliert wird. Dies würde ein manuelles Eingreifen erfordern, um den freien Endabschnitt des Kunststoffbands nach der Änderung der Stellung der Spritzgussformhälfte im Raum relativ zu der Kopplungseinheit in den weiteren Zuführkanal einzufädeln. Durch das Einklemmen bzw. Festhalten des freien Endabschnitts des Kunststoffbands mittels der Kopplungseinheit ist ein solches manuelles Eingreifen überflüssig, was die Herstellung des Spritzgussbauteils beschleunigt.
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Nach dem Herausziehen des freien Endabschnitts des Kunststoffbands mittels der Zuführeinrichtung aus der Spritzgussformhälfte und dem Einklemmen des freien Endabschnitts mittels des Klemmmittels der Kopplungseinheit kann die Spritzgussformhälfte mittels der Bewegungseinrichtung in eine andere Stellung im Raum relativ zu der Kopplungseinheit gebracht werden, beispielsweise gedreht werden, um die Kopplungseinheit mit dem weiteren Zuführkanal bzw. einem diesen umgebenden Abschnitt der Spritzgussformhälfte zu verbinden.
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Anschließend kann das Klemmmittel der Kopplungseinheit gelöst und der weitere Bandabschnitt des Kunststoffbands über den weiteren Zuführkanal in die weitere Aufnahmekammer eingeführt, dort mittels der weiteren Klemmeinrichtungen eingeklemmt und mittels der weiteren Trenneinrichtungen von dem übrigen Kunststoffband abgetrennt werden. Durch das Einklemmen des in die weitere Aufnahmekammer eingeführten weiteren Bandabschnitts kann der weitere Bandabschnitt sicher in der eingenommenen Position gehalten werden. Durch das Einklemmen des weiteren Bandabschnitts kann zudem sichergestellt werden, dass die geschlossene Spritzgussform auch im Bereich der erfindungsgemäßen Spritzgussformhälfte bzw. der weiteren Aufnahmekammer abgedichtet ist, um das nachfolgende Spritzgießen durchführen zu können. Zum Einführen des Kunststoffbands in die weitere Aufnahmekammer sind somit ebenfalls keine manuellen Handhabungen des Kunststoffbands erforderlich, was die Genauigkeit, die Schnelligkeit und die Reproduzierbarkeit der Positionierung des weiteren Bandabschnitts in der weiteren Aufnahmekammer verbessert.
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Nach dem Abtrennen des weiteren Bandabschnitts von dem übrigen Kunststoffband kann die Zuführeinrichtung den in der Spritzgussformhälfte noch befindlichen Teil des Kunststoffbands aus der Spritzgussformhälfte herausziehen. Anschließend kann ein freier Endabschnitt des Kunststoffbands, der sich in der Kopplungseinheit befindet, mit dem Klemmmittel der Kopplungseinheit eingeklemmt werden. Hierdurch wird nach einem Lösen der Verbindung zwischen der Kopplungseinheit und dem weiteren Zuführkanal bzw. einem daran angrenzenden Abschnitt der Spritzgussformhälfte und während der Veränderung der Stellung der Spritzgussformhälfte im Raum verhindert, dass der freie Endabschnitt des Kunststoffbands gewissermaßen verloren geht bzw. nicht mehr von der Vorrichtung kontrolliert wird. Dies würde ein manuelles Eingreifen erfordern, um den freien Endabschnitt des Kunststoffbands nach der Änderung der Stellung der Spritzgussformhälfte im Raum relativ zu der Kopplungseinheit in einen eventuell vorhandenen weiteren Zuführkanal einzufädeln. Durch das Einklemmen bzw. Festhalten des freien Endabschnitts des Kunststoffbands mittels der Kopplungseinheit ist ein solches manuelles Eingreifen überflüssig, was die Herstellung des Spritzgussbauteils beschleunigt.
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Die Spritzgussformhälfte kann auch drei oder mehrere entsprechende Aufnahmekammern aufweisen, die jeweils über einen separaten Zuführkanal zugänglich sind. Dann können die oben beschriebenen Vorgänge entsprechend oft nacheinander mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden, je nachdem, ob ein, zwei, drei oder mehr Bandabschnitte des Kunststoffbands zur Ausbildung des Spritzgussbauteils verwendet werden sollen. Nachdem eine gewünschte Anzahl von Bandabschnitten in den Aufnahmekammern eingeführt und dort jeweilig eingeklemmt und von dem übrigen Kunststoffband abgetrennt worden sind, kann die Spritzgießform geschlossen und das Spritzgießen begonnen werden. Die Richtungen, in denen die Bandabschnitte in die Spritzgussformhälfte einzuführen sind, können in beliebigen Winkeln, beispielsweise senkrecht, zueinander ausgerichtet sein.
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Nach dem Spritzgießen können die Klemmeinrichtungen geöffnet bzw. das Einklemmen der Bandabschnitte aufgehoben werden, so dass das mit den Bandabschnitten versehene Spritzgussbauteil ohne Verzögerung aus der geöffneten Spritzgussform entfernt werden kann. Ist das Spritzgussteil aus der geöffneten Spritzgussform entfernt worden, kann ein weiterer Herstellungsvorgang erfolgen, der wieder mit dem automatisierten Einführen eines Bandabschnitts des faserverstärkten Kunststoffbands in eine der Aufnahmekammern beginnt.
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Gemäß der Erfindung sind die Zuführeinrichtung, die Klemmeinrichtungen und die Trenneinrichtungen zusammen mit der Spritzgussformhälfte zu einer Baugruppe kombiniert, wobei die Zuführkanäle, die Aufnahmekammern, die Klemmeinrichtungen und die Trenneinrichtungen baulich in die Spritzgussformhälfte integriert sein können. Diese Baugruppe kann in neuen Spritzgießmaschinen und im Zuge einer Nachrüstung auch in bereits vorhandenen Spritzgießmaschinen eingesetzt werden. Es sind somit zum Einbringen des oder der Faserverstärkungselemente in die Spritzgussformhälfte keine zusätzlichen Maschinen oder Roboter und keine zusätzlichen manuellen Handhabungsschritte erforderlich.
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Das faserverstärkte Kunststoffband kann als flaches Band mit in Bandlängsrichtung unidirektional, mit bidirektional oder mit multidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern ausgebildet sein. Das Kunststoffband kann aus einer, zwei oder mehreren Schichten mit verschiedenen Faserausrichtungen aufgebaut sein. Das Kunststoffband kann einen Polymerwerkstoff aufweisen, in den die Verstärkungsfasern zumindest teilweise eingebettet sind. Der Polymerwerkstoff kann, insbesondere bezüglich seiner Schmelztemperatur, ähnlich oder gleich der Kunststoffkomponente des Spritzgusswerkstoffs sein, so dass sich der Polymerwerkstoff während des Spritzgießens stoffschlüssig mit der Kunststoffkomponente des Spritzgusswerkstoffs verbinden kann. Hierdurch wird ein Ablösen der Bandabschnitte von dem übrigen Spritzgussbauteil zuverlässig verhindert. Die Verstärkungsfasern des Kunststoffbands können beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder andere künstliche oder natürliche Fasern sein.
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Jede Aufnahmekammer weist beispielsweise eine in Bandlängsrichtung langgestreckte Form auf und ist derart an der Spritzgussformhälfte angeordnet und zu dem Kavitätsteil der Spritzgussformhälfte teilweise offen ausgebildet, dass der Bandabschnitt an einer gewünschten Position des Spritzgussbauteils angeordnet werden kann. Die jeweilige Aufnahmekammer kann beispielsweise quaderförmig ausgebildet sein und nimmt die jeweiligen Klemmeinrichtungen und die jeweiligen Trenneinrichtungen teilweise oder vollständig auf.
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Die an der Spritzgussformhälfte angeordneten, in die jeweilige eigene Aufnahmekammer mündenden Zuführkanäle sind vorzugsweise an die Querschnittsfläche des Kunststoffbands angepasst bzw. entsprechend flach ausgebildet, um das Kunststoffband bzw. dessen freien Bandabschnitt sicher und ohne Verwerfungen der jeweiligen Aufnahmekammer zuführen zu können.
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Die Zuführeinrichtung kann wenigstens eine nachfüllbare Bevorratungseinheit zum Bevorraten des faserverstärkten Kunststoffbands aufweisen, um den Aufnahmekammern im Zuge einer sukzessiven Herstellung gleicher Spritzgussbauteile aufeinanderfolgend die benötigten Bandabschnitte zuführen zu können. Des Weiteren weist die Zuführeinrichtung wenigstens eine elektrisch ansteuerbare Antriebseinrichtung auf, mit der das Kunststoffband abschnittweise von der Bevorratungseinheit zu der jeweiligen Aufnahmekammer bewegbar ist. Die Bevorratungseinheit bzw. die Zuführeinrichtung kann eingerichtet sein, ein Signal auszugeben, wenn die in der Bevorratungseinheit noch zur Verfügung stehende Kunststoffbandmenge einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
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Jede Klemmeinrichtung kann wenigstens ein Klemmelement aufweisen, mit dem ein Abschnitt des in die jeweilige Aufnahmekammer eingeführten Bandabschnitts gegen einen weiteren Teil der Klemmeinrichtung oder eine Innenwand der jeweiligen Aufnahmekammer gepresst und hierdurch eingeklemmt werden kann. Des Weiteren kann jede Klemmeinrichtung einen elektrisch ansteuerbaren Antrieb zum Antreiben des jeweiligen Klemmelements aufweisen. Alternativ können die Klemmelemente der Klemmeinrichtungen einer Aufnahmekammer über einen gemeinsamen Antrieb betätigt werden.
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Jede Trenneinrichtung kann wenigstens ein Trennelement, beispielsweise eine Klinge, aufweisen, mit dem der in die jeweilige Aufnahmekammer eingeführte Bandabschnitt durchtrennt werden kann. Des Weiteren kann jede Trenneinrichtung einen elektrisch ansteuerbaren Antrieb zum Antreiben des jeweiligen Trennelements aufweisen. Alternativ können die Trennelemente der Trenneinrichtungen einer Aufnahmekammer über einen gemeinsamen Antrieb betätigt werden. Die Klemmeinrichtungen sind bezüglich der Bandlängsrichtung zwischen den Trenneinrichtungen angeordnet.
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Die Klemmeinrichtung und die Trenneinrichtung in dem Anfangsbereich der jeweiligen Aufnahmekammer können durch eine einzelne Klemm- und Trenneinrichtung realisiert sein. Auch die Klemmeinrichtung und die Trenneinrichtung in dem Endbereich der jeweiligen Aufnahmekammer können durch eine einzelne Klemm- und Trenneinrichtung realisiert sein. Dabei kann das jeweilige Klemmelement der jeweiligen Klemm- und Trenneinrichtung auch als Trennelement dieser Klemm- und Trenneinrichtung verwendet werden. Alternativ sind das Klemmelement und das Trennelement der jeweiligen Klemm- und Trenneinrichtung separate Bauteile.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zum Herstellen von zumindest teilweise faserverstärkten Spritzgussbauteilen in Form von Fahrzeugbauteilen verwendet werden. Hierzu kann die Vorrichtung eine weitere Spritzgussformhälfte aufweisen, die herkömmlich ausgebildet ist und die zum Schließen der Spritzgussform mit der erfindungsgemäßen Spritzgussform verbunden werden kann. Alternativ können beide Spritzgussformhälften der Spritzgussform erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Der Begriff „Spritzgussformhälfte“ ist im Rahmen der Erfindung nicht dahingehend zu verstehen, dass die Spritzgussformhälfte tatsächlich exakt oder annähernd die körperliche Hälfte der Spritzgussform darstellt. Stattdessen kann die Spritzgussformhälfte in ihren Abmessungen deutlich von der exakten körperlichen Hälfte der Spritzgussform abweichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Zuführeinrichtung wenigstens eine mit der Kopplungseinheit verbundene feststehende Halteeinheit und wenigstens eine auswechselbar an der Halteeinheit angeordnete, abwickelbare Kunststoffbandspule auf. Die Kunststoffbandspule dient als Bevorratungseinheit für das Kunststoffband. Die Kunststoffbandspule wird an der Halteeinheit angeordnet, indem ein Abschnitt der Halteeinheit durch eine mittige axiale Öffnung der Kunststoffbandspule geführt wird. Wird eine neue Kunststoffbandspule an der Halteeinheit angeordnet, kann der freie Bandabschnitt des Kunststoffbands zunächst manuell in den Zuführkanal eingeführt werden. Dieser Schritt ist lediglich bei einer Anordnung einer neuen Kunststoffbandspule an der Halteeinheit erforderlich. Anschließend kann die sukzessive automatisierte Einführung der Bandabschnitte in die Aufnahmekammern erfolgen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Zuführeinrichtung wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Antrieb zum Abwickeln der Kunststoffbandspule auf. Zum Ansteuern des Antriebs kann eine separate Ansteuerelektronik oder eine entsprechend programmierte Elektronik einer Spritzgießmaschine verwendet werden. Der Antrieb ist vorzugsweise ein Elektromotor, mit dem die Kunststoffbandspule um ihre Längsmittelachse gedreht werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Spritzgussformhälfte angeordnete weitere Spritzgussformhälften auf, von denen wenigstens eine weitere Spritzgusshälfte auf einer linearen Bewegungsbahn in Richtung der jeweils anderen weiteren Spritzgussformhälfte und von dieser weg bewegbar angeordnet ist, wobei die Spritzgussformhälfte mittels der Bewegungseinrichtung um eine quer zu der linearen Bewegungsbahn ausgerichtete Drehachse drehbar angeordnet ist und vier bezüglich der Drehachse gleichmäßig umfangsversetzt zueinander angeordnete Kavitätsteile aufweist, und wobei die Spritzgussformhälfte pro Kavitätsteil wenigstens zwei Zuführkanäle, wenigstens zwei mit jeweils einem eigenen Zuführkanal verbundene Aufnahmekammern und wenigstens eine Zuführeinrichtung aufweist. Hierdurch kann die Zeit zur Herstellung gleicher Spritzgussbauteile mittels der Vorrichtung weiter verkürzt werden, da an zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Spritzgussformhälfte angeordneten Kavitätsteile jeweils wenigstens ein Bandabschnitt des Kunststoffbands angeordnet werden kann, während die beiden weiteren Kavitätsteile mit den weiteren Spritzgussformhälften derart zusammenwirken, dass jeweils eine geschlossene Kavität ausgebildet wird und ein Spritzgießen durchgeführt werden kann. Nach erfolgtem Spritzgießen, können die Kavitäten durch eine lineare Bewegung von wenigstens einer der weiteren Spritzgussformhälften und eventuell zusätzlicher Spritzgussformhälften geöffnet werden, so dass die Spritzgussformhälfte um 90° gedreht werden kann. In dieser Stellung können dann die Spritzgussteile den Kavitätsteilen der Spritzgussformhälfte entnommen werden, so dass diese Kavitätsteile wieder freigegeben sind, um erneut wenigstens einen Bandabschnitt des Kunststoffbands in dem jeweiligen Kavitätsteil anzuordnen. Gleichzeitig können die weiteren Spritzgussformhälften mit den weiteren Kavitätsteilen derart zusammenwirken, dass jeweils eine geschlossene Kavität ausgebildet wird und ein Spritzgießen durchgeführt werden kann. Das Anordnen von Bandabschnitten des Kunststoffbands an einander gegenüberliegenden Kavitätsteilen der Spritzgussform kann also gleichzeitig zu der Herstellung von Spritzgussbauteilen mittels der beiden weiteren Kavitätsteile erfolgen, wodurch die Zeit zur Herstellung gleicher Spritzgussbauteile reduziert wird. Zudem werden mit der Vorrichtung immer zwei Spritzgussbauteile gleichzeitig hergestellt, was ebenso die Zeit zur Herstellung gleicher Spritzgussbauteile reduziert.
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Die obige Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst, nach dem vor einem Einspritzen eines Spritzgusswerkstoffs in eine Kavität der geschlossenen Spritzgussform ein Bandabschnitt eines faserverstärkten Kunststoffbands von außerhalb der Spritzgussform automatisiert in eine Aufnahmekammer an einer Spritzgussformhälfte eigeführt wird, wobei die Aufnahmekammer zu einem Kavitätsteil der Spritzgussformhälfte teilweise offen ausgebildet ist; der in die Aufnahmekammer eingeführte Bandabschnitt an wenigstens zwei in Längsrichtung des Bandabschnitts beabstandet voneinander angeordneten Klemmstellen automatisiert eingeklemmt wird; der eingeklemmte Bandabschnitt automatisiert von dem Kunststoffband abgetrennt wird; eine Stellung der Spritzgussformhälfte im Raum geändert wird; ein weiterer Bandabschnitt des faserverstärkten Kunststoffbands von außerhalb der Spritzgussform automatisiert in eine weitere Aufnahmekammer an der Spritzgussformhälfte eingeführt wird, wobei die weitere Aufnahmekammer zu dem Kavitätsteil der Spritzgussformhälfte teilweise offen ausgebildet ist; der in die weitere Aufnahmekammer eingeführte weitere Bandabschnitt an wenigstens zwei in Längsrichtung des weiteren Bandabschnitts beabstandet voneinander angeordneten weiteren Klemmstellen automatisiert eingeklemmt wird; und der eingeklemmte weitere Bandabschnitt automatisiert von dem Kunststoffband abgetrennt wird.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Verfahren mit der Vorrichtung gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander durchgeführt werden.
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Als Spritzgusswerkstoff kann beispielsweise ein Werkstoff mit oder ohne darin enthaltenen Verstärkungsfasern oder mit oder ohne einem anderweitigen darin enthaltenen Füllstoff, wie beispielsweise Talkum, verwendet werden. Als Werkstoff kann beispielsweise Polypropylen, ein Polyamid, Polyoxymethylen, ein Polycarbonat oder ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer verwendet werden. Zur Faserverstärkung des Werkstoffs können kurze oder lange Fasern verwendet werden. Beispielsweise können zur Faserverstärkung Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder andere künstliche oder natürliche Fasern verwendet werden. Der Spritzgusswerkstoff kann zudem durch einen physikalischen oder chemischen Aufschäumprozess aufgeschäumt sein, um das Gewicht des Spritzgussbauteils zu reduzieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kunststoffband zum Einführen in die jeweilige Aufnahmekammer automatisiert von einer außerhalb der Spritzgussform angeordneten Kunststoffbandspule abgewickelt. Mit dieser Ausgestaltung seien die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem ersten Zustand,
- 2 eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung in einem zweiten Zustand,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung, und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Herstellen eines zumindest teilweise faserverstärkten, nicht gezeigten Spritzgussbauteils in einem ersten Zustand. Die Vorrichtung 1 weist wenigstens eine Spritzgussformhälfte 2 auf.
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Die Vorrichtung 1 weist zwei an der Spritzgussformhälfte 2 angeordnete, zu einem Kavitätsteil 3 der Spritzgussformhälfte 2 teilweise offen ausgebildete, voneinander getrennte Aufnahmekammern 4 und 5 auf. In 1 ist die offene Seite jeder Aufnahmekammer 4 bzw. 5 gezeigt. Jede Aufnahmekammer 4 bzw. 5 ist quaderförmig ausgebildet und erstreckt sich über einen Teil der gezeigten Längserstreckung der Spritzgussformhälfte 2. Die Aufnahmekammern 4 und 5 verlaufen senkrecht zueinander.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 zwei an der Spritzgussformhälfte 2 angeordnete, in jeweils eine eigene der Aufnahmekammern 4 und 5 mündende, in 1 nicht erkennbare Zuführkanäle auf, über die die Aufnahmekammern 4 und 5 kommunizierend mit einer Umgebung der Spritzgussformhälfte 2 verbunden sind. Der in die Aufnahmekammer 4 mündende Zuführkanal ist in 3 gezeigt.
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Zudem weist die Vorrichtung 1 eine Zuführeinrichtung 6 zum Einführen eines Bandabschnitts 7 eines faserverstärkten Kunststoffbands 8 von außerhalb der Spritzgussformhälfte 2 über den jeweiligen Zuführkanal in die jeweilige Aufnahmekammer 4 bzw. 5 auf, wobei in der in 1 gezeigten Stellung der Spritzgussformhälfte 2 relativ zu der Zuführeinrichtung 6 lediglich ein Bandabschnitt 7 in die Aufnahmekammer 4 eingeführt ist. Die Zuführeinrichtung 6 weist eine wahlweise mit einem der Zuführkanäle verbindbare, feststehende Kopplungseinheit 9 auf. Die Kopplungseinheit 9 weist wenigstens ein nicht gezeigtes Klemmmittel zum Einklemmen eines in der Kopplungseinheit 9 befindlichen, nicht gezeigten Kunststoffbandabschnitts auf.
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Die Zuführeinrichtung 6 weist eine mit der Kopplungseinheit 9 verbundene feststehende Halteeinheit 10 und eine auswechselbar an der Halteeinheit 10 angeordnete, abwickelbare Kunststoffbandspule 11 auf. Zudem weist die Zuführeinrichtung 6 einen elektrisch ansteuerbaren, nicht gezeigten Antrieb zum Abwickeln der Kunststoffbandspule 11 auf. In 1 ist ein Teil des Kunststoffbands 8 von der Kunststoffbandspule 11 abgewickelt, so dass der Bandabschnitt 7 in die Aufnahmekammer 4 eingeführt ist.
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Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine schematisch angedeutete Bewegungseinrichtung 12 zum Bewegen der Spritzgussformhälfte 2 derart relativ zu der Kopplungseinheit 9 auf, dass die Kopplungseinheit 9 wahlweise mit einem der Zuführkanäle verbindbar ist, wie es aus einer Zusammenschau der 1 und 2 deutlich wird.
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Zudem weist die Vorrichtung 1 pro Aufnahmekammer 4 bzw. 5 eine in einem näher an dem jeweiligen Zuführkanal angeordneten Anfangsbereich der jeweiligen Aufnahmekammer 4 bzw. 5 angeordnete erste Klemmeinrichtung 13 und eine bezogen auf den Anfangsbereich in einem entfernter zu dem jeweiligen Zuführkanal angeordneten Endbereich der jeweiligen Aufnahmekammer 4 bzw. 5 angeordnete zweite Klemmeinrichtung 14 auf, mit denen der in die jeweilige Aufnahmekammer 4 bzw. 5 eingeführte Bandabschnitt 7 bereichsweise einklemmbar ist.
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Ferner weist die Vorrichtung 1 pro Aufnahmekammer 4 bzw. 5 eine in dem jeweiligen Anfangsbereich der jeweiligen Aufnahmekammer 4 bzw. 5 angeordnete erste Trenneinrichtung 15 und eine in dem jeweiligen Endbereich der jeweiligen Aufnahmekammer 4 bzw. 5 angeordnete zweite Trenneinrichtung 16 auf, zwischen denen die jeweiligen Klemmeinrichtungen 13 und 14 angeordnet sind und mit denen ein zwischen ihnen befindlicher Zwischenabschnitt 17 des jeweiligen Bandabschnitts 7 von dem übrigen Bandabschnitt 7 abtrennbar ist. Die Klemmeinrichtung 13 und die Trenneinrichtung 15 der jeweiligen Aufnahmekammer 4 bzw. 5 können zur Ausbildung einer nicht gezeigten einzelnen Klemm- und Trenneinrichtung miteinander kombiniert sein. Die Klemmeinrichtung 14 und die Trenneinrichtung 16 der jeweiligen Aufnahmekammer 4 bzw. 5 können zur Ausbildung einer nicht gezeigten einzelnen Klemm- und Trenneinrichtung miteinander kombiniert sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 in einem zweiten Zustand. Der zweite Zustand geht aus dem in 1 gezeigten ersten Zustand dadurch hervor, dass die Spritzgussformhälfte 2 um eine senkrecht zu der Zeichenebene verlaufende, nicht gezeigte Drehachse um 90° im Uhrzeigersinn gegenüber der in 1 gezeigten Stellung der Spritzgussformhälfte 2 gedreht worden ist. Hierzu kann die Zuführeinrichtung 6 zeitweilig von der Spritzgussformhälfte 2 wegbewegt worden sein, um einen ausreichenden Raum für die Drehbewegung der Spritzgussformhälfte 2 bereitzustellen. In dem zweiten Zustand der Vorrichtung 1 ist die Kopplungseinheit 9 mit dem in die Aufnahmekammer 5 mündenden, nicht gezeigten Zuführkanal verbunden, wobei mittels der Zuführeinrichtung 6 ein Bandabschnitt 7 des Kunststoffbands 8 auch in die Aufnahmekammer 5 eingeführt worden ist.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung 1. Es ist insbesondere der an der Spritzgussformhälfte 2 angeordnete Zuführkanal 18 gezeigt, durch den das Kunststoffband 8 verläuft und der in der Aufnahmekammer 4 mündet.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemä-ßes Verfahren zum Herstellen eines zumindest teilweise faserverstärkten Spritzgussbauteils unter Verwendung einer zumindest zweiteiligen Spritzgussform.
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In Verfahrensschritt 100 wird vor einem Einspritzen eines Spritzgusswerkstoffs in eine Kavität der Spritzgussform ein Bandabschnitt eines faserverstärkten Kunststoffbands von außerhalb der Spritzgussform automatisiert in eine Aufnahmekammer an einer Spritzgussformhälfte eigeführt, wobei die Aufnahmekammer zu einem Kavitätsteil der Spritzgussformhälfte teilweise offen ausgebildet ist. Das Kunststoffband kann zum Einführen in die Aufnahmekammer automatisiert von einer außerhalb der Spritzgussform angeordneten Kunststoffbandspule abgewickelt werden.
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In Verfahrensschritt 200 wird der in die Aufnahmekammer eingeführte Bandabschnitt an wenigstens zwei in Längsrichtung des Bandabschnitts beabstandet voneinander angeordneten Klemmstellen automatisiert eingeklemmt.
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In Verfahrensschritt 300 wird der eingeklemmte Bandabschnitt automatisiert von dem Kunststoffband abgetrennt.
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In Verfahrensschritt 400 wird eine Stellung der Spritzgussformhälfte im Raum geändert.
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In Verfahrensschritt 500 wird ein weiterer Bandabschnitt des faserverstärkten Kunststoffbands von außerhalb der Spritzgussform automatisiert in eine weitere Aufnahmekammer an der Spritzgussformhälfte eingeführt, wobei die weitere Aufnahmekammer zu dem Kavitätsteil der Spritzgussformhälfte teilweise offen ausgebildet ist.
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In Verfahrensschritt 600 wird der in die weitere Aufnahmekammer eingeführte weitere Bandabschnitt an wenigstens zwei in Längsrichtung des weiteren Bandabschnitts beabstandet voneinander angeordneten weiteren Klemmstellen automatisiert eingeklemmt.
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In Verfahrensschritt 700 wird der eingeklemmte weitere Bandabschnitt automatisiert von dem Kunststoffband abgetrennt.
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In Verfahrensschritt 800 wird eine die Spritzgussformhälfte aufweisende Spritzgussform geschlossen und anschließend ein Spritzgießen durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Spritzgussformhälfte
- 3
- Kavitätsteil
- 4
- Aufnahmekammer
- 5
- Aufnahmekammer
- 6
- Zuführeinrichtung
- 7
- Bandabschnitt
- 8
- Kunststoffband
- 9
- Kopplungseinheit
- 10
- Halteeinheit
- 11
- Kunststoffbandspule
- 12
- Bewegungseinrichtung
- 13
- Klemmeinrichtung
- 14
- Klemmeinrichtung
- 15
- Trenneinrichtung
- 16
- Trenneinrichtung
- 17
- Zwischenabschnitt
- 18
- Zuführkanal
- 100
- Verfahrensschritt (Einführen)
- 200
- Verfahrensschritt (Einklemmen)
- 300
- Verfahrensschritt (Abtrennen)
- 400
- Verfahrensschritt (Stellungsänderung)
- 500
- Verfahrensschritt (Einführen)
- 600
- Verfahrensschritt (Einklemmen)
- 700
- Verfahrensschritt (Abtrennen)
- 800
- Verfahrensschritt (Spritzgießen)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7374710 B2 [0004]
- US 2007/0194489 A1 [0005]
- WO 2014/076061 A1 [0006]
- US 2005/0258559 A1 [0007]
- US 6207090 B1 [0008]
