DE102018216314A1

DE102018216314A1 - Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Federtellers aus Kunststoff und Federteller

Info

Publication number: DE102018216314A1
Application number: DE102018216314.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hesler; Alexander Esau; Waldemar Rogowski; Verena Sahlfeld; Johannes Gessner; Melanie Braun; Peter Schmitt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Federtellers (1) aus Kunststoff (5), wobei der Federteller (1) vollständig aus einem homogenen Kunststoff (5) besteht. Das erfindungsgemäße Spritzgussverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Federteller (1) über drei Einspritzpunkte (2, 2', 2") in einer Spritzgussform (3) spritzgegossen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Federteller (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Federtellers aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen entsprechenden Federteller.
Im Stand der Technik sind sog. Feder-Dämpfer-Einheiten bekannt, welche zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehen sind. Eine Feder-Dämpfer-Einheit stellt eine hoch belastbare Anordnung dar, da über die Tragfeder und den Federteller das Fahrzeuggewicht als eine statische Last, sowie die aufgrund der Fahrzeugbewegung und der Straßenunebenheiten auftretenden dynamische Belastungen gehalten werden müssen. Üblicherweise wird ein Federteller als Blechbiegeteil ausgeführt, welcher durch entsprechende Umformungen genug Festigkeit aufweist um den auftretenden hohen Belastungen widerstehen zu können.
Aufgrund von steigenden Sicherheits- und Komfortansprüchen von fahrzeugkunden werden aktuelle Kraftfahrzeuge mit immer mehr zusätzlichen Komponenten und Systemen ausgestattet. Damit das Gewicht des Kraftfahrzeugs dadurch nicht immer weiter steigt, werden im Kraftfahrzeugbau gleichzeitig vermehrt Leichtbauwerkstoffe, wie beispielsweise Kunststoffe mit oder ohne Faserverstärkung, verwendet.
Die DE 10 2004 010 823 A1 offenbart in diesem Zusammenhang einen Federteller für einen Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs, welcher aus einem Kunststoff besteht und eine metallische Hülse umfasst, welche ein Ende einer sich an dem Federteller abstützenden Tragfeder zentriert.
Aus der DE 10 2016 200 307 A1 ist ein Federteller aus Kunststoff für einen Schwingungsdämpfer bekannt, der vollständig aus Kunststoff besteht. Der Federteller der DE 10 2016 200 307 A1 wird in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, insbesondere einem Verbund-Spritzgussverfahren, hergestellt.
Die der Anmelderin bekannten Federteller aus Kunststoff werden entweder über vier verschiedene Einspritzpunkte im Spritzgussverfahren hergestellt oder über einen einzelnen Einspritzpunkt. Die Einspritzpunkte sind dabei die Zuführöffnungen der Spritzgussform, über die der flüssige Kunststoff in die Spritzgussform eingespritzt wird. Die Verwendung von vier Einspritzpunkten führt dabei zu einer entsprechenden Zahl von Bindenähten des Federtellers, wobei die Bindenähte mechanische Schwachstellen darstellen. Die Verwendung von nur einem Einspritzpunkt hingegen reduziert zwar die Anzahl der Bindenähte, führt aber zu einer ungleichmäßigen Verteilung des flüssigen Kunststoffs im Werkzeug und damit ebenfalls zu mechanischen Schwachstellen.
Die bekannten Federteller aus Kunststoff sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass sie entweder nicht die im Dauerbetrieb erforderliche Belastbarkeit aufweisen und gegenüber Federtellern aus Stahl eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit zeigen oder dass sie in der Herstellung vergleichsweise aufwändig sind, da verschiedene Kunststoffe miteinander kombiniert werden müssen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Federtellers aus Kunststoff vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Federtellers aus Kunststoff gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft ein Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Federtellers aus Kunststoff, wobei der Federteller vollständig aus einem homogenen Kunststoff besteht. Das erfindungsgemäße Spritzgussverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Federteller über drei Einspritzpunkte in einer Spritzgussform spritzgegossen wird.
Wie sich herausgestellt hat, ermöglicht das Spritzgießen des Federtellers über drei voneinander getrennte, einzelne Einspritzpunkte in der Spritzgussform eine so deutliche Verbesserung hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit des Federtellers, dass eine ähnlich geringe Ausfallwahrscheinlichkeit wie bei herkömmlichen Federtellern aus Stahlblech erzielt werden kann. Durch die Verwendung von drei Einspritzpunkten kann nämlich insbesondere erreicht werden, dass die Bindenähte des Kunststoffs im Federteller, die regelmäßig mechanische Schwachstellen darstellen, an vergleichsweise wenig kritische und weniger stark belastete Teilbereiche des Federtellers verlagert werden können.
Darüber hinaus ergibt sich gegenüber dem bekannten Spritzgießen von Federtellern aus Kunststoff über vier Einspritzpunkte der Vorteil, dass die Anzahl der Bindenähte entsprechend reduziert wird. Es gibt also bei einem erfindungsgemäß hergestellten Federteller insgesamt vergleichsweise weniger Schwachstellen.
Gegenüber dem bekannten Spritzgießen von Federtellern aus Kunststoff über nur einen einzelnen Einspritzpunkt ergibt sich der Vorteil, dass die Spritzgussform vollständig und gleichmäßig ausgefüllt werden kann. Auch dies trägt zur Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit bei.
Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Spritzgussverfahren gegenüber dem Stand der Technik die Verwendung von einem homogenen, d.h. also, von nur einem einzigen Kunststoff, bei gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Federteller ist also vollständig aus einem einzelnen Kunststoff hergestellt. Das Kombinieren von unterschiedlichen Kunststoffen, z.B. in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, ist erfindungsgemäß vorteilhaft nicht notwendig, was eine Vereinfachung der Herstellung darstellt.
Die Spritzgussform ist ein Werkzeug, dass während des Spritzgussverfahrens mit dem flüssigen Kunststoff gefüllt wird. Die Spritzgussform besteht bevorzugt aus zwei Formhälften, einer ersten Formhälfte und einer zweiten Formhälfte, die während des Spritzgießens miteinander verbunden sind und eine geschlossene Spritzgussform darstellen. Nach dem Erkalten bzw. Erstarren des Kunststoffs in der Spritzgussform können die beiden Formhälften voneinander getrennt werden und der fertige Federteller kann ausgestoßen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Temperaturregelung der Spritzgussform während des Spritzgussverfahrens erfolgt. Die Temperaturregelung ermöglicht es, dass Fließverhalten und das Erstarrungsverhalten des flüssig eingespritzten Kunststoffs in der Spritzgussform zu beeinflussen und zu steuern. Beispielsweise kann die Spritzgussform geheizt werden, um ein besseres Fließverhalten des Kunststoffs zu bewirken, was zu einer besseren Ausfüllung der Spritzgussform führt. Ein Kühlen der Spritzgussform hingegen führt zu einem schnelleren Erstarren des Kunststoffs in der Spritzgussform. Die Temperatur der Spritzgussform kann darüber hinaus auch die mechanische Festigkeit des erstarrten Kunststoffs beeinflussen und Auswirkungen auf die Orientierung von ggf. vorhandenen Verstärkungsfasern im Kunststoff haben.
Ein für die Temperaturregelung notwendiges Erfassen der jeweils aktuellen Temperatur der Spritzgussform kann z.B. über an der Spritzgussform angeordnete Temperatursensoren erfolgen, die mit der Spritzgussform im thermischen Gleichgewicht stehen. Alternativ kann die Temperatur der Spritzgussform auch über Infrarotmessungen an verschiedenen Stellen der Spritzgussform erfasst werden.
Ein Heizen der Spritzgussform erfolgt bevorzugt elektrisch über ohmsche Widerstände, die insbesondere einzelnen Teilbereichen der Spritzgussform zugeordnet sind. Dadurch kann die Spritzgussform auf einfache Weise auf eine bestimmte Temperatur geregelt werden. Auch das Einregeln von unterschiedlichen Temperaturen an unterschiedlichen Teilbereichen der Spritzgussform ist möglich und bevorzugt.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Spritzgussform während des Spritzgussverfahrens auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Dies stellt eine vergleichsweise einfache und wenig komplexe Form der Temperaturregelung dar, die jedoch in der Praxis zu sehr guten Ergebnissen hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit der solcherart hergestellten Federteller geführt hat.
Ganz besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Spritzgussform während des Spritzgussverfahrens auf einer konstanten Temperatur oberhalb von 150 °C und unterhalb der Schmelztemperatur des eingespritzten Kunststoffs gehalten wird. Dadurch wird ein Erkalten und Erstarren des Kunststoffs hinausgezögert, so dass sich eine verbesserte Ausfüllung der Spritzgussform ergibt. Gleichzeitig wird das Erstarren aber nicht soweit hinausgezögert, dass eine durch das Einfließen in die Spritzgussform sich ergebende Orientierung von ggf. vorhandenen Verstärkungsfasern im Kunststoff zerstört wird. Die Orientierung der Verstärkungsfasern stellt sich nämlich in erster Linie entlang der Fließrichtungen des Kunststoffs in der Spritzgussform ein. Ein zu langes Flüssighalten des Kunststoffs aufgrund einer entsprechend hohen Temperatur könnte diese Orientierung jedoch wieder auflösen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Einspritzdauer weniger als 3 s beträgt. Nach Abschluss der Einspritzdauer soll die Spritzgussform vollständig ausgefüllt sein. Eine derartige Einspritzdauer hat sich in der Praxis gleichermaßen als vorteilhaft hinsichtlich des Ausfüllens der Spritzgussform wie auch als vorteilhaft hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Federtellers erwiesen, wobei die mechanischen Eigenschaften des Federtellers wesentlich durch die Fließgeschwindigkeit des Kunststoffs und damit zusammenhängend auch durch die Orientierung von ggf. vorhandenen Verstärkungsfasern im Kunststoff geprägt werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Einspritzdauer weniger als 2 s beträgt. Dies hat in der Praxis zu nochmals weiter verbesserten mechanischen Eigenschaften, insbesondere einer nochmals verbesserten Belastbarkeit geführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Einspritzgeschwindigkeitsregelung des Kunststoffs in die Spritzgussform erfolgt. Die Einspritzgeschwindigkeit ist dabei der in die Spritzgussform eingespritzte Volumenstrom an flüssigem Kunststoff je Zeiteinheit. Die Einspritzgeschwindigkeit prägt nicht nur wesentlich die zeitliche Dauer bis die Spritzgussform mit flüssigem Kunststoff gefüllt ist, also die Einspritzdauer, sondern darüber hinaus auch das Ausfüllverhalten der Spritzgussform an sich. Bei einer zu geringen Einspritzgeschwindigkeit kann es passieren, dass der zuerst eingespritzte Kunststoff bereits erstarrt ist, bevor die Spritzgussform vollständig gefüllt ist und somit den nachfolgenden noch flüssigen Kunststoff daran hindert, in die peripheren Bereiche der Spritzgussform weiterzufließen. Die Einspritzgeschwindigkeitsregelung, vorteilhaft unter Berücksichtigung des Schmelzpunktes des Kunststoffs sowie der Temperatur der Spritzgussform, ermöglicht somit eine weitgehend optimale Ausfüllung der Spritzgussform. Darüber hinaus beeinflusst die Einspritzgeschwindigkeit auch die Orientierung von ggf. vorhandenen Verstärkungsfasern im Kunststoff.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Einspritzgeschwindigkeitsregelung über eine Einspritzdruckregelung unter Berücksichtigung eines Strömungswiderstands erfolgt. Eine Regelung des Einspritzdrucks, also eine Einspritzdruckregelung, ermöglicht vergleichsweise einfach und präzise eine Einspritzgeschwindigkeitsregelung, da die Einspritzgeschwindigkeit mit zunehmendem Einspritzdruck zunimmt und mit abnehmendem Einspritzdruck abnimmt. Der Strömungswiderstand nimmt dabei mit zunehmender Füllung der Spritzgussform zu, da der Kunststoff immer weiter in die Spritzgussform vordringt und dabei durch den ebenfalls zunehmenden Kontakt mit der Innenfläche der Spritzgussform zunehmenden Reibung erfährt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Einspritzdruck über die Einspritzdauer erhöht wird. Aufgrund der zunehmenden Füllung der Spritzgussform mit dem eingespritzten Kunststoff entsteht eine zunehmende Reibung zwischen dem Kunststoff in der Spritzgussform und einer inneren Oberfläche der Spritzgussform, welche den Strömungswiderstand zunehmend erhöht und die Einspritzgeschwindigkeit bei konstantem Einspritzdruck zunehmend reduzieren würde. Durch eine Erhöhung des Einspritzdrucks kann diese zusätzliche Reibung ausgeglichen werden. Damit kann über das gesamte Spritzgussverfahren eine konstante Einspritzgeschwindigkeit beibehalten werden, was wiederum zu einer gleichmäßigen und schnellen Ausfüllung der Spritzgussform beiträgt. Wie sich gezeigt hat, wirkt sich dies vorteilhaft auf die mechanischen Eigenschaften des Federtellers aus.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass nach Abschluss der Einspritzdauer ein Nachdruck aufrecht erhalten wird. Nach Abschluss der Einspritzdauer ist die Spritzgussform vorteilhaft vollständig mit zumindest noch teilweise flüssigem Kunststoff gefüllt. Beim Erkalten und Erstarren des eingespritzten Kunststoffs tritt jedoch ein Volumenschwund auf, welcher dazu führt, dass der eingespritzte Kunststoff nicht mehr vollständig der eigentlich gewünschten Form des Federtellers entspricht. Indem nun der Nachdruck auch nach Abschluss der Einspritzdauer aufrecht erhalten wird, kann der Volumenschwund ausgeglichen werden, da flüssiger Kunststoff in genau der Menge nachgeführt wird, die dem Volumenschwund entspricht.
Der Volumenschwund ist ein natürlicher physikalischer Vorgang, welcher beim Phasenübergang des Kunststoffs von flüssig nach fest auftritt.
Ganz besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Nachdruck nach Abschluss der Einspritzdauer für 10 s aufrecht erhalten wird. Dies hat sich in der Praxis als ausreichend erwiesen, um auftretenden Volumenschwund auszugleichen.
Ebenfalls ganz besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein Druckwert des Nachdrucks dem zuletzt während der Einspritzdauer anliegenden Einspritzdruck entspricht. Alternativ kann der Druckwert des Nachdrucks auch größer sein als der zuletzt während der Einspritzdauer anliegende Einspritzdruck.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die drei Einspritzpunkte in einer Innenöffnung des Federtellers angeordnet werden. Dies ermöglicht ein Füllen der Spritzgussform von innen nach außen, was sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen hat.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die drei Einspritzpunkte in der Innenöffnung des Federtellers auf einer gemeinsamen axialen Ebene liegen und zueinander um jeweils 120° winkelbeabstandet sind. Dies ermöglicht ein gleichmäßiges Einspritzen des flüssigen Kunststoffs in die verschiedenen Bereiche der Spritzgussform, d.h. die Spritzgussform wird von innen nach außen gleichmäßig befüllt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die drei Einspritzpunkte über eine gemeinsame Zuführung gespeist werden. Daraus ergibt sich zunächst der Vorteil, dass über alle drei Einspritzpunkte - zumindest wenn diese identisch ausgestaltet sind, d.h. eine von der gemeinsamen Zuführung abgehende Zuleitung und eine identische Querschnittsöffnung aufweisen, mithin also einen identischen Strömungswiderstand aufweisen, was bevorzugt der Fall ist - die gleiche Menge an flüssigem Kunststoff in die Spritzgussform eingespritzt wird, wodurch die Spritzgussform gleichmäßig befüllt wird. Eine vergleichsweise aufwändige Einzelregelung der Einspritzmenge über jeden der drei Einspritzpunkte entfällt somit vorteilhaft.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die gemeinsame Zuführung ungeheizt ist. Wie sich herausgestellt hat, ist ein Heizen der gemeinsamen Zuführung nicht erforderlich, da diese durch den schnell durch sie hindurchströmenden, heißen Kunststoff während des Einspritzens ohnehin schnell die Temperatur des flüssigen Kunststoffs erreicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kunststoff faserverstärkt ist. Faserverstärkter Kunststoff besteht aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix. Die Matrix umgibt die Fasern, die durch adhäsive Wechselwirkungen an die Matrix gebunden sind. Durch die Verwendung von Faserwerkstoffen haben Faser-Kunststoff-Verbunde ein richtungsabhängiges Elastizitätsverhalten. Sie weisen zudem eine vergleichsweise höhere mechanische Belastbarkeitt auf. Die mechanischen und sogar die thermischen Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden können über eine Vielzahl von Parametern eingestellt werden. Beispielsweise können der Faserwinkel und der Faservolumenanteil variiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des Spritzgussverfahrens eine Entlüftung der Spritzgussform erfolgt. Dies begünstigt ein restloses Befüllen der Spritzgussform mit dem eingespritzten Kunststoff, indem die Bildung von Luftblasen, insbesondere in den äußeren Randbereichen der Spritzgussform, verhindert wird. Bevorzugt erfolgt das Entlüften dabei über die Verbindungstellen zwischen der ersten Formhälfte und der zweiten Formhälfte, indem die Verbindungstellen zwar dicht genug ausgebildet sind, um ein Austreten des unter dem Einspritzdruck eingespritzten Kunststoffs zu verhindern, jedoch die in der Spritzgussform befindliche Atmosphäre entweichen lassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Federteller mit einer überstehenden Rippenstruktur an seiner Unterseite spritzgegossen wird. Dadurch kann die mechanische Belastbarkeit insbesondere gegen Krafteinwirkung und Druckspitzen, welche axial von oben auf den Federteller wirken, nochmals gesteigert werden. Die Rippenstruktur ermöglicht dabei einen vergleichsweise geringen zusätzlichen Materialaufwand und entsprechend geringes zusätzliches Gewicht bei gleichzeitig merklicher Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kunststoff ein Polyamid ist. Polyamide sind lineare Polymere mit sich regelmäßig wiederholenden Amidbindungen entlang der Hauptkette. Sie weisen von Natur aus eine vergleichsweise hohe Festigkeit und Zähigkeit auf. Zudem besitzen sie eine gute chemische Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Federteller. Der erfindungsgemäße Federteller zeichnet sich dadurch aus, dass er nach dem erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren hergestellt worden ist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren genannten Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Federteller.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

1 beispielhaft verschiedene Füllzustände einer Spritzgussform während der Ausführung eines erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens zur Herstellung eines Federtellers aus Kunststoff,
2 beispielhaft eine Lage der Bindenähte des Federtellers,
3 beispielhaft den Verlauf des Einspritzdrucks während einer Einspritzdauer sowie einer sich an die Einspritzdauer anschließenden Nachdruckdauer,
4 beispielhaft das Erkalten und Erstarren des in die Spritzgussform eingespritzten flüssigen Kunststoffs,
5 beispielhaft einen Federteller aus faserverstärktem Kunststoff sowie in Vergrößerung einen einzelnen Ausschnitt des Federtellers und
6 beispielhaft einen nach dem erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren hergestellten Federteller.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1 zeigt beispielhaft verschiedene Füllzustände einer Spritzgussform 3 während der Ausführung eines erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens zur Herstellung eines Federtellers 1 aus Kunststoff 5. Der Federteller 1 besteht vollständig aus einem homogenen, d.h. aus einem einzigen Kunststoff 5 und wird über drei einzelne Einspritzpunkte 2, 2', 2" in die Spritzgussform 3 spritzgegossen. Die 1a, 1b, 1c und 1d stellen dabei jeweils einen zunehmenden Füllzustand der Spritzgussform 3 während einer Einspritzdauer mit fortlaufender Zeit dar. Wie zu sehen ist, sind die drei Einspritzpunkte 2, 2', 2" in einer Innenöffnung des Federtellers 3 angeordnet und jeweils um 120° voneinander winkelbeabstandet. Sie liegen auf einer gemeinsamen axialen Ebene, beispielsgemäß in der Ebene der 1. Dies ermöglicht ein sehr gleichmäßiges Einspritzen des flüssigen Kunststoffs 5 in die verschiedenen Bereiche der Spritzgussform 3, d.h. die Spritzgussform wird von innen nach außen gleichmäßig befüllt, was wiederum zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der solcherart hergestellten Federtellers 1 führt. In 1a ist eine Füllung der Spritzgussform 3 von 30 % erreicht. Der flüssige Kunststoff 5 befindet sich hier noch weitgehend ausschließlich in der Nähe der Einspritzpunkte 2, 2` bzw. 2". In 1b ist der flüssige Kunststoff 5 bereits weiter in die Spritzgussform 3 eingedrungen und füllt sie zu 50 % des Gesamtvolumens aus. Der über die einzelnen Einspritzpunkte 2, 2` bzw. 2" eingespritzte flüssige Kunststoff 5 hat sich bereits über in 1 nicht dargestellte Bindenähte zu einem einzigen, von radial innen nach radial außen sich ausbreitenden Kunststoffvolumen 5 verbunden. In 1d nähert sich das eingespritzte Kunststoffvolumen 5 bereits dem radialen Randbereich der Einspritzform 3, bzw. hat diesen schon teilweise erreicht. In 1c ist die Einspritzform 3 bereits zu 95 % gefüllt und die Einspritzdauer nähert sich dem Ende 2 zeigt beispielhaft eine Lage der Bindenähte des Federtellers 3. Da in der Darstellung der 2 der besseren Anschaulichkeit wegen der flüssige Kunststoff 5 sich noch ausschließlich im Bereich der Einspritzpunkte 2, 2` und 2" befindet und noch keine Bindenähte entstanden sind, ist die zukünftige Lage der Bindenähte durch Kreise 4, 4', 4" dargestellt. Durch die Verwendung von drei Einspritzpunkten 2, 2' bzw. 2" sowie deren bereits in 1 beschriebene Anordnung in der Innenöffnung des Federtellers 1 kann erreicht werden, dass die Bindenähte des Kunststoffs 5, welche regelmäßig mechanische Schwachstellen darstellen, im Federteller 1 an unkritische und weniger stark belastete Teilbereiche des Federtellers verlagert werden. Darüber hinaus ergibt sich gegenüber dem bekannten Spritzgießen von Federtellern aus Kunststoff über drei Einspritzpunkte 2, 2` und 2" der Vorteil, dass die Anzahl der Bindenähte ebenfalls auf drei reduziert wird. Dadurch weist der gemäß 2 hergestellte Federteller 1 vergleichsweise wenige mechanische Schwachstellen auf.
3 zeigt beispielhaft den Verlauf des Einspritzdrucks während einer Einspritzdauer sowie einer sich an die Einspritzdauer anschließenden Nachdruckdauer. Zunächst ist ein steiler Druckanstieg zu beobachten, der den Startpunkt der Einspritzdauer markiert. Zum Zeitpunkt t₁ flacht der Druckanstieg ab, da nun eine gewünschte Einspritzgeschwindigkeit erreicht ist. Um die gewünschte Einspritzgeschwindigkeit aufrecht erhalten zu können, muss der Einspritzdruck nun langsam weiter gesteigert werden, wie in 3 dargestellt. Da die zunehmende Menge an eingespritztem Kunststoff 5 in der Spritzgussform 3 zu einem zunehmendem Strömungswiderstand führt, würde die Einspritzgeschwindigkeit andernfalls immer weiter abnehmen. Die in 3 dargestellte Kurve des Einspritzdrucks über die Zeit ermöglicht hingegen beispielsgemäß eine konstante Einspritzgeschwindigkeit, was wiederum zu einer gleichmäßigen und schnellen Ausfüllung der Spritzgussform 3 beiträgt. Die Einspritzdauer endet beispielsgemäß zum Zeitpunkt t₂ und es schließt sich die Nachdruckdauer bis zum Zeitpunkt t₃ an. Der Einspritzdruck zum Zeitpunkt t₂ geht dabei übergangslos in den Nachdruck bis zum Zeitpunkt t₃ über. Wie zu sehen ist, steigt auch der Nachdruck kontinuierlich weiter an. Obwohl die Spritzgussform zum Zeitpunkt t₂ , also am Ende der Einspritzdauer, bereits vollständig gefüllt ist, tritt durch das Erkalten und Erstarren des eingespritzten Kunststoffs 5 ein Volumenschwund auf, der durch den Nachdruck und die damit einhergehende weitere Kunststoffzufuhr ausgeglichen werden kann. Zum Zeitpunkt t₃ endet auch die Nachdruckdauer und die Herstellung des Federtellers 1 ist abgeschlossen.
4 zeigt beispielhaft das Erkalten und Erstarren des in die Spritzgussform 3 eingespritzten flüssigen Kunststoffs 5. Der besseren Anschaulichkeit wegen ist in 4 nur der noch flüssige, nicht aber der bereits erkaltete und erstarrte Kunststoff 5 in der Spritzgussform 3 dargestellt. 4a zeigt den Zeitpunkt t₂ (siehe 3) nach Abschluss der Einspritzdauer und zu Beginn der Nachdruckdauer. Der in die Spritzgussform 3 eingespritzte Kunststoff 5 ist vollständig flüssig und füllt die Spritzgussform 3 vollständig aus. In 4b, deren Darstellung zeitlich nach der Darstellung der 4a liegt, ist bereits ein Anteil des Kunststoffs erkaltet und erstarrt. Die erkalteten Bereiche liegen dabei insbesondere in den radialen Randbereichen der Spritzgussform 3, da sich der Kunststoff 5 hier bereits am längsten in der Spritzgussform 3 befindet und somit bereits die vergleichsweise größte Wärmemenge abgegeben hat. Lediglich entlang einer Rippenstruktur an der Unterseits der Spritzgussform 3 befinden sich Strömungskanäle, entlang derer durch den Nachdruck bedingt noch neuer flüssiger Kunststoff 5 in die Spritzgussform 3 nachgefördert wird. Somit kann ein durch das Erkalten und Erstarren entstehender Volumenschwund ausgeglichen werden. In 4c, deren Darstellung zeitlich nochmals später, nämlich nach der Darstellung der 4b liegt, ist schließlich zu sehen, dass der Kunststoff 5 bereits nahezu vollständig verfestigt ist. Ausschließlich entlang der sich herausbildenden Strömungskanäle ist noch flüssiger Kunststoff 5 vorhanden, welcher mittels des Nachdrucks in die Spritzgussform 3 gepresst wird, um den auftretenden Volumenschwund auszugleichen.
5 zeigt beispielhaft einen Federteller 1 aus faserverstärktem Kunststoff 5 sowie in Vergrößerung einen einzelnen Ausschnitt des Federtellers 1. Die Vergrößerung dient dabei der Anschaulichmachung der Ausrichtung der Verstärkungsfasern. Einzelne Fasern sind dabei durch kurze einzelne Striche dargestellt, wobei die Ausrichtung eines Strichs der Ausrichtung der entsprechenden einzelnen Faser entspricht. Die Ausrichtung der Fasern sowie die Winkel der einzelnen Fasern zueinander beeinflussen dabei wesentlich die mechanischen Eigenschaften des Federtellers 1. Durch das erfindungsgemäße Spritzgussverfahren zur Herstellung des Federtellers 1 über drei Einspritzpunkte 2, 2', 2" ergibt sich die gezeigte Ausrichtung der Verstärkungsfasern mit möglichst geringem Winkel der einzelnen Fasern zueinander. Dies führt zu einer vergleichsweise hohen mechanischen Belastbarkeit des gezeigten Federtellers 1.
6 zeigt beispielhaft einen nach dem erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren hergestellten Federteller 1 aus faserverstärktem Kunststoff 5. Der Federteller 1 weist an seiner Unterseite eine Rippenstruktur auf, welche zu einer erhöhten mechanischen Festigkeit und Belastbarkeit des Federtellers 1 beiträgt. Die drei Einspritzpunkte 2, 2', 2" wurden während des Spritzgussverfahrens über eine gemeinsame Zuführung 6 gespeist. Die drei Einspritzpunkte 2, 2', 2" sind weiterhin in einer Innenöffnung des Federtellers 1 angeordnet, wie in 6 zu sehen. Nachdem der Federteller 1 aus der Spritzgussform 3 (nicht dargestellt in 6) ausgestoßen wurde, weist er in seiner Innenöffnung noch die Kunststoffreste auf, welche sich während des Spritzgussverfahrens in der Zuführung 6 befanden und von dort zu den Einspritzpunkten 2, 2', 2" verteilt wurden. Die Kunststoffreste können nun vom Federteller 1 entfernt werden, beispielsweise durch Herausbrechen oder durch Herausschneiden.
Bezugszeichenliste

1: Federteller
2, 2', 2": Einspritzpunkt
3: Spritzgussform
4, 4', 4": Lage der Bindenähte
5: Kunststoff
6: Zuführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004010823 A1 [0004]
DE 102016200307 A1 [0005]

Claims

Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Federtellers (1) aus Kunststoff (5), wobei der Federteller (1) vollständig aus einem homogenen Kunststoff (5) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (1) über drei Einspritzpunkte (2, 2', 2") in einer Spritzgussform (3) spritzgegossen wird.
Spritzgussverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturregelung der Spritzgussform (3) während des Spritzgussverfahrens erfolgt.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzdauer weniger als 3 s beträgt.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzgeschwindigkeitsregelung einer Kunststoffeinspritzmenge in die Spritzgussform (3) erfolgt.
Spritzgussverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzgeschwindigkeitsregelung über eine Einspritzdruckregelung unter Berücksichtigung eines Strömungswiderstands erfolgt.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einspritzdruck über die Einspritzdauer erhöht wird.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss der Einspritzdauer ein Nachdruck aufrecht erhalten wird.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Einspritzpunkte (2, 2', 2") in einer Innenöffnung des Federtellers (1) angeordnet werden.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Einspritzpunkte (2, 2', 2") über eine gemeinsame Zuführung (6) gespeist werden.
Spritzgussverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Zuführung (6) ungeheizt ist.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (5) faserverstärkt ist.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Spritzgussverfahrens eine Entlüftung der Spritzgussform (3) erfolgt.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (1) mit einer überstehenden Rippenstruktur an seiner Unterseite spritzgegossen wird.
Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (5) ein Polyamid ist.
Federteller (1), hergestellt nach einem Spritzgussverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14.