DE102021106222A1

DE102021106222A1 - Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung, Spritzgussmaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines Verbundmagnet-Spritzgussteils

Info

Publication number: DE102021106222A1
Application number: DE102021106222.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Wiedemann; Julian Seuffert
Original assignee: Wirthwein AG
Current assignee: Wirthwein AG
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-15

Abstract

Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung, mittels welcher geschmolzenes, Magnetpartikel enthaltendes Verbundmaterial in einen Hohlraum in der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung (1) oder in einen Hohlraum (21) eines in der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung (1) befindlichen Zielobjekts (20) einspritzbar ist, wobei der Hohlraum (21) von einer Einrichtung zur Beeinflussung des Magnetflusses innerhalb des Hohlraums (21) zumindest teilweise umgeben ist, wobei es sich bei der Einrichtung zur Beeinflussung des Magnetflusses um eine Permanentmagnet Anordnung (9) handelt, wobei das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung (9) veränderbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Spritzgussmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmagnet-Spritzgussteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtungen sind Teile einer Spritzgussmaschine und werden dazu verwendet, polymergebundene Magnete zu Formteilen zu spritzen. Hierbei wird geschmolzenes Magnetpartikel bzw. Magnetpulver (jeweils insbesondere in Form von NdFeB- oder SmCo-Magnetpartikeln) enthaltendes Verbundmaterial in eine magnetische Wirkung entfaltende Formteile gespritzt oder es wird entsprechendes Material in einen Hohlraum eines in der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung befindlichen Zielobjekts (z.B. eines Rotors für einen Elektromotor) eingespritzt.
Während das geschmolzene Verbundmaterial in den Hohlraum eingespritzt wird, kühlt das geschmolzene Verbundmaterial ab. Nach dem Erstarren des geschmolzenen Verbundmaterials kann der Formkörper oder das Zielobjekt, in den der Formkörper eingespritzt worden ist, ausgeworfen werden. Die Magnetpartikel in dem Verbundmaterial werden hierbei in seinem geschmolzenen bzw. zähflüssigen Zustand während des Spritzvorgangs durch ein Magnetfeld, welches durch eine magnetische Einrichtung erzeugt wird, ausgerichtet. Für die Ausrichtung der Magnetpartikel steht hierbei nur ein sehr kurzes Zeitfenster zur Verfügung. Je höher die magnetische Feldstärke ist, desto schneller richten sich die Magnetpartikel in dem Polymer aus. Sofern man Elektromagnete hierfür einsetzt, hat dies den Nachteil, dass Elektromagnete bei den für das Erreichen eines hohen Orientierungsgrades erforderlichen hohen Feldstärken sehr heiß würden, da zur Erzeugung der hierfür notwendigen Feldstärke sehr hohe Stromdichten in der Spule aufgebracht werden müssen. Die entstehende Wärme würde die Isolierung der Adern der Spule zerstören. Alternativ können auch Permanentmagnete eingesetzt werden. Allerdings darf die magnetische Kraft der Permanentmagnete auf das in die Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung eingesetzte Zielobjekt nicht zu groß sein, da andernfalls das Zielobjekt nicht mehr oder nur sehr schwer entformbar wäre. Auch wäre das Zielobjekt zu Beginn nur sehr schwer in das Werkzeug einzusetzen, da eine Positionierung des Zielobjekts im Werkzeug aufgrund der bereits im „rohen Zustands“ des Zielobjekts herrschenden Anziehungskraft erschwert würde und hierdurch auch eine Unfallgefahr erhöht wäre. Polymergebundene Magnete mit sehr hoher Anisotropie sind daher bis heute schwer herstellbar.
Druckschriftlicher Stand der Technik
Eine Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 3 395 532 B1 bekannt. Zur Erzeugung der magnetischen Feldstärke ist eine Permanentmagnet-Anordnung vorgesehen, die den Hohlraum, in den eingespritzt werden soll, umgibt und ein magnetisches Feld erzeugt, welches sich unveränderbar in den Bereich des Hohlraums erstreckt. Ferner ist vorgesehen, mittels einer Magnetfluss-Aufbringungseinheit einen Magnet-Fluss in den Anschnitt einer Spritzgussform anzulegen, sodass geschmolzenes Verbundmagnetmaterial im Zuführungskanal bereits magnetisch ausgerichtet und entsprechend in die Hohlräume eingespritzt wird.
Aus der EP 1 176 700 A2 ist eine Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung bekannt, bei der vier Permanentmagnete einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Permanentmagnete erzeugen ebenfalls ein magnetisches Feld, welches sich unveränderbar in den Bereich des Hohlraums erstreckt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung, eine Spritzgussmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmagnet-Spritzgussteils zur Verfügung zu stellen, mit der bzw. dem in einfacher Weise ein sehr hoher Orientierungsgrad des Verbundmaterials erreicht werden kann.
Lösung der Aufgabe
Die vorstehende Aufgabe wird in Bezug auf die Verbundmagnet-Spritgussvorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1, in Bezug auf die Spritzgussmaschine durch die Merkmale des Anspruchs 17 sowie in Bezug auf das Herstellungsverfahren durch die Merkmale des Anspruchs 18 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung sowie des Herstellungsverfahrens eines Verbundmagnet-Spritzgussteils sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Dadurch, dass das Magnetfeld (bzw. Richtfeld) der Permanentmagnet-Anordnung veränderbar ist, also zumindest in mindestens zwei unterschiedliche Einstellungen einstellbar d.h. „schaltbar“ ist, können einerseits während des Spritzgussvorgangs sehr hohe magnetische Feldstärken in dem Hohlraum erzeugt werden, wodurch sich die Magnetpartikel im Polymer sehr schnell ausrichten und somitein sehr hoher Orientierungsgrad der Magnetpartikel in dem Verbundmaterial erzielt werden kann. Andererseits kann durch Veränderung (Abschaltung oder Reduzierung) des Magnetfeldes nach dem Erstarren des Formteils das Formteil bzw. das das Formteil umfassende Zielobjekt einfach aus der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung entnommen, d.h. entformt, werden, da durch Veränderung des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung die magnetische Anziehung des Formteils bzw.
Zielobjekts in der Spritzgussvorrichtung beseitigt oder zumindest erheblich reduziert werden kann. Durch die Möglichkeit des Abschaltens oder zumindest des Abschwächens des Magnetfelds der Permanentmagnet-Anordnung im Bereich des Zielobjektes wird auch eine einfachere Positionierung des Zielobjekts im Werkzeug möglich und hierdurch auch die Unfallgefahr reduziert.
Die Veränderung des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung ist insbesondere derart konzipiert, dass sich das Magnetfeld in einer ersten Einstellung in den Bereich des Hohlraums hinein erstreckt und sich das Magnetfeld in einer zweiten Einstellung nicht oder zumindest nicht wesentlich (also nur abgeschwächt) in den Bereich des Hohlraums erstreckt.
Vorzugsweise umfasst die Permanentmagnet-Anordnung mindestens eine Anordnung oder eine Mehrzahl von Anordnungen aus mindestens zwei Permanentmagneten, die in ihrem zugehörigen Magnetfeld bzw. in ihrer magnetischen Polarisierung (Polung) jeweils zueinander veränderbar sind. Hierdurch kann das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung beeinflusst werden.
Insbesondere können in einer ersten Einstellung die jeweiligen Magnetfelder der beiden Permanentmagnete gleichgerichtet ausgerichtet sein, d.h. die Feldlinien beider Permanentmagnete überlagern sich. In diesem Fall erstreckt sich die Richtwirkung beider Permanentmagnete in den Hohlraum hinein. Die magnetische Polarisierung (Polung) der beiden Permanentmagnete ist hierbei gleichgerichtet. Das Magnetfeld wird verstärkt, indem beide Permanentmagnete gleich orientiert sind. Es findet eine Überlagerung und ggf. Verstärkung der Feldlinien statt, wodurch sich eine höhere Feldstärke ergibt. In der zweiten Einstellung sind die beiden Magnetfelder entgegengesetzt ausgerichtet, d.h. die magnetische Polarisierung der beiden Permanentmagnete ist entgegengesetzt orientiert. Die beiden entgegengesetzt orientierten Permanentmagnete bilden ein Magnetfeld, dessen Feldlinien sich nicht bzw. kaum in den Bereich des Hohlraums hineinerstrecken.
Um die verschiedenen Ausrichtungen bzw. Magnetfelder einzustellen, kann ein Permanentmagnet starr und der weitere Permanentmagnet zu dem starren Permanentmagnet in seiner Lage veränderbar, insbesondere verdrehbar, in der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung angeordnet sein.
Vorzugsweise ist der Lage-veränderbare Permanentmagnet der Permanentmagnet-Anordnung in radialer Richtung betrachtet außenseitig zum starren Permanentmagnet angeordnet. Hierdurch wird die Ansteuerung des verdrehbaren Permanentmagnets erleichtert. Zudem wird im Vergleich zu einer auch möglichen entgegengesetzten Anordnung eine höhere Feldstärke erreicht.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine Ansteuermechanik für die Veränderung des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung vorgesehen. Diese ermöglicht es insbesondere, das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung bei geschlossener Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung zu verändern.
Hierbei können mehrere voneinander getrennte, jeweils in ihrer Lage veränderbare Permanentmagnete der Permanentmagnet-Paare der Permanentmagnet-Anordnung mittels der Ansteuermechanik zentral ansteuerbar sein.
Der Lage-veränderbare Permanentmagnet der Permanentmagnet-Anordnung kann zur Ansteuerung eine Drehwelle oder einen entsprechenden Drehansatz umfassen.
Die Ansteuermechanik kann als eine automatisierte Ansteuermechanik vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß können um den Hohlraum bzw. um das den Hohlraum umfassende Zielobjekt herum mehrere Paare von Lage-veränderbaren bzw. starren Permanentmagneten zueinander beabstandet, vorzugsweise im gleichen Abstand zueinander beabstandet, sternförmig angeordnet sein. Die Permanentmagnet-Paare befinden sich somit jeweils in Kreissegmenten um den jeweiligen Hohlraum herum.
Die Permanentmagnet-Anordnung ist zur Erzeugung eines Magnetflusses in der Kavität vorzugsweise auswerferseitig und/oder düsenseitig von einer Abschirmung aus nicht magnetisierbarem Material umgeben. Dies bewirkt, dass sich die Feldlinien der Permanentmagnet-Anordnung nicht über den Werkzeugstahl kurzschließen bzw. sich nicht oder zumindest nicht wesentlich in die umliegenden Bereiche des Werkzeuges erstrecken können, sondern auf dem Bereich der Permanentmagnet-Anordnung begrenzt bleiben. Dadurch wird erreicht, dass sich das Magnetfeld beider Permanentmagnete bei Gleichlage der Polarisierung der beiden Permanentmagneten verstärkt in den Bereich des Hohlraums verschieben kann.
Zwischen den jeweiligen Permanentmagnet-Paaren befindet sich jeweils eine Zwischenlage aus ferromagnetischem Material, z.B. einer Eisenlegierung oder reines Eisen. Hierdurch können sich die Feldlinien ungestört in das Material der Zwischenlage hineinerstrecken. Das Material soll eine hohe Sättigungsflussdichte von mindestens 2T aufweisen.
Die Ansteuermechanik umfasst zweckmäßigerweise ein Getriebe. Das Getriebe kann vorzugsweise in Form eines Zahnkranzes sowie einzelner dem jeweils in seiner Lage veränderbaren Permanentmagnet zugeordneter Zahnräder vorgesehen sein, die jeweils mit dem Zahnkranz kämmen und bei Drehung des Zahnkranzes eine Drehung erfahren. Hierdurch kann der jeweils einzelne Permanentmagnet der Permanentmagnet-Anordnung zentral angesteuert werden.
Die Ansteuermechanik ist vorzugsweise in einem Hohlraum seitlich zur Permanentmagnet-Anordnung positioniert.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Spritzgussmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist die Spritzgussmaschine mit einer Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-16 versehen.
Die vorliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmagnet-Spritzgussteils gemäß Anspruch 18 gelöst. Das betreffende Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Bereitstellen eines Hohlraums, in den geschmolzenes, Magnetpartikel enthaltendes Verbundmaterial eingespritzt werden soll,
Bereitstellen einer Permanentmagnet-Anordnung, die den Hohlraum zumindest teilweise umgibt, und vorzugsweise mindestens ein vorzugsweise eine Mehrzahl von Permanentmagnet-Paar(e) umfasst,
Einstellen des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung durch Veränderung des Magnetfelds von Permanentmagneten der Permanentmagnet-Anordnung zueinander in eine erste Einstellung, bei der sich das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung in den Bereich des Hohlraums erstreckt,
Einspritzen von geschmolzenem, Magnetpartikel enthaltendem Verbundmaterial in den Hohlraum,
Aushärten des geschmolzenen, Magnetpartikel enthaltenden Verbundmaterial im Hohlraum zu einem Formteil,
Umstellen des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung durch Veränderung des Magnetfeldes der Permanentmagnete der Permanentmagnet-Anordnung zueinander in eine zweite Einstellung, bei der sich das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung nicht oder zumindest nicht wesentlich in den Bereich des Hohlraums erstreckt, sowie
Entformen des Formteils.

Das Einspritzen von geschmolzenem, Magnetpartikel enthaltendem Verbundmaterial in den Hohlraum erfolgt vorzugsweise nach dem Einstellen des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung durch Veränderung des Magnetfeldes von Permanentmagneten der Permanentmagnet-Anordnung zueinander in die erste Einstellung, bei der sich das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung in den Bereich des Hohlraums erstreckt.
Insbesondere ist bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der ersten Einstellung durch die Positionierung von Permanentmagnete der Permanentmagnet-Anordnung die Polung zweier Permanentmagnete der Permanentmagnet-Anordnung bzw. Permanentmagnet-Paare gleichgerichtet zueinander und bei der zweiten Einstellung die Polung zweier Permanentmagnete der Permanentmagnet-Anordnung bzw. Permanentmagnet-Paare entgegengesetzt zueinander.
Figurenliste
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird anhand von Zeichnungsfiguren nachstehend näher erläutert. Sich wiederholende Merkmale werden der Übersichtlichkeit halber lediglich einmal mit einer Bezugsziffer versehen. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung in geschlossenem Zustand des Werkzeugs in Draufsicht auf eine Schnittebene A-A in 2 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise;
2 eine Draufsicht auf die Schnittebene C-C in 1 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise;
3 eine Draufsicht auf die Schnittebene D-D in 2 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise;
4 eine Draufsicht auf die Schnittebene B-B in 1 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise;
5 eine schematische Darstellung der Permanentmagnet-Anordnung in einer Schaltstellung, bei der sich das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung kaum bzw. sehr abgeschwächt in den Bereich des Hohlraums erstreckt; sowie
6 eine schematische Darstellung der Permanentmagnet-Anordnung in einer weiteren Schaltstellung, bei der sich das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung in den Bereich des Hohlraums erstreckt.

1 zeigt ein Werkzeug 10 einer Spritzgussmaschine mit einem Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung 1 zur Erzeugung eines polymergebundene Magnete aufweisenden Formteils. Die Spritzgussmaschine umfasst eine Plastifiziereinheit, ein Maschinenbett sowie eine Steuerung, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in 1 dargestellt sind. Mittels der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung 1 können Magnetpartikel eines geschmolzenen, Magnetpartikel enthaltenden Verbundmaterials, welches in einen Hohlraum in der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung 1 eingespritzt wird bzw. worden ist, magnetisch ausgerichtet werden. Das Werkzeug 10 ist in 1 der besseren Übersicht halber anstatt einer üblicherweise im Einsatz liegenden Anordnung in einer um 90° gedrehten „stehende Anordnung“ gezeigt. Es sind in 1 lediglich die für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile der Anordnung gezeigt.
An der Oberseite der in 1 gezeigten Anordnung befindet sich eine düsen- bzw. angussseitige Formplatte 3, die übliche die Zuführung sowie den Anguss betreffende Konstruktionselemente 5 umfasst, die in 1 lediglich schematisch dargestellt sind. Die Formplatte 3 ist an der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung 1 starr positioniert.
An die Formplatte 3 schließt sich die auswerferseitige Formplatte 2 an, in der z. B. ein Zielobjekt 20 mit einem darin befindlichen, aus 2 ersichtlichen, auszuspritzenden Hohlraum 21 (Kavität) eingelegt ist. Alternativ kann auch ein direkt auszuspritzender Hohlraum (Kavität) durch die Formplatten 2, 3 gebildet sein, ohne dass ein Zielobjekt 20 eingelegt wird. Eine solche Variante ist in 1 nicht dargestellt. Bezugsziffer 4 bezeichnet die Trennebene des Werkzeugs 10. Die Formplatte 2 ist zum Öffnen der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung 1 beweglich in Letzterer angeordnet und mit einer Zwischenplatte 6 verbunden. Die Zwischenplatte 6 ist wiederum mit einer Platte 8, welche eine zeichnerische Verallgemeinerung weiterer Elemente darstellen soll, verbunden. Mit der Platte 8 ist auch ein Kern 12 oder Dorn verbunden, der sich durch eine Durchgangsöffnung eines Hülsenauswerfers 14 und durch eine Durchgangsöffnung 22 des Zielobjekts 20 hindurch erstreckt. Der Hülsenauswerfer 14 ist in dem Werkzeug 10 relativ zum Kern 12 verfahrbar.
Der Hülsenauswerfer 14 kann in eine Richtung hin zur Angussseite bewegt werden. Die Mechanik zum Öffnen oder Schließen der Schließeinheit ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
Um den Hohlraum 21 des Zielobjekts 20 herum angeordnet ist eine aus 2 ersichtliche Permanentmagnet-Anordnung 9. Die Permanentmagnet-Anordnung 9 dient dazu, die Magnetpartikel innerhalb des geschmolzenen eingespritzten Verbundmaterials auszurichten, das heißt einen möglichst hohen Orientierungsgrad der Magnetpartikel innerhalb des Hohlraums 21 im herzustellenden Formteil zu gewährleisten.
Die Permanentmagnet-Anordnung 9 umfasst eine Mehrzahl von Permanentmagnet-Paaren, die in gleicher radialer Lage sowie in gleichem Abstand zueinander beabstandet, sternförmig um den Hohlraum 21 herum angeordnet sind. Jedes Permanentmagnet-Paar befindet sich hierbei in einem Kreissegment.
Die Permanentmagnet-Anordnung 9 wird, vgl. 1, in ihrem Seitenbereich sowie an ihrem der Auswerferseite zuweisenden Bereich von einer auswerferseitigen Abschirmung 32 umgeben. An der dem Angusskanal 5 zugewandten Oberseite der Permanentmagnet-Anordnung 9 ist eine düsenseitige Abschirmung 33 vorgesehen. Die Abschirmungen 32 sowie 33 bestehen aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff. Bei dem nicht magnetisierbaren Werkstoff handelt es sich insbesondere um einen solchen mit einer Permeabilitätszahl von nahe 1, vorzugsweise um nicht magnetisierbaren Stahl nach SEW 390 oder um die Stahllegierung 1.4301.
Unterhalb der Abschirmung 32 befindet sich ein Hohlraum 36 in der Formplatte 2 sowie Zwischenplatte 6, in dem sich ein Zahnkranz 35 befindet, der mit mehreren Zahnrädern 37 in Eingriff steht, d.h. diese kämmt. Der Zahnkranz 35 wird über eine Zahnstange 11 angesteuert. Die vorgenannten Bestandteile sind eine mögliche Ausgestaltung zur zentralen Ansteuerung der Permanentmagnet-Anordnung 9.
2 zeigt die Draufsicht einer Schnittdarstellung entlang der Schnittebene C-C von 1. 2 zeigt ein Beispiel eines in das Werkzeug eingelegten Zielobjekts 20 zur Herstellung eines polymergebundene Magnete beinhaltenden Rotors für einen Elektromotor. Das Zielobjekt 20 weist eine innere Durchgangsöffnung 22 zur Aufnahme des Kerns 12 sowie einen umlaufenden Hohlraum 21 auf, der aus einzelnen kreisbogenförmigen Kanälen gebildet ist. Dieser Hohlraum 21 wird mit geschmolzenem, Magnetpartikel enthaltendem Verbundmaterial ausgespritzt. In der Formplatte 2 ist gemäß 2 und 3 eine Permanentmagnet-Anordnung 9 vorgesehen, die mehrere um den Hohlraum 21 herum angeordnete Paare von ersten sowie zweiten Permanentmagneten 90 bzw. 91 umfasst, die vorzugsweise, wie in 2 dargestellt, in gleicher radialer Lage angeordnet sowie in gleichem Abstand zueinander beabstandet sind. Zwischen den Permanentmagnet-Paaren befinden sich jeweils Zwischenlagen 15 aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus Eisen, aus einer Eisenlegierung oder aus sog. Elektroblech. Das Material weist vorzugsweise eine hohe Sättigung von ca. 2T auf. Zudem sollte das Material eine geringe Koerzitivfeldstärke aufweisen. Der radial innen liegende Endbereich des Permanentmagneten 90 des jeweiligen Permanentmagnet-Paares befindet sich an einer Stelle am Zielobjekt 20, an der jeweils zwei kreisbogenförmige Abschnitte des Hohlraums 21 mittig zum Permanentmagneten 90 zusammenlaufen.
Der erste Permanentmagnet 90 sowie zweite Permanentmagnet 91 besitzen jeweils ein Magnetfeld. Der erste Permanentmagnet 90 ist in dem Werkzeug starr fixiert, wohingegen der zweite Permanentmagnet 91 zum ersten Permanentmagnet 90 im Werkzeug drehbar ist. Der zweite Permanentmagnet 91 ist aus diesem Grund als Zylinder oder Zylinderanordnung ausgebildet und mit einer Welle 18 oder einem Wellenansatz versehen. Die Welle 18 bzw. der Wellenansatz dient zur Ansteuerung. Wie in 3 dargestellt, befindet sich jeweils eine Lagerbuchse 23 für die Welle 18 in der düsenseitigen Abschirmung 33 sowie jeweils eine Lagerbuchse 25 in der auswerferseitigen Abschirmung 32. Die Lagerbuchsen 23, 25 ermöglichen eine Drehung der Welle 18.
Die jeweiligen Permanentmagnete 91 der Permanentmagnet-Anordnung 9 sind zentral ansteuerbar. Ein Beispiel einer zentralen Ansteuermechanik ist aus 3 und 4 ersichtlich. Sie umfasst eine längs verschiebbare Zahnstange 11, die mit dem Zahnkranz 35 in Eingriff steht d.h. diesen kämmt. Der Zahnkranz 35 befindet sich in dem Hohlraum 36 hinter der auswerferseitigen Abschirmung 32. Die Welle 18 jedes Permanentmagnets 91 ragt in den Hohlraum 36 hinter der auswerferseitigen Abschirmung 32 hinein und ist mit dem Zahnrad 37 versehen, welches jeweils innenseitig mit dem Zahnkranz 35 in Eingriff steht d.h. diesen kämmt. Auf diese Weise kann durch eine lineare Bewegung der Zahnstange 11 der Zahnkranz 35 und über diesen gleichzeitig die Gesamtheit der einzelnen Zahnräder 37 und damit die Gesamtheit der der Permanentmagnete 91 der Permanentmagnet-Anordnung 9 bewegt werden. Die Zahnstange 11 wird über einen in den Figuren nicht dargestellten Antrieb angetrieben.
Dem ersten Permanentmagnet 90 sowie dem zweiten Permanentmagnet 91 ist, wie aus 5 und 6 ersichtlich, jeweils ein Feldlinien ausbildendes Magnetfeld 900 bzw. 901 zugeordnet. Das jeweilige gemeinsame Magnetfeld jedes ersten und zweiten Permanentmagnets 90, 91 resultiert aus dem Zusammenwirken der Magnetfelder 900, 901 der beiden Permanentmagnete 90, 91 zueinander. Daraus wiederum resultiert das Magnetfeld der gesamten Permanentmagnet-Anordnung 9.
Erfindungsgemäß ist das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung 9 veränderbar. Dies geschieht erfindungsgemäß durch Veränderung der Positionierung der jeweiligen beiden Permanentmagnete 90, 91 zueinander, wodurch die magnetische Polarisierung der Permanentmagnete 90, 91 zueinander verändert wird. In der in 5 gezeigten Stellung ist die Polarisierung (Polung) der beiden Permanentmagnete 90, 91 zueinander jeweils entgegengesetzt gerichtet. Die beiden Permanentmagnete 90, 91 bilden ein gemeinsames bzw. geschlossenes Magnetfeld. Die Magnetfeldlinien 900, 901 der Magnetfelder der Permanentmagnete 90, 91 sind hierbei geschlossen und verlaufen kaum bzw. nicht wesentlich in den Bereich des Zielobjekts 20 bzw. dessen Hohlraum 21.
In 6 ist der jeweilige Permanentmagnet 90, 91 „umgeschaltet“, d.h. der Permanentmagnet 91 ist zu dem Permanentmagnet 90 um 180° gedreht, sodass die Permanentmagnete 90, 91 im Gegensatz zu 5 in gleicher magnetischer Polarisierung (Polung) angeordnet sind. Wie aus 6 ersichtlich überlagern sich die dem jeweiligen Permanentmagnet 90, 91 zugehörigen Magnetfelder 900, 901, wodurch eine Erhöhung der Feldstärke bzw. Flussdichte stattfindet. Daraus wiederum resultiert, dass sich das durch die Permanentmagneten 90, 91 gebildete Magnetfeld in den Bereich des Hohlraums 21 hinein erstreckt.
Die Erfindung ermöglicht es somit, durch Veränderung der Orientierung derjeweiligen Permanentmagnete 90, 91 der Permanentmagnet-Anordnung 9 zueinander ein Magnetfeld auf den Einspritzbereich aufzuschalten (6) bzw. abzuschalten (5).
Nachstehend wird ein Verfahrensablauf unter Einsatz der erfindungsgemäßen Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung beschrieben. Zunächst wird geschmolzenes, Magnetpartikel enthaltendes Verbundmaterial bei geschlossenen Formwerkzeug und hierbei vorzugsweise bereits eingeschalteten Permanentmagnet-Anordnungen 9 (6) über den Angusskanal in den Hohlraum 21 des Zielobjekts 20 eingespritzt. Durch das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung 9, welches sich in den Bereich des Hohlraums 21 hineinerstreckt, werden die Magnetpartikel des Verbundmaterials entsprechend der Feldlinien des jeweiligen Magnetfeldes ausgerichtet. Aufgrund der Erfindung kann jeweils ein Magnetfeld mit einer sehr hohen Feldstärke, also ein sehr starkes Magnetfeld, erzeugt werden, welches zu einer besonders schnellen Ausrichtung und damit zu einem besonders hohen Orientierungsgrad der Magnetpartikel im Verbundmaterial führt.
Nach dem Erhärten des Verbundmaterials in dem Hohlraum 21 wird die Permanentmagnet-Anordnung 9 abgeschaltet (5), sodass keine oder zumindest nahezu keine magnetische Kraft der Permanentmagnet-Anordnung 9 auf das Zielobjekt 20 wirkt. Hierdurch kann letzteres einfach ausgeworfen werden.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung 1 kann alternativ auch so ausgestaltet sein, dass ein durch Formwerkzeuge festgelegter Hohlraum ausgespritzt wird, bei dem somit kein Zielobjekt 20 eingelegt wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, bei einfachen Entformen Formteile mit einer besonders hohen Orientierung der darin befindlichen Magnetpartikel zu erzeugen. Unterkombinationen von beschriebenen und/oder in den Zeichnungen dargestellten Merkmale werden, auch wenn sie in einem größeren Zusammenhang gezeigt bzw. beschrieben sind, nichtsdestotrotz als erfindungswesentlich angesehen.
Bezugszeichenliste

1: Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung
2: Formplatte
3: Formplatte
4: Trennebene
5: Angusskanal
6: Zwischenplatte
7: Leiste
8: Platte
9: Permanentmagnet-Anordnung
90: erster Permanentmagnet
91: zweiter Permanentmagnet
900: Magnetfeld des ersten Permanentmagnets
901: Magnetfeld des zweiten Permanentmagnets
10: Spritzgussmaschine
11: Zahnstange
12: Kern
13: Zentrierring
14: Hülsenauswerfer
15: Zwischenlage
16: Automatik
18: Welle
20: Zielobjekt
21: Hohlraum
22: Durchgangsöffnung
23: Lagerbuchse
24: Zahnrad
25: Lagerbuchse
32: auswerferseitige Abschirmung
33: düsenseitige Abschirmung
35: Zahnkranz
36: Hohlraum
37: Zahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3395532 B1 [0004]
EP 1176700 A2 [0005]

Claims

Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung, mittels welcher geschmolzenes, Magnetpartikel enthaltendes Verbundmaterial in einen Hohlraum in der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung (1) oder in einen Hohlraum (21) eines in der Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung (1) befindlichen Zielobjekts (20) einspritzbar ist, wobei der Hohlraum (21) von einer Einrichtung zur Beeinflussung des Magnetflusses innerhalb des Hohlraums (21) zumindest teilweise umgeben ist, wobei es sich bei der Einrichtung zur Beeinflussung des Magnetflusses um eine Permanentmagnet-Anordnung (9) handelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung (9) veränderbar ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Magnetfeld in der ersten Einstellung in den Bereich des Hohlraums (21) erstreckt und sich das Magnetfeld in der zweiten Einstellung nicht oder zumindest nicht wesentlich in den Bereich des Hohlraums (21) erstreckt.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnet-Anordnung (9) mindestens zwei Permanentmagnete (90, 91) umfasst, die in ihrer Lage zueinander veränderbar sind.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Einstellung die Polarisierung der Permanentmagnete (90, 91) gleich oder gleichartig ausgerichtet ist und in der zweiten Einstellung entgegengesetzt ausgerichtet ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Permanentmagnet (90) starr positioniert ist und ein Permanentmagnet (91) verdrehbar ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verdrehbare Permanentmagnet (91) in radialer Richtung betrachtet weiter außen als der starre Permanentmagnet (90) angeordnet ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (91) als Zylinder oder Zylinderanordnung ausgebildet ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuermechanik für die Veränderung des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung (9) vorgesehen ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung mit der Ansteuermechanik bei geschlossener Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung (1) durchführbar ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Ansteuermechanik zentral mehrere Permanentmagnete (91) ansteuerbar sind.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermechanik ein Getriebe, vorzugsweise in Form eines Zahnkranzes (35), sowie einzelne dem Permanentmagnet (91) zugeordnete Zahnräder (37) umfasst.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermechanik in einem Hohlraum (36) neben der Permanentmagnet-Anordnung (9) positioniert ist.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (91) zur Ansteuerung eine Drehwelle (18) umfasst.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass um den Hohlraum (21) mehrere Permanentmagnete (90, 91) zueinander beabstandet, vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander beabstandet, angeordnet sind.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Permanentmagneten (90, 91) Zwischenlagen (15), vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, vorgesehen sind.
Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass außenumfänglich die Permanentmagnet-Anordnung (9) von mindestens einer Abschirmung (32, 33) aus nicht magnetisierbarem Material umgeben ist.
Spritzgussmaschine mit einer Schließeinheit, einer Plastifiziereinheit, einem Maschinenbett sowie einer Steuerung, gekennzeichnet durch eine Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung (1) gemäß den vorhergehenden Ansprüchen.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmagnet-Spritzgussteils insbesondere unter Verwendung einer Verbundmagnet-Spritzgussvorrichtung gemäß den vorhergehenden Ansprüchen gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Hohlraums, in den geschmolzenes, Magnetpartikel enthaltendes Verbundmaterial eingespritzt werden soll, Bereitstellen einer Permanentmagnet-Anordnung, die den Hohlraum zumindest teilweise umgibt, Einstellen des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung durch Veränderung des Magnetfeldes von Bereichen der Permanentmagnet-Anordnung zueinander in eine erste Einstellung, bei der sich das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung in den Bereich des Hohlraums erstreckt, Einspritzen von geschmolzenem, Magnetpartikel enthaltendem Verbundmaterial in den Hohlraum, Aushärten des geschmolzenen, Magnetpartikel enthaltenden Verbundmaterial im Hohlraum zu einem Formteil, Umstellen des Magnetfeldes der Permanentmagnet-Anordnung durch Veränderung des Magnetfeldes der Bereiche der Permanentmagnet-Anordnung zueinander in eine zweite Einstellung, bei der sich das Magnetfeld der Permanentmagnet-Anordnung nicht oder zumindest nicht wesentlich in den Bereich des Hohlraums erstreckt, sowie Entformen des Formteils.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Einstellung die Polung von paarweisen Permanentmagneten der Permanentmagnet-Anordnung gleichgerichtet zueinander ist, und bei der zweiten Einstellung die Polung von paarweisen Permanentmagneten der Permanentmagnet-Anordnung entgegengesetzt zueinander ist.