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Die Erfindung betrifft einen Stempel für eine Spritzgusspressvorrichtung zur Umspritzung von Halbleiterbauelementen, wobei der Stempel einen Stempelkopf mit einer in dem Stempelkopf angeordneten Kammer aufweist. Innerhalb der Kammer ist ein über ein Druckmedium beaufschlagbares Druckelement angeordnet, wobei das Druckelement in mittelbarer Wirkverbindung mit einem elastischen Ringelement steht. Durch eine Druckbeaufschlagung des Druckelements ist das Ringelement zumindest abschnittsweise in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels verlagerbar, um gegen eine Innenwand einer den Stempel umgebenden Hohlwelle zu verspannen und/oder abzudichten. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Stempels in einer Spritzgusspressvorrichtung sowie eine Spritzgusspressvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Stempel.
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Vorrichtungen zum Spritzgießen sind grundsätzlich bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen ist vorgesehen, dass diese neben einem Spritzgusswerkzeug und einer mit dem Spritzgusswerkzeug gekoppelten Hohlwelle einen in der Hohlwelle hydraulisch verlagerbaren Kolben und/oder Stempel aufweisen. Der Kolben befördert ein in der Hohlwelle angeordnetes Spritzgussmaterial entlang der Hohlwelle in ein Spritzgusswerkzeug. Im beheizten Spritzgusswerkzeug geht das vorzugsweise feststoffartige Spritzgussmaterial in einen niederviskosen Zustand über, um das in dem Spritzgusswerkzeug angeordnete Werkstück zumindest abschnittsweise zu umschließen und/oder zu umhüllen. Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist, dass beim Einspritzen des Spritzgussmaterials in das vorgeheizte Spritzgusswerkzeug das niederviskose Spritzgussmaterial um den Stempelkopf herumfließen kann. Dies kann dazu führen, dass sich das Spritzgussmaterial um den Stempel herum absetzt und somit nicht ausreichend Material dem Spritzgusswerkzeug zur Umspritzung des Halbleiterbauteils zugeführt wird. Wenn sich das Spritzgussmaterial um den Stempel herum absetzt, muss der Stempel bei weiteren Zyklen mit einem höheren Druck verlagert werden. Ferner können die Materialablagerungen um den Stempel herum dazu führen, dass bei weiteren Zyklen eine erhöhte abrasive Nutzung des Stempels stattfindet, wodurch dieser schneller verschleißt.
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Aus der nachveröffentlichten Druckschrift
DE 10 2020 215 762 B3 ist ein Stempel für eine Spritzgussvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Stempel für eine Spritzgusspressvorrichtung bereitzustellen, der eine erhöhte Standzeit bzw. einen reduzierten Verschleiß aufweisen kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Stempel für eine Spritzgusspressvorrichtung vorgesehen, umfassend eine Stempelstange mit einem innerhalb der Stempelstange ausgebildeten Medienkanal, einem an einem distalen Ende der Stempelstange angeordneten Stempelkopf, wobei innerhalb des Stempelkopfes eine mit dem Medienkanal verbundene Kammer ausgebildet ist, auf einer Außenseite des Stempelkopfes eine umlaufende Nut ausgebildet ist, wobei die Kammer und die Nut über eine wenigstens eine Öffnung aufweisende Trennwand voneinander getrennt sind, ein in der Nut angeordnetes elastisches Ringelement, ein in der Kammer angeordnetes und/oder ausgebildetes Druckelement und ein in der Öffnung angeordnetes Druckübertragungselement, wobei über einen aufgebrachten Druck das Druckelement auf das Druckübertragungselement wirkt und eine Kraft auf das Ringelement ausübt, so dass dieses zumindest abschnittsweise in eine Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels verlagerbar ist, wobei das Druckübertragungselement mehrteilig ausgebildet ist, und das Druckübertragungselement eine in der Öffnung verlagerbar ausgebildete Buchse mit einer in der Buchse angeordneten Kugel aufweist, wobei die Kugel in Richtung des elastischen Ringelements ausgerichtet ist.
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Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Stempel für eine Spritzgusspressvorrichtung bereitgestellt wird. Die Spritzgusspressvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet und ausgebildet Halbleiterbauelemente mit einem Kunststoffmaterial zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, zu umspritzen und/oder zu umhüllen. Die Halbleiterbauelemente finden vorzugsweise Anwendung in einem Getriebesteuergerät eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Die Spritzgusspressvorrichtung kann auch als Vorrichtung zum Transfermolden oder insbesondere als Transfermold-Pressvorrichtung bezeichnet werden.
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Der Stempel umfasst eine Stempelstange mit einem innerhalb der Stempelstange ausgebildeten Medienkanal. Die Stempelstange ist vorzugsweise geradlinig, bzw. entlang einer Längsachse ausgebildet. Selbiges gilt für den Medienkanal innerhalb der Stempelstange. Die Stempelstange weist ein distales Ende auf. An dem distalen Ende der Stempelstange ist ein Stempelkopf ausgebildet und/oder angeordnet. Innerhalb des Stempelkopfes ist eine Kammer ausgebildet, wobei die Kammer mittelbar oder unmittelbar mit dem Medienkanal verbunden und/oder gekoppelt ist. Auf einer Außenseite des Stempelkopfes ist eine umlaufende Nut ausgebildet. Eine Nuttiefe der Nut ist vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels bzw. der Stempelstange angeordnet und/oder ausgebildet. Die in dem Stempelkopf ausgebildete Kammer und die umlaufende Nut sind über wenigstens eine Trennwand voneinander getrennt. Die Trennwand ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet. In der Trennwand ist wenigstens eine randgeschlossene Öffnung ausgebildet. Die Öffnung stellt somit eine Verbindung zwischen der Nut und der Kammer her. In der Nut ist ein elastisches Ringelement vorgesehen bzw. angeordnet. Zudem ist in der Kammer ein Druckelement angeordnet. Weiterhin ist vorgesehen, dass in der Öffnung ein Druckübertragungselement angeordnet ist.
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Wird nun über den Medienkanal ein Fluid oder ein Gas, wie beispielsweise Luft, in die Kammer eingebracht und ein Druck in der Kammer aufgebaut, so dehnt und/oder verformt sich das Druckelement und weicht zumindest abschnittsweise in die Öffnung aus. In der Öffnung wirkt das Druckelement wiederum auf das Druckübertragungselement, welches eine Kraft auf das Ringelement ausübt. Durch die wirkende Kraft wird das elastische Ringelement zumindest abschnittsweise in eine Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels verlagert.
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Durch die zumindest abschnittsweise Verlagerung des elastischen Ringelements in der Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels, kann - sofern der Stempel in einer Hohlwelle einer Spritzgusspressvorrichtung angeordnet ist - eine Abdichtungen und/oder Verspannung des Ringelements gegen eine Innenseite der Hohlwelle ermöglicht werden. Bedingt dadurch, dass das Druckelement einerseits mit Druck beaufschlagt werden kann und der Druck auch wieder abgelassen werden kann, kann somit der Anpressdruck des elastischen Ringelements an die Innenseite der Hohlwelle verändert werden. Bei einer Verlagerung des Stempels innerhalb der Hohlwelle in Längsachse der Hohlwelle kann somit die Abrasivität des Stempels reduziert sein, sodass die Langlebigkeit des Stempels bzw. dessen Standzeit erhöht ist.
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Erfindungsgemäß ist das Druckübertragungselement mehrteilig ausgebildet ist. Denkbar ist somit, dass das Druckübertragungselement aus mehr als zwei Teilen besteht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Druckübertragungselement aus zwei Teilen, drei Teilen oder sogar mehr als drei Teilen ausgebildet ist. Weiterhin ist denkbar, dass die unterschiedlichen Teile aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind.
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Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass das Druckübertragungselement eine in der Öffnung verlagerbar ausgebildete Buchse mit einer in der Buchse angeordneten Kugel aufweist, wobei die Kugel in Richtung des elastischen Ringelements ausgerichtet ist. Wird in der Kammer ein Druck erzeugt, so wirkt das Druckelement auf die Buchse. Die Buchse erfährt innerhalb der Öffnung eine Verlagerung in der Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels. Ebenso verlagert sich die in der Buchse angeordnete Kugel, die auf das elastische Ringelement wirkt. Durch die Ausbildung der Kugel als Kraftübertragungselement zwischen der Buchse und dem elastischen Ringelement kann die Reibung zum elastischen Ringelement reduziert werden. Somit können Beschädigungen des Ringelements reduziert werden, wodurch die Langlebigkeit des Stempels bzw. dessen Standzeit erhöht werden kann.
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Vorzugsweise weist das Druckelement in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Stempels eine kreisringförmige Ausgestaltung auf. Auf diese Weise kann das Druckelement vorzugsweise in dessen radialer Richtung einen gleichmäßigen Druck aufbauen und eine gleichmäßige Dehnung bzw. Verformung erfahren, um den mit dem Druckelement in mittelbarer Wirkverbindung stehenden elastischen Ring zumindest abschnittsweise in radialer Richtung, bzw. in Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels nach außen zu verlagern.
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Besonders bevorzugt kann das Druckelement als eine elastische Membran oder eine elastische Folie ausgebildet sein, die vorteilhafterweise stoffschlüssig auf einer Innenseite der Trennwand, die auf einer der Längsachse des Stempels bzw. Stempelkopfes zugewandten Seite ausgebildet ist, angeordnet ist.
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Das elastische Ringelement und/oder das elastische Druckelement sind vorzugsweise aus einem Kautschuk, insbesondere aus einem synthetisch hergestellten Kautschuk ausgebildet. Besonders bevorzugt sind das elastische Ringelement und/oder das elastische Druckelement aus Perfluorkautschuk (FFKM) oder Fluorkautschuk (FKM) hergestellt. Perfluorkautschuk weist eine erhöhte chemische und erhöhte Temperaturbeständigkeit auf, was insbesondere in einer Spritzgusspressvorrichtung von Vorteil ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass eine Dicke des Druckübertragungselements in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels keiner oder gleich einer Tiefe der Öffnung in der Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels ist. Mit anderen Worte kann sich das Druckelement über die gesamte Tiefe der Öffnung in der Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels erstrecken. Somit kann der in der Kammer aufgebrachte Druck über das Druckelement unmittelbar bzw. sehr schnell auf Druckübertragungselement und das Ringelement übertragen werden. Denkbar ist jedoch auch, dass eine Dicke des Druckübertragungselements kleiner ist als die Tiefe der Öffnung. Somit verzögert sich die Übertragung des Drucks bzw. der Kraft von dem Druckelement über das Druckübertragungselement auf das Ringelement.
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In diesem Zusammenhang kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Druckelement und das Druckübertragungselement aus dem gleichen Material ausgebildet sind und/oder das gleiche Material aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckübertragungselement verschieden von dem Druckelement ist. Mit anderen Worten sind das Druckübertragungselement und das Druckelement zwei voneinander verschiedene und/oder getrennte Teile. Dies kann vorteilhaft sein, wenn für das Druckelement und das Druckübertragungselement verschiedene Materialien vorgesehen sind. Vorteilhaft kann dann vorgesehen sein, dass die Materialsteifigkeit des Druckübertragungselements größer ist als die Materialsteifigkeit des Druckelements, um eine schnelle und unmittelbare Kraftübertragung auf das elastische Ringelement zu ermöglichen.
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Grundsätzlich kann das Druckübertragungselement einteilig ausgebildet sein. Dies ist dann in der wenigstens einen Öffnung verlagerbar angeordnet.
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Bei der Mehrteiligkeit des Druckübertragungselements kann weiter vorgesehen sein, dass ein Teil des Druckübertragungselement elastische Eigenschaften aufweist und besonders bevorzugt einteilig mit dem Druckelement ausgebildet ist. Ein zweiter Teil des Druckübertragungselements kann durch die Buchse und Kugel ausgebildet sein. Somit kann eine gewisse Führung und präzise Krafteinleitung über den ersten Teil des Druckübertragungselements auf den zweiten Teil des Druckübertragungselements erfolgen.
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Das Druckübertragungselement kann vorzugsweise aus einem Elastomer und/oder aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Buchse aus Kupfer oder Messing ausgebildet sein und/oder eine Messinglegierung aufweisen. Eine Buchse aus Messing und/oder einer Messinglegierung hat einen gewissen Selbstschmierungseffekt, wodurch die Buchse verlagerbar in der Öffnung angeordnet ist. Denkbar ist, dass die Kugel aus Stahl ausgebildet ist.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass eine Leibung der Öffnung in der Trennwand kehlförmig und/oder abgerundet ausgebildet ist. Auf diese Weise können scharfe Kanten im Bereich der Öffnung vermieden werden, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Druckelements beim Ausdehnen und Ausweichen durch die Öffnung reduziert werden kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Trennwand eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist. Die Mehrzahl der Öffnungen sind in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Stempelkopfes zueinander beabstandet angeordnet. Auf diese Weise kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Dehnung des elastischen Ringelements bewirkt werden, wodurch eine erhöhte Dichtwirkung der Abdichtung gegen eine Innenseite einer Hohlwelle, in der der Stempel axial verlagerbar angeordnet ist, erzielt werden kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nut eine Nuttiefe aufweist, und das elastische Ringelement eine Ringstärke aufweist, wobei die Ringstärke in einem Ausgangszustand des elastischen Ringelements gleich der Nuttiefe oder größer als die Nuttiefe ist. Mit anderen Worten weist die Nut eine Nuttiefe auf, wobei sich die Nuttiefe in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Stempels erstreckt. Das elastische Ringelement ist in der Nut angeordnet und weist eine Ringstärke auf, wobei die Ringstärke sich ebenfalls auf eine Richtung bezieht, die senkrecht zur Längsachse des Stempels ausgerichtet ist. Wenn das Ringelement in der Nut angeordnet ist, und nicht in Wirkverbindung mit dem Druckelement steht, ist die Ringstärke gleich der Nuttiefe oder größer als die Nuttiefe. In der Regel ist vorgesehen, dass die Ringstärke etwas größer ist als die Nuttiefe. Auf diese Weise kann auch bei einer Nichtbeaufschlagen des Druckelements eine geringe Abdichtwirkung des Stempelkopfes über das elastische Ringelement gegenüber einer Innenwandung einer Hohlwelle, in der der Stempel axial verlagerbar angeordnet ist, erzielt werden.
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Grundsätzlich kann der Medienkanal innerhalb der Stempelstange derart ausgebildet sein, dass ein Druckmedium, vorzugsweise ein gasförmiges Druckmedium oder ein fluides Druckmedium, dem Stempelkopf zugeführt werden kann. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Medienkanal koaxial zur Längsachse der Stempelstange ausgebildet ist. Die Stempelstange kann somit vorzugsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Eine derartige Stempelstange ist preiswert herstellbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stempelkopf stoffschlüssig, formschlüssig, und/oder kraftschlüssig auf dem distalen Ende der Stempelstange angeordnet ist. Eine stoffschlüssige Verbindung kann vorzugsweise eine Klebeverbindung und/oder eine Schweißverbindung sein. Besonders bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Verbindung von Stempelkopf und Stempelstange eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung ist. Hierunter ist vorzugsweise ein Schraubverbindung zu verstehen. Über eine Schraubverbindung kann der Stempelkopf, sofern er verschlissen sein sollte, in einfacher Weise von der Stempelstange gelöst und ersetzt werden. Auf diese Weise können insbesondere die Betriebskosten des Stempels bzw. der Spritzgusspressvorrichtung reduziert sein, da Verschleißteile in einfacher Weise ausgetauscht werden können.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stempelkopf über und/oder mit Hilfe einer ersten Zentriereinrichtung koaxial zu einer Längsachse der Stempelstange ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann eine hohe Präzision zur Anordnung des Stempelkopfes auf der Stempelstange ermöglicht werden. Die erste Zentriereinrichtung kann vorzugsweise einen umlaufenden Falz aufweisen, der auf einer Stirnseite des distalen Endes ausgebildet ist, die dem Stempelkopf zugewandt ist. Hierzu weist der Stempelkopf auf einer Stirnseite, die dem distalen Ende zugewandt ist, eine entsprechende Materialausnehmung in Form einer Gegenfalz auf, so dass die Falz des distalen Endes in die Gegenfalz eingreifen kann. Auf diese Weise kann eine hohe Zentriergenauigkeit zwischen Stempelkopf und Stempelstange ermöglicht werden.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Stempelstange und der Stempelkopf jeweils zylinderförmig ausgebildet sind, der Stempelkopf koaxial zur Stempelstange angeordnet ist, und ein Außendurchmesser des Stempelkopfes größer ist als ein Außendurchmesser der Stempelstange.
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Denkbar ist, dass der Stempelkopf einteilig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Stempelkopf als solches aus wenigen Bauteilen besteht, preiswert herstellbar ist, eine erhöhte Toleranzgenauigkeit aufweist, und als einteiliges Gebilde einfach austauschbar ist, da lediglich eine Verbindung zur Stempelstange gelöst werden muss, sofern der Stempelkopf verschlissen sein sollte. Einteilig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der gesamte Stempelkopf aus einem Material hergestellt bzw. aus einem Block gefräst ist. Denkbar ist auch, dass der Stempelkopf gegossen ist, oder mittels eines additiven Verfahrens einteilig herstellt ist.
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Alternativ zur einteiligen Ausbildung des Stempelkopfes liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass der Stempelkopf mehrteilig ausgebildet ist, und wenigstens ein Verbindungsteil und ein Abdichtteil aufweist, wobei das Verbindungsteil zwischen dem Abdichtteil und der Stempelstange angeordnet ist, und zumindest das Abdichtteil die umlaufende Nut und/oder die Kammer ausbildet. Durch die mehrteilige Ausbildung des Stempelkopfes kann das Druckelement in einfacher Weise in die Kammer des Abdichtteils eingesetzt werden. Auf diese Weise kann eine einfache Montage des gesamten Stempelkopfes erfolgen.
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In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Verbindungsteil die Kammer auf einer der Stempelstange zugewandten Seite der Kammer begrenzt. Mit anderen Worten ist zunächst vorgesehen, dass in die Kammer des Abdichtteils das Druckelement auf die Innenseite der Trennwand stoffschlüssig angeordnet wird. Im Anschluss daran wird auf das Abdichtteil das Verbindungsteil aufgesetzt, so dass das Verbindungsteil zumindest an einer Seite die Kammer begrenzt. Das Druckelement ist folglich in der Kammer angeordnet und kann, bezogen auf die Längsachse des Stempels, aus der Kammer nicht entweichen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil und das Abdichtteil formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Eine stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Klebeverbindung und/oder eine Schweißverbindung. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil und das Abdichtteil miteinander verschraubt sind, worunter eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung verstanden wird. Die Schraubverbindung ist einfach und preiswert herstellbar. Zudem kann auf diese Weise in einfacher Weise das Abdichtteil mit dem Verbindungsteil nach dem Einsetzen bzw. der Anordnung des Druckelements in die Kammer verbunden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil und das Abdichtteil über eine zweite Zentriereinrichtung zueinander zentriert ausgerichtet sind. Die zweite Zentriereinrichtung kann falzförmig ausgebildet sein. Hierzu ist auf einer dem Abdichtteil ausgebildeten Stirnseite des Verbindungsteils vorzugsweise eine umlaufende Falz ausgebildet. Korrespondierend zu dieser umlaufenden Falz ist auf einer Stirnseite des Abdichtteils, welche dem Verbindungsteil zugewandt ist, ein umlaufender Vorsprung bzw. eine Gegenfalz ausgebildet. Der Vorsprung greift in die umlaufende Falz ein und zentriert auf diese Weise das Verbindungsteil und das Abdichtteil zueinander.
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Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt eine Verwendung des erfindungsgemäßen Stempels in einer Spritzgusspressvorrichtung zur Umspritzung von Halbleiterbauelementen, wobei der Stempel in einer Hohlwelle in axialer Richtung der Hohlwelle verlagerbar angeordnet ist, und das Ringelement bei Druckbeaufschlagung zumindest abschnittsweise gegen eine Innenseite der Hohlwelle verspannbar und/oder abdichtbar ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung in einem dritten Aspekt eine Spritzgusspressvorrichtung zur Umspritzung von Halbleiterbauelementen eines Getriebesteuergeräts mit dem erfindungsgemäßen Stempel.
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Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale des Stempels auch Merkmale der Verwendung des Stempels oder auch Merkmale der Spritzgusspressvorrichtung sein können. Dies gilt auch umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Stempel im Bereich des Stempelkopfes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine dreidimensionale Ansicht eines Abdichtteils des Stempels mit Öffnungen und in den Öffnungen angeordneten Druckübertragungselementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 3 eine dreidimensionale Ansicht des Abdichtteils mit einem Druckelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 einen Längsschnitt durch den Stempel im Bereich des Stempelkopfes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 eine Außenansicht des Stempelkopfes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 6 eine dreidimensionale Ansicht des Stempelkopfes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 7 eine dreidimensionale Ansicht eines Stempelkopfes mit in den Öffnungen eingesetzten Buchsen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist ein Längsschnitt durch eine Stempel 10 für eine Spritzgusspressvorrichtung (nicht dargestellt) gezeigt. Der Stempel 10 umfasst eine Stempelstange 12 mit einem innerhalb der Stempelstange12 ausgebildeten Medienkanal 14. Die Stempelstange 12 ist geradlinig ausgebildet, bzw. verläuft entlang einer Längsachse 16 ausgebildet. Der Medienkanal 14 ist koaxial zur Längsachse 16 der Stempelstange 12 angeordnet.
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Die Stempelstange 12 weist ein distales Ende 18 auf. An dem distalen Ende 18 der Stempelstange 12 ist ein Stempelkopf 20 angeordnet. Innerhalb des Stempelkopfes 20 ist eine Kammer 22 ausgebildet, wobei die Kammer 22 mittelbar oder unmittelbar mit dem Medienkanal 14 verbunden und/oder gekoppelt ist. Auf einer Außenseite 24, die parallel zur Längsachse 16 verläuft, des Stempelkopfes 20 ist eine umlaufende Nut 26 ausgebildet. Eine Nuttiefe der Nut 26 ist in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 16 des Stempels 10 bzw. der Stempelstange 12 angeordnet und/oder ausgebildet. Die in dem Stempelkopf 20 ausgebildete Kammer 22 und die umlaufende Nut 26 sind über wenigstens eine Trennwand 28 voneinander getrennt. Die Trennwand 28 ist umlaufend ausgebildet. In der Trennwand 28 sind eine Mehrzahl von zueinander beabstandeter, randgeschlossener Öffnungen 30 ausgebildet. Die Öffnungen 30 stellen somit eine Verbindung zwischen der Nut 26 und der Kammer 22 her. In der Nut 26 ist ein elastisches Ringelement 32 angeordnet. Ferner ist in der Kammer 22 ein dehnbares Druckelement 34 angeordnet. In der Öffnung 30 ist ein Druckübertragungselement 35 angeordnet. Das Druckübertragungselement 35 stellt folglich eine Wirkverbindung zwischen dem Druckelement 34 und dem elastischen Ringelement 32 her. Wird nun über den Medienkanal 14 ein Druckmedium, beispielsweise ein gasförmiges Medium wie Luft, oder ein Fluid, zugeführt, und wird in der Kammer 22 ein Druck aufgebaut, so verformt bzw. dehnt sich das Druckelement 34 und weicht zumindest abschnittsweise in die Öffnung 30 aus. Es wirkt auf das Druckübertragungselement 35, welches eine Verlagerung in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 16 des Stempels 10 erfährt. Durch die Verlagerung des Druckübertragungselements 35 wirkt eine Kraft 56 auf das elastische Ringelement 32, so dass dieses eine Dehnung erfährt und zudem eine Verlagerung in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 16 des Stempels 10.
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Durch die zumindest abschnittsweise Verlagerung des elastischen Ringelements 32 in der Richtung senkrecht zur Längsachse 16 des Stempels 10, kann - sofern der Stempel 10 in einer Hohlwelle einer Spritzgusspressvorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet ist - eine Abdichtungen und/oder Verspannung des Ringelements 32 gegen eine Innenseite der Hohlwelle ermöglicht werden. Bedingt dadurch, dass das Druckelement 34 einerseits mit Druck beaufschlagt werden kann und der Druck auch wieder abgelassen werden kann, kann somit der Anpressdruck des elastischen Ringelements 32 an die Innenseite der Hohlwelle verändert werden. Bei einer Verlagerung des Stempels 10 innerhalb der Hohlwelle in Längsrichtung der Hohlwelle kann somit die Abrasivität des Stempels 10 bzw. des Ringelements 32 reduziert sein, sodass die Langlebigkeit des Stempels 10 bzw. dessen Standzeit erhöht ist.
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Der Stempelkopf 20 ist mehrteilig ausgebildet und weist wenigstens ein Verbindungsteil 36 und ein Abdichtteil 38 auf, wobei das Verbindungsteil 36 zwischen dem Abdichtteil 38 und der Stempelstange 12 angeordnet ist. Das Abdichtteil 38 weist die umlaufende Nut 26 auf und bildet zumindest größtenteils die Kammer 22 aus. Durch die mehrteilige Ausbildung des Stempelkopfes 20 kann das Druckelement 34 in einfacher Weise in die Kammer 22 des Abdichtteils 38 angeordnet werden. Auf diese Weise kann eine einfache Montage des gesamten Stempelkopfes 20 erfolgen. Vorliegend liegt das ringförmig ausgebildete elastische Druckelement 34 an einer Innenseite 39 der Trennwand 28 mediendicht an.
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Das Verbindungsteil 36 ist auf dem distalen Ende 18 der Stempelstange 12 aufgeschraubt. Hierzu sind an dem distalen Ende 18 der Stempelstange 12 und auf einer der Stempelstange 12 zugewandten Stirnseite des Verbindungsteils 36 entsprechende erste Gewinde 40 ausgebildet. Über die Schraubverbindung kann der gesamte Stempelkopf 20, sofern er verschlissen sein sollte, in einfacher Weise von der Stempelstange 12 gelöst und ersetzt werden. Auf diese Weise können die Betriebskosten des Stempels 10 bzw. der Spritzgusspressvorrichtung reduziert sein, da Verschleißteile in einfacher Weise ausgetauscht werden können.
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An dem distalen Ende 18 der Stempelstange 12 und auf der ersten Stirnseite des Verbindungsteils 36 ist eine erste Zentriereinrichtung 42 angeordnet, so dass der Stempelkopf 20 koaxial zu Längsachse 16 der Stempelstange 12 ausgerichtet werden kann. Die erste Zentriereinrichtung 42 umfasst einen umlaufenden Falz, der auf einer Stirnseite des distalen Endes 18 ausgebildet ist, die dem Stempelkopf 20 zugewandt ist. Zudem weist der Verbindungsteils 36 auf der der Stempelstange 12 zugewandten Stirnseite eine entsprechende Materialausnehmung in Form einer Gegenfalz auf, so dass die Falz des distalen Endes 18 in die Gegenfalz eingreifen kann. Auf diese Weise kann eine hohe Zentriergenauigkeit zwischen Stempelkopf 20 und Stempelstange 12 ermöglicht werden.
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Die Stempelstange 12 und der Stempelkopf 20 sind jeweils zylinderförmig ausgebildet sind, der Stempelkopf 20 ist dabei koaxial zur Stempelstange 12 angeordnet. Ein Außendurchmesser des Stempelkopfes 20 ist größer ist als ein Außendurchmesser der Stempelstange 12.
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Das Abdichtteil 38 ist über eine zweite Gewindeeinrichtung 44 und eine zweite Zentriereinrichtung 46 auf dem Verbindungsteil 36 aufgeschraubt. Somit kann, bevor das Abdichtteil 38 auf dem Verbindungsteil 36 befestigt wird, zunächst das Druckelement 34 in der Kammer 22 angeordnet werden. Durch das Aufschrauben der des Abdichtteils 38 auf das Verbindungsteil 36 wird die Kammer in Längsachse 16 des Stempels 10 begrenzt. Das Druckelement 34 ist folglich in der Kammer 22 angeordnet und kann aus der Kammer 22 in dessen Längsachse 16 nicht entweichen.
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Die zweite Zentriereinrichtung 46 ist falzförmig ausgebildet. Hierzu ist auf einer dem Abdichtteil 38 zugewandten Stirnseite des Verbindungsteils 36 vorzugsweise eine umlaufende Falz ausgebildet. Korrespondierend zu dieser umlaufenden Falz ist auf einer Stirnseite des Abdichtteils 38, welche dem Verbindungsteil 36 zugewandt ist, ein umlaufender Vorsprung bzw. eine Gegenfalz ausgebildet. Der Vorsprung greift in die umlaufende Falz ein und zentriert auf diese Weise das Verbindungsteil 36 und das Abdichtteil 38 zueinander.
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Die Nut 26 weist die Nuttiefe auf, und das elastische Ringelement 32 hat eine Ringstärke, wobei die Ringstärke in einem Ausgangszustand des elastischen Ringelements 32 größer als die Nuttiefe ist. Mit anderen Worten weist die Nut 26 eine Nuttiefe auf, wobei sich die Nuttiefe in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 16 des Stempels 10 erstreckt. Das elastische Ringelement 32 ist in der Nut 26 angeordnet und weist eine Ringstärke auf, wobei die Ringstärke sich ebenfalls auf eine Richtung bezieht, die senkrecht zur Längsachse 16 des Stempels 10 ausgerichtet ist. Wenn das Ringelement 32 in der Nut 26 angeordnet ist, und nicht in Wirkverbindung mit dem Druckelement 34 steht, also kein Druck auf das Druckelement 34 wirkt, ist die Ringstärke größer als die Nuttiefe. Auf diese Weise kann auch bei einer Nichtbeaufschlagen des Druckelements 34 eine geringe Abdichtwirkung des Stempelkopfes 20 über das elastische Ringelement 32 gegenüber einer Innenwandung einer Hohlwelle (nicht dargestellt), in der der Stempel 10 axial verlagerbar angeordnet ist, erzielt werden.
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Die Kammer 22 ist im Querschnitt kreisförmig ausgebildet und wird durch die ringförmig ausgebildete Trennwand 28, insbesondere durch die in radialer Richtung nach innen gerichteten Innenseite 39 der Trennwand 28, in radialer Richtung begrenzt. An eine in radialer Richtung des Stempelkopfes 20 nach außen gerichtete Außenseite 50 der Trennwand 28 grenzt die Nut 26 an. Die Außenseite 50 bildet somit einen Nutgrund 52 der Nut 26 aus.
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In der Trennwand 28 sind die Mehrzahl von Öffnungen 30 in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Eine Öffnung 30 ist randgeschlossen und erstreckt sich von der Innenseite 39 zur Außenseite 50. Eine Leibung 54 einer Öffnung 30 in der Trennwand 28 ist vorzugsweise, ausgehend von der Innenseite 39, kehlförmig und/oder abgerundet ausgebildet. Auf diese Weise können scharfe Kanten im Bereich der Öffnung 30 vermieden werden, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Druckelements 34 beim Ausdehnen und Ausweichen in die Öffnung 30 reduziert werden kann.
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In 2 ist eine dreidimensionale Ansicht des Abdichtteils 38 gezeigt, wie es zuvor in 1 schematisch dargestellt wurde. In der auf der Außenseite 24 ausgebildeten Nut 26 ist das elastische Ringelement 32 angeordnet. Die Öffnungen 30 der Trennwand 28 sind oval ausgebildet. In den Öffnungen 30 ist jeweils ein Druckübertragungselement 35 aus einem Elastomer angeordnet. Weiterhin sind die zweite Gewindeeinrichtung 44 und die zweite Zentriereinrichtung 46 zur Verbindung mit dem Verbindungsteil 36 ersichtlich.
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3 zeigt das aus 2 bekannte Abdichtteil 38, wobei nunmehr innerhalb der Kammer 22 auf der Innenseite 39 der Trennwand 28 das ringförmig ausgebildete Druckelement 34 stoffschlüssig angeordnet ist. Wird nun ein Druck innerhalb der Kammer 22 aufgebaut, so verformt sich das Druckelement 34 zumindest abschnittsweise. Es wirkt auf das Druckübertragungselement 35 innerhalb der Öffnungen 30. Das Druckübertragungselement 35 wirkt auf das elastische Ringelement 32 und verlagert dies zumindest abschnittsweise und/oder teilweise in Richtung senkrecht zur Längsachse 16 des Stempels 10.
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In 4 ist ein Querschnitt durch den Stempel 10 im Bereich des Stempelkopfes 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das gezeigte Abdichtteil 38 des Stempelkopfes 20 kann entweder unmittelbar oder mittelbar mit der Stempelstange 12 kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden werden.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel überwiegend in der Ausbildung des Druckübertragungselements 35. Die Ausbildung der Druckübertragungselements 35 hat Auswirkungen auf die Dicke des Trennelements 28 und somit auch auf den Durchmesser der Kammer 22, vorausgesetzt die Außenabmessungen der verschiedenen Stempel 10 bleiben gleich.
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Das Abdichtteil 38 weist auf dessen Außenseite 24 die umlaufende Nut 26 mit dem darin angeordneten elastischen Ringelement 32 auf. Die Kammer 22 und die Nut 26 werden über die Trennwand 28 voneinander getrennt, wobei in der Trennwand 28 mehrere Öffnungen 30 angeordnet sind. Die Öffnungen 30 sind in Umfangsrichtung des Abdichtteils 38 in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Innerhalb der Kammer 22 ist auf der Innenseite 39 der Trennwand 28 das Druckelement 34 vorzugsweise stoffschlüssig angeordnet. In jeder Öffnung 30 ist ein mehrteiliges Druckübertragungselement 35 angeordnet.
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In dem Ausführungsbeispiel umfasst das mehrteilige Druckübertragungselement 35 eine in der Öffnung verlagerbar angeordnete Buchse 58 sowie eine in der Buchse 58 angeordnete Kugel 60, wobei die Kugel 60 in Richtung Nutgrund 52 gerichtet ist und in Wirkverbindung mit dem elastischen Ringelement 32 steht. Die Kugel 60 reduziert die Reibung zwischen dem Druckübertragungselement 35 und dem elastischen Ringelement 32. Somit kann die Langlebigkeit des Ringelements 32 erhöht werden. Zudem ist ersichtlich, dass das Druckelement 34 einen Vorsprung 62 aufweist, der in die Öffnung 30 hineinragt und gegen die Buchse 58 wirkt. Der Vorsprung 62 ist rein optional. Dieser in die Öffnung 30 hineinragende Vorsprung 62, im nicht beaufschlagten Zustand des Druckelements 34, wird ebenfalls als Druckübertragungselement 35 angesehen. Der Vorsprung 62 ist vorliegend einstückig mit dem Druckelement 34 ausgebildet.
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In 5 ist eine Ansicht des Abdichtteils 38 gezeigt. in der Trennwand 28 sind die Mehrzahl der Öffnungen 30 in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Abdichtteils 38 zueinander angeordnet. Die Öffnungen 30 haben eine runde beziehungsweise kreisförmige Ausgestaltung. Unterhalb des Abdichtteils 38 bzw. neben dem Abdichtteil 38 sind eine Mehrzahl von Buchsen 58 zur Anordnung in den Öffnungen 30 dargestellt.
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In 6 ist eine dreidimensionale Darstellung des Abdichtteils 38 gezeigt. In der Kammer 22 fehlt noch die Anordnung des Druckelements 34 auf der Innenseite 39 der Trennwand 28. Des Weiteren wurden die Buchsen 58, die unterhalb des Abdichtteils 38 bzw. neben dem Abdichtteil 38 dargestellt sind, noch nicht in die Öffnungen 30 eingesetzt.
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In 7 ist eine Ansicht des Abdichtteils 38 dargestellt, wie es aus 5 und 6 bekannt ist. Nunmehr sind jedoch die Buchsen 58 in den Öffnungen 30 verlagerbar angeordnet. Es fehlen noch die Kugeln 60 zur Anordnung innerhalb der Buchsen 58, die dann in Wirkverbindung mit dem elastischen Ringelement 32 stehen.
