DE10216314B4

DE10216314B4 - Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffformteilen

Info

Publication number: DE10216314B4
Application number: DE2002116314
Authority: DE
Inventors: Michael Conze
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2022-04-13
Also published as: DE10216314A1

Abstract

Vorrichtung zum Spritzgießen von Hinterschneidungen oder Hohlräume umfassenden Kunststoffformteilen mit einer Schiebereinrichtung, welche
– einen relativ zum Spritzgießwerkzeug bewegbaren Schieber und
– eine sich an einem festen Fußpunkt abstützende Schieberbetätigungseinrichtung
umfasst, gekennzeichnet durch eine zwischen freiem Schieberende (224) und einem der Werkzeughälfte (204) zugeordneten festen Fußpunkt (222) angeordnete Lageänderungseinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Hinterschneidungen oder Hohlräume umfassenden Kunststoffformteilen mit einer Schiebereinrichtung, welche einen relativ zum Spritzgießwerkzeug bewegbaren Schieber und eine sich an einem festen Fußpunkt abstützende Schieberbetätigungseinrichtung umfasst.

Derartige Einrichtungen weisen quer zu der Öffnungsrichtung der Werkzeughälften entsprechenden Längsachse des Spritzgießwerkzeuges verstellbare Formschieber zur Ausformung von Hinterschneidungen und/oder Hohlräumen auf, welche nach dem Einspritzen und ausreichendem Erhärten des Kunststoffes zurückziehbar sind, so dass eine Entformung des Werkstückes möglich ist.

Insbesondere im Automobilbereich werden besonders hochwertige Hinterschneidungen und/oder Hohlräume umfassende Kunststoffformteile auch für den Kfz-Außenbereich hergestellt; diese Bauteile werden in nachfolgenden Arbeitsgängen häufig lackiert, es schließt sich ein Trocknungsprozess an.

Aufgrund der besonderen Qualitätsanforderungen an die Bauteiloberfläche werden notwendige Schieber nach Möglichkeit im Bereich nicht sichtbarer Seiten des Bauteils vorgesehen, so dass Schieberabdrücke den sichtbaren Bauteilbereich nicht beeinträchtigen.

Die mit einem Schieberabdruck verbundenen Kanten bedingen bei Werkstoffabkühlung im Werkstoff eingefrorene Spannungen, welche bei einem nachfolgendem Lackier- und insbesondere beim anschießenden Trocknungsprozess frei werden, so dass sich Schieberabdrücke leicht auf der Sichtseite des Bauteiles abzeichnen können. Die Folge ist eine verminderte Bauteilwertigkeit bis hin zum Ausschuss.

Um diesem Problem zu begegnen, erfolgt derzeit eine sehr aufwändige Abstimmung von Werkzeug und Schieber, indem Probebauteile hergestellt werden. Die schieberbedingten Kantensprünge im Bereich des Schieberabdruckes werden vermessen, wobei die ermittelten Werte die Basis für eine mechanische Nachbearbeitung des Formschiebers bilden. Zur Nachbearbeitung ist es in der Regel notwendig, das Werkzeug zu zerlegen, da der Schieber – falls er zu weit in den Formhohlraum hineinragt – verkürzt werden muss, indem spanend Material abgetragen wird bzw. der Schieber – falls er zu kurz ist – verlängert werden muss, indem beispielsweise mittels Auftragsschweißen Material aufgetragen werden muss.

Diese Vorgehensweise dauert sehr lange und ist mit einem sehr großen Aufwand verbunden, zumal gegebenenfalls mehrere Versuche und Schiebernachbearbeitungen notwendig sind, bis der Schieber die genaue gewünschte Länge aufweist, so dass sehr hohe Kosten entstehen; das Verfahren ist aufgrund der Prozesskette mit einem hohen Fehlerpotential behaftet. Hinzu kommt, dass eine wie beschriebene Einstellung nicht nur einmal, sondern beispielsweise aufgrund von Setzvorgängen im Betrieb in regelmäßigen Abständen erneut erfolgen muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereit zu stellen, welche schnell und kostengünstig mit geringem Aufwand und unter Vermeidung eines unnötig hohen Fehlerpotentials die Lageeinstellung eines Formschiebers bei einem eingangs genannten Spritzgießwerkzeug ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die zugrunde liegende Idee die Anordnung einer Lageänderungseinrichtung zwischen freiem Schieberende und festem Fußpunkt umfasst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lageänderungseinrichtung ein thermisches Lageänderungselement. Als sehr zweckmäßig ist auch die Verwendung eines piezoelektrisches Lageänderungselement anzusehen.

Für den Fall, dass die Lageänderungseinrichtung ein thermisches Lageänderungselement umfasst, ist es sehr vorteilhaft, wenn die thermische Lageänderungselement eine Heiz- und/oder eine Kühleinrichtung umfasst.

Die mittels der Lageänderungseinrichtung erreichbare Lageränderung der Schiebereinrichtung liegt günstigerweise im Bereich einiger Mikrometer bis weniger Millimeter, insbesondere im 1/100-mm-Bereich.

Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen
1 einen konventionellen Werkzeugaufbau ohne Lageänderungseinrichtung und
2 einen erfindungsgemäßen Werkzeugaufbau mit Lageänderungseinrichtung.
Einen konventionellen Werkzeugaufbau ohne Lageänderungseinrichtung zeigt 1. Das Spritzgießwerkzeug 100 umfasst eine düsenseitige Werkzeughälfte 102 und eine auswerferseitige Werkzeughälfte 104, welche mit einem Formschieber 106 versehen ist. Der Formschieber 106 ist über eine spielbehaftete Kupplung 114 mit einer Kolbenstange 116 gekoppelt und entsprechend der Pfeilrichtung a relativ zur auswerferseitigen Werkzeughälfte 104 verschiebbar.
Bei geschlossenen Formhälften 102, 104 bilden diese wie in der Figur dargestellt gemeinsam mit dem Formschieber 106 einen Formraum, in welchen schmelzflüssiger Spritzgießwerkstoff eingespritzt wird. Der Schieber 106 befindet sich dabei in eine vollständig ausgefahrenen Position und ist mittels einer in Pfeilrichtung b verschiebbaren Arretierung 118 verriegelt. Der Schieber ist so zwischen der keilförmigen Arretierung 118 einerseits und Druckplatten 112a, 112b andererseits festgelegt, wobei die erforderliche genaue Positionierung des Schiebers relativ zur Werkzeughälfte 104 mittels der absolut ebenen, feingeschliffenen Druckplatten 112a, 112b in Verbindung mit der Keilform der Arretierung 118 erfolgt. Die mit Einspritzen des Formwerkstoffes in den Formraum auf den Schieber wirkenden Druckkräfte werden demnach nicht über die Koppelstange 116 auf den hier nicht näher gezeigten Schieberaktuator übertragen, sondern von der Arretierung 118 abgefangen und am Werkzeug 104 abgestützt.
Nachdem der eingespritzte Formwerkstoff bei geschlossenen Formhälften 102, 104 ausreichend ausgehärtet ist, wobei zur gesteuerten/beschleunigten Abkühlung Kühlbohrungen 110 vorgesehen sind, wird die Arretierung 118 gelöst, so dass der Schieber 106 mittels des Schieberaktuators zurückgezogen werden kann. Der Schieber 106 ist passgenau im Werkzeug 104 geführt, weshalb die Koppelstange 116 mit dem Schieber 106 spielbehaftet mittels einer Kupplung 114 verbunden ist; Zug- bzw. Druckkräfte sind übertragbar, ein Verkanten des Schiebers 106 ist wirksam verhindert. Bei zurückgezogenem Schieber 106 ist der hinterschnittene Bereich 124 des Werkstückes 108 freigegeben, so dass das Werkstück 108 bei geöffneten Werkzeughälften 102, 104 entsprechend der Pfeilrichtung c entnehmbar ist.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Werkzeugaufbau 200 mit Lageänderungseinrichtung 220. Analog zum konventionellen Werkzeugaufbau 100, wie er mit der 1 gezeigt ist, umfasst das Spritzgießwerkzeug 200 eine düsenseitige Werkzeughälfte 202, eine auswerferseitige, mit Kühlbohrungen 210 versehene Werkzeughälfte 204 sowie einen Formschieber 206. Die Betätigung des Formschiebers 206 erfolgt mittels eines hier nicht näher gezeigten Aktuators, wobei zur Koppelung eine über eine spielbehaftete Kupplung 214 angelenkte Koppelstange 216 vorgesehen ist; eine Festlegung des Schiebers erfolgt, wie mit 1 gezeigt und beschrieben, mittels einer Arretierung 218. Auch bezüglich der weiteren Funktionsweise wird auf die Beschreibung zur 1 verwiesen.
Zur genauen Positionierung des Schiebers 206 relativ insbesondere zur Werkzeughälfte 204 des Spritzgießwerkzeuges 200 ist neben Druckplatten 212a, 212b eine Lageänderungseinrichtung 220 vorgesehen. Die Lageänderungseinrichtung 220 stützt sich vorliegend einerseits an der Fläche 222 der Werkzeughälfte 204, andererseits an den Druckplatten 212a, 212b, welche dem freien Schieberende 224 zugeordnet sind, ab. Die Lageänderungseinrichtung 220 ist somit in der Kette zwischen festem Fußpunkt (222, 204) und freiem Schieberende 224 angeordnet. Da sich auch der feste Fußpunkt des hier nicht näher gezeigten Schieberaktuators an der Werkzeughälfte 204, zu welcher der Schieber 206 relativbeweglich ist, abstützt, ist in diesem Zusammenhang die Lage des festen Fußpunktes 222 mit der Lage der Werkzeughälfte 204 gleichzusetzen.
Insbesondere fertigungs- oder betriebsbedingte Längenunterschiede des Schiebers 206 können auf sehr einfache Weise mittels der Lageänderungseinrichtung 220 ausgeglichen werden, da fallweise von Spritzgießvorgang zu Spritzgießvorgang eine Einstellung möglich ist. Sinnvollerweise erfolgt eine entsprechende Einstellung aber nicht bei jedem Spritzgießvorgang, sondern intervallweise, wobei selbstverständlich bei besonderen Anforderungen an die Bauteilwertigkeit auch eine häufige Einstellung gegebenenfalls bei jedem Spritzgießvorgang möglich ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Lageänderungseinrichtung 220 als temperiertes entsprechend der Schieberform ringförmiges Stützelement realisiert. Das Stützelement ist sowohl beispielsweise mittels einer Heizpatrone erwärmbar, als auch kühlbar, wobei zur Kühlung zweckmäßigerweise das ohnehin schon vorhanden Kühlmittel zur Kühlung des Spritzgießwerkzeuges verwendet wird. Aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stützelementmaterials ergibt sich eine Längenänderung. Wird als Stützelementmaterials beispielsweise Stahl, welcher eine Wärmeausdehnung von ca. 12·10^–6 1/K aufweist, verwendet, ergibt sich bei einer Länge des Stützelementes von 100mm und einem Temperaturunterschied von 10K eine Längenänderung von 0,012mm; dieser Längenänderungsbereich entspricht größenordnungsmäßig der verschleißbedingten Längenänderung. Selbstverständlich kommen als Stützelementmaterial auch andere Materialien mit besonders geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten in Frage.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lageänderungseinrichtung 220 Piezoelemente, welche in Stapel zusammengefasst sind und entsprechend einer angelegten Spannung eine Lageänderung erfahren. Sowohl in diesem Ausführungsbeispiel, als auch bei anderen Ausführungsbeispielen – etwa auf thermischer Basis – ist es von Vorteil, die Lageänderungseinrichtung 220 geregelt/gesteuert zu betätigen.
Die variable Lage des Schiebers 206 wird bei der Feststellung mittels der Keilform der Arretierung 218 ausgeglichen, indem die Arretierung in arretiertem Zustand entsprechend der Einstellung der Lageänderungseinrichtung 220 mehr oder weniger weit in Pfeilrichtung b verschoben wird.

Claims

Vorrichtung zum Spritzgießen von Hinterschneidungen oder Hohlräume umfassenden Kunststoffformteilen mit einer Schiebereinrichtung, welche – einen relativ zum Spritzgießwerkzeug bewegbaren Schieber und – eine sich an einem festen Fußpunkt abstützende Schieberbetätigungseinrichtung umfasst, gekennzeichnet durch eine zwischen freiem Schieberende (224) und einem der Werkzeughälfte (204) zugeordneten festen Fußpunkt (222) angeordnete Lageänderungseinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageänderungseinrichtung ein thermisches Lageänderungselement (220) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageänderungseinrichtung ein piezoelektrisches Lageänderungselement (220) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass thermische Lageänderungselement (220) eine Heiz- und/oder eine Kühleinrichtung umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Lageänderungseinrichtung erreichbare Lageänderung der Schiebereinrichtung im Bereich einiger Mikrometer bis wenige Millimeter, insbesondere im 1/100-mm-Bereich liegt.