DE2332525A1 - Spritzform fuer rueckstrahlereinsaetze aus transparentem kunststoff - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-Wirtsch.-Ing·B.Jochem

Frankfurt am Main Staufenstr. 36

Ford-Werke Aktiengesellschaft
5 Köln/ Rhein
Ottoplatz 2

Spritzform für Rückstrahlereinsätze aus transparentem Kunststoff.

Die Erfindung betrifft eine Spritzform für Rucksfcrahlereinsätze aus transparentem Kunststoff, bestehend aus einer geteilten Außenform und einem darin einsetzbaren einstückigen Kern, dessen der Rückseite des herzustellenden Rückstrahlereinsatzes zugewandte Oberfläche aus einer Vielzahl von regelmäßigen viereckigen Facetten begrenzter Würfelecken mit zwischen diesen gebildeten Innenecken besteht.

Derartige Rückstrahler haben insbesondere bei Kraftfahrzeugen die Aufgabe, auf sie auftreffendes Licht zur Lichtquelle zurückzuwerfen, vorausgesetzt, daß die Einfallsrichtung der Lichtstrahlen gegen ihre Vorderseite nicht zu stark von der Normalen abweicht. Die gewöhnliche Konstruktion derartiger Reflektoren umfaßt eine glatte Vorderseite und eine genau definierte Rückseite, die aus einer Vielzahl von Würfelecken besteht, von denen eine jede Facetten besitzt, die sich untereinander mit einem Winkel von vorzugsweise 90° schneiden und dadurch ein wurfeleckenförmiges Prisma bilden. An der Vorder-

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An der Vorderseite einfallendes Licht wird durch den Körper des Reflektors gebrochen und mehrfach durch die Anordnung der Facetten abgelenkt, so daß es schließlich zur Rückkehr und von der Vorderseite des Reflektors im wesentlichen parallel zur Einfallsrichtung wieder austritt.

Um die Herstellung derartiger würfeleckenförmiger Reflektoren zu ermöglichen, sieht das übliche Herstellungsverfahren vor, zunächst eine große Anzahl von Metalldornen oder Zapfen herzustellen, die ein jeder sechseckigen Querschnitt besitzen und an einem Ende derart geschliffen und poliert werden, daß eine einzige Würfelecke besteht, die von drei einander schneidenden und in einer Spitze auslaufenden Facettenflächen gebildet ist. Als nächstes werden die Dorne oder Zapfen Seite an Seite zusammengepackt und an ihren rückwärtigen Enden miteinander fest verbunden, so daß eine Anordnung entsteht, bei welcher die Spitzen der Würfelecken im wesentlichen in ein und derselben Ebene liegen. Die Sechskantseiten der Dorne oder Zapfen erleichtern die dichte oder geometrische Anordnung zur festen Verbindung miteinander wie beispielsweise durch Schweißen. Das hierbei entstehende geschweißte Dorn- oder Zapfenbündel bildet einen Formkern, der dann von einer Außenform aufgenommen wird, um eine Spritzform zum Einspritzen eines durchsichtigen Kunststoffes wie Acrylharz zu vervollständigen.

Das Dorn- oder Zapfenbündel schafft aus sich heraus ein Spal tensystem, in welches Gase eintreten können, der Eintritt von Spritzmaterial jedoch blockiert ist; diese Spalte resultieren von der unverschweißten Anlage der äußeren Bereiche der Sechskantseiten der Zapfen oder Dorne, die von den gemeinsamen Innenecken ausgehende in den Talkanten benachbarter Facettenflächen der ver-

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schiedenen Dorne oder Zapfen bilden. Derartige Dorn- oder Zapfenbündel bringen deshalb den Vorteil mit sich, daß Gase aus dem Weg der Spritzmasse entweichen können, so daß eine dichte Anlage der Spritzflächen ohne Gaseinschlüsse erhalten wird. In vielen Fällen sind die Spalte zwischen den Dornen oder Zapfen nicht größer als 0,0025mm.

Ein grundlegender Nachteil dieser Dorn- oder Zapfenbündel liegt jedoch in dem Erfordernis, daß eine jede Würfelecke getrennt geläppt und poliert werden muß, was außerordentlich teuer ist. Um die Herstellungskosten zu senken, sind Versuche angestellt worden, Formeinsätze durch Elektroplattieren von einem Meisterstück mit Sechskant-Zapfen herzustellen, wobei der dann zum .direkten Formspritzen verwendete Formeinsatz eine beträchtlich längere Lebensdauer besaß. Zur Herstellung eines Formeinsatzes wird ein Werkstoffkörper gegen die leitende Oberfläche des Dornoder Zapfenbündels elektroplattiert und bildet ein Gegenstück zu dessen Oberfläche. Der entstehende elektroformierte Formeinsatz ist einstückig und besitzt deshalb keinerlei innere Spalte oder Durchlässe zur Entlüftung von Gasen, die sich in den Innenscheiteln der Würfelecken ansammeln können. Dies beeinträchtigt das Gußverfahren erheblich; es entsteht ein geringer Grad an optischer Güte, da die Facetten des Rückstrahlereinsatzes an den äußersten Punkten abgerundet werden, die normalerweise als die entscheidensten Lichtsammelbereiche der Würfelecken wirken.

Ein weiterer Nachteil der Dorn- oder Zapfenbündel ist die Ansammlung von Rückständen an den Reflexoberflächen der Form (dies ist nicht nur ein Problem bei Dorn- oder Zapfenbündeleinsätzen, sondern ebenso bei elektroformierten Einsätzen). Die Erfahrung hat gezeigt, daß Formen jedweder Art, die 25 000 bis 100 000 mal wiederverwendet

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worden sind, nachpoliert werden müssen. Jedes Nachpolieren vermindert die Qualität der Form, da kleinste mikroskopische Kratzer auftreten und die scharfen Kanten beginnen sich zu runden. Ferner neigt die Montage und Demontage der Zapfenbündeleinsätze, die zum Ein- und Ausbau in die Form erforderlich ist, dazu, diese Einsätze gegenüber Stoßen und Kratzern verletzbar zu machen ohne Rücksicht darauf, wie sorgfältig sie gehandhabt werden. Da die Spalte zwischen den Dornen oder Zapfen des Bündels durch Schweißung verschlossen sind, haben die Rückstände enthaltenden Gase keine Möglichkeit, kontinuierlich nach außen aus dem Forminneren abzuströmen. Es ist deshalb wichtig, daß sich die Menge an Rückständen, die sich an den Formflächen niederschlägt, verringert wird, um die Lebensdauer zu verlängern und die Gefahren beim Hantieren mit dem Kern herabzusetzen.

Noch ein weiteres Problem bezüglich der Dorn- oder Zapfeneinsätze und ihrer Herstellung besteht in der Schwierigkeit, eine optische Güte der Klasse A bei für Kraftfahrzeuge verwendeten Rückstrahlereinsätzen zu erzielen. In Übereinstimmung mit den Richtlinien der amerikanischen Vereinigung der Automobilingenieure sind derartige Rückstrahlereinrichtungen in zwei Klassen eingeteilt: Klasse A erfordert die Sichtbarkeit aus allen Entfernungen zwischen etwa 33 und 200 Metern, wenn die Rückstrahler mit dem Fernlicht eines Kraftfahrzeuges angestrahlt werden, und Klasse B erfordert die Sichtbarkeit von allen Entfernungen zwischen etwa 33 und 100 Metern ebenso bei Anstrahlung durch Fernlicht. Die Kraftfahrzeughersteller sind bestrebt, Rückstrahler der optischen Güte nach Klasse A herzustellen, was nur durch vollendete Winkellage und Ausrichtung der zusammenwirkenden Facetten ebenso wie durch perfekte Flachheit der Facettenflächen mit einer Rauigkeit von weniger als 1,5 χ 10 Angstrom erreicht

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werden kann. Die Schwierigkeiten in der Erzielung einer solchen Güte bei der Verwendung von Dorn- oder Zapfenbündeleinsätzen lassen sich abschätzen, wenn folgendes in Betracht gezogen wird:(a) Die kleinen Zapfenabschnitte machen es schwierig, alle Zapfen gleichförmig und genau in Längsrichtung zueinander anzuordnen und ihre richtige Querorientierung beizubehalten, wenn sie durch Schweißung miteinander verbunden werden, (b) das häufige Hantieren am Gußort erhöht die Gefahr einer Beschädigung der sehr genau geschliffenen optischen Facetten an den Enden der Zapfen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile und Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Form der eingangs genannten Art zu schaffen, die von vornherein vor den Schwierigkeiten der Handhabung schützt, wirtschaftlicher ist und eine erhöhte optische Güte in dem gegossenen Rückstrahlereinsatz durch scharf begrenzte Würfelecken mit sich bringt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von den Innenecken Entlüftungskanäle zu einem an der Rückseite des Kerns angeordneten Entlüftungsraum führen, deren Weite so gering bemessen ist, daß die flüssige Spritzmasse am Durchtritt gehindert wird, Gase jedoch hindurchtreten können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auch Merkmale zur vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in Erscheinung treten. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Spritzform nach der Erfindung mit in das Forminnere eingespritztem Kunststoff,

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Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen Teil

der Oberfläche des Kerns der Form nach Fig. 1, wobei eine Entlüftungsbohrung im Schnitt mit angedeutet ist,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil des Formkerns gemäß Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen beiderseits weggebrochenen Bereich des Formkerns im Schnitt und

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil der würfeleckenförmigen Oberfläche des Formkerns.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 besteht die dort gezeigte Spritzform aus einem einstückigen Formkern A und einer geteilten Außenform B zur Aufnahme des Formkerns A. Weiterhin ist C das Spritzgußstück bezeichnet, das die von den Innenwandungen der Formteile bestimmte Gestalt aufweist. Der Formkern A besteht aus einem einstückigen Körper B-I, einem Oberflächenbereich B-2 mit einer Vielzahl facettenartiger Vorsprünge zur Schaffung eines Reflexsystems an der einen Seite des Spritzgußproduktes und Entlüftungsmitteln B-3.

Der Formkern B ist im Elektroplattierungsverfahren hergestellt, wobei die Masse des Kerns stufenweise auf einer Gegenfläche einer Meisterschablone aufgebaut ist. Die MeisterSchablonenfläche (nicht dargestellt) kann durch ein herkömmliches Fabrikationsverfahren unter Verwendung einer Vielzahl von Metalldornen oder -zapfen hergestellt eein, von denen ein jeder Sechseckquerschnitt besitzt und an einem Ende geläppt und poliert ist, so daß drei

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Facetten, die sich an einem Punkt (Außenecke) schneiden, durch welche eine theoretische Reflexachse verlaufen würde, wenn der Zapfen aus nicht durchlässigem Material bestehen würde, so daß auf die Facetten auftreffendes Licht umgelenkt und entlang der Einfallsrichtung reflektiert würde. Die Zapfen sind in paralleler Anlage angeordnet und haben ihre Außenecken vorzugsweise in einer bestimmten Ebene oder Fläche, Schweißung wird dann angewandt, um die Zapfen miteinander an ihren rückwärtigen Enden zu verbinden. Die Zapfen bilden nun ein Zapfenbündel, das als Meisterschablone für das Elektroplattierverfahren dient.

Die aus elektrisch leitendem Material bestehenden Zapfen sind als Kathode in einem elektrolytischen Behandlungsbad angeschlossen. Durch die Anode, die aus einer Nickellegierung besteht, wird Gleichstrom eingeleitet, wodurch sich das Anodenmetall abbaut und auf der Kathode niederschlägt. Die Trennung der elektroformierten Legierung von der Kathode wird durch Überziehen des Zapfenbündels mit einem Material wie Graphit erreicht. Die Stromdichte

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(A/Cm ),die Strommenge (Coulombs) und die Elektroplattier-.

zeit werden derart geregelt, daß sich eine entsprechende Legierungsdicke über dem Zapfenbündel niederschlägt, die vorzugsweise in der Größenordnung von 12,7 bis 19mm beträgt. Der resultierende elektroplattierte Kern besteht aus einem Stück und besitzt ein Würfeleckenmuster (bestehend aus drei Facettenflächen "32, 34, 36, die im gleichen Winkel um eine Außenecke 38 angeordnet sind) an einer Seite des Kerns, das sehr blanke Oberflächen besitzt und geometrisch betrachtet scharf begrenzt ist. Als nächstes kann der elektroformierte Formkern mit einer Basis zur Montage innerhalb eines Teils der Außenform versehen werden, wobei eine solche Basis mit durch geeignete Bearbeitung hergestellten AnIageschultern sowie Gewinde-

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löchern (nicht dargestellt) zur Aufnahme von Befestigungsschrauben versehen sein kann.

Wenn dieser einstückige unbelüftete elektroplattierte Kern in einer Spritzform verwendet würde, würde sich ein Niederschlag oder Film auf den Würfelecken oder Facetten des Kerns nach einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer (vielleicht einer Mindestzahl von 25 000 Spritzgußzyklen) ansammeln, und dieser Film würde aus Fremdstoffen bestehen, die in Gasen mitgeführt werden, die während des Spritzgußprozesses besonders in dem Bereich der Innenecken 12 der Oberfläche eingefangen werden. Dieser Film kann sich sehr nachteilig auf das Spritzgießen auswirken, weil er sowohl die Genauigkeit wie die thermischen Abläufe beim Gießvorgang beeinträchtigt.

Um dieses Problem gegenwärtig zu überwinden, sieht der Stand der Technik aufeinanderfolgende Schritte des Elektropolierens vor, das eine Behandlungszeit von angenähert 6 bis 8 Stunden für einen jeden einzelnen Kern erfordert und zur Bildung kleinster mikroskopischer Kratzer an den Facettenflächen wie auch an den scharfen Kanten führen kann. Nach einer Anzahl verschiedener Reinigungsvorgänge beginnen die scharfen Kanten sich abzurunden und vernichten die geometrische Genauigkeit. Dieser Reinigungsvorgang fördert zusätzlich die geometrische Verletzlichkeit dergestalt, daß die Facetten während des Ein- und Ausbaus der Kerne trotz sorgfältigster Behandlung brechen oder beschädigt werden können. Die entstehenden Ausfallzeiten der Formkerne in Verbindung mit den Kosten für den Reinigungsprozeß können sich auf die Herstellungsverhältnisse ziemlich schwerwiegend auswirken.

Die Erfindung überwindet diese Nachteile durch die Einbeziehung eines Entlüftungssystems, das aus Mikrobohrungen

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oder zylindrischen Kanälen 14 mit einem vorbestimmten Kleinstdurchmesser besteht, die sich von einer jeden Innenecke des Formkerns zu je einer Gegenbohrung oder einem zylindrischen Kanal 16 erstrecken, wobei diese Kanäle 16 die Rückseite 18 des Formkerns unterbrechen. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Anwendung des Laserstrahl-Bohrens zur Herstellung der Mikrobohrungen 14 und 16, wobei unter "Laser" ein fukussierter Lichtstrahl verstanden wird, der in einem kleinen Bereich absorbiert wird und die Temperatur dadurch derart ansteigt, daß das zu bohrende Material erwärmt wird, schmilzt und verdampft· Wie oben ausgeführt wurde, besteht der Zweck dieser Bohrungen in der Ermöglichung einer Ableitung der Gase, die im Forminneren eingeschlossen sein können, wobei gleichzeitig der Durchtritt von plastifiziertem Feststoff unter Druck wie eines weichen Acrylharz-Kunststoffes verhindert wird. Hierfür haben Versuche gezeigt, daß zylindrische Bohrungen von etwa 0,1mm Durchmesser mit einer Toleranz von - 3% diese Forderung erfüllen.

Um eine hohe Leistungsausbeute beim Bohren solcher Kanäle 14 und 16 zu liefern, kann eine bandgesteuerte Bohrvorrichtung verwendet werden, die einen einstellbaren Bohrtisch mit X- und Y-Koordinaten zur genauen Orientierung einer Anzahl von Laser-Bohrköpfen zwecks Aufrechterhai tung extrem großer Genauigkeit umfaßt. Beispielsweise können an bestimmten Einsätzen, die hergestellt worden sind, angenähert 600 Bohrlöcher für einen einzigen Formkern erforderlich sein, wobei der Kern eine Größe von

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angenähert 180 χ 50 mm aufweist. Die Materialien, die zur Erzeugung eines Laserstrahls für dieses Bohren benutzt werden können, lassen sich aus Rubin, neodymium-lackiertem Glas auswählen. Der Laserstrahl sollte in fortgesetzter Impulsfolge mit sehr kurzer Impulsdauer eingesetzt werden, so daß nur ein sehr geringer Betrag an Material bei der

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Herstellung der Mikrobohrungen jedesmal entfernt wird. Die Gegenbohrungen werden in einem Durchmesser von vorzugsweise lmm mit Toleranzen von - 0,125mm hergestellt. Die Stelle, an welcher die Gegenbohrungen mit den Mikrobohrungen zusammentreffen, befindet sich in einem Abstand 22 von angenähert lmm von der zugehörigen Innenecke, die somit zumindest 10 mal so groß wie der Durchmesser der Mikrobohrung ist. Zur Vervollständigung der Entlüftung aller Gegenbohrungen des Formkerns hat das Außenformteil eine Ausnehmung 26, von der ein Teil 26a der Wandungen die endgültigen Formflächen bildet und der andere Teil 26b eine Ausnehmung umschließt, in welche der Formkern eingesetzt wird. Mindestens eine Nut 28, die eine Entlüftungsleitung bildet, in welche die in den Gegenbohrungen gesammelten Bestandteile abgeführt werden, ist in der Ausnehmung zur Verbindung aller Gegenbohrungen mit einem nach außen führenden Kanal 30 enthalten.

Nicht dargestellt ist der resultierende gegossene Rückstrahlereinsatz, für den es selbstverständlich ist, daß er die wurfeleckenförmige Gegenfläche zu der des Formkernes aufweist. In der Arbeitsweise hat der Rückstrahlereinsatz eine von der Innenwandung 42 des unteren Außenformteils 44 bestimmte Vorderseite. Die Vorderseite ist normalerweise derart angeordnet, daß einfallendes Licht in einem Bereich von angenähert 43° gegenüber der Normalen auf der Vorderseite aufgenommen wird. Innerhalb dieses Arbeitsbereiches tritt ein Lichtstrahl in den Kunststoffkörper ein und wird leicht derart gebrochen, daß er in eine der würfeleckigen Oberflächengruppen des Rückstrahlereinsatzes eintritt, der unabhängig davon mit reflektierendem Material bezogen sein oder von einem unabhängigen Körper unmittelbar hinter den Würfelecken hinterlegt sein kann, um eine reflektierende Fläche zu

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schaffen. Das Licht wird auf eine der Oberflächen einer Würfelecke auftreffen und in Serie zu anderen Oberflächen einer einzigen Würfeleckengruppe reflektiert werden. Indem dies geschieht, werden die zusammengesetzten Reflektionen den Lichtstrahl im wesentlichen parallel zur Achse der Würfelecke zurückwerfen, die im wesentlichen in gleicher Richtung wie die angenommene Bahn des Lichtstrahls verläuft, wenn diese im Materialkörper gebrochen wird. Wenn der Lichtstrahl erneut durch die Vorderseite hindurchtritt, hat er eine Richtung im wesentlichen parallel zu seiner Einfallsrichtung.

Durch die Erfindung gelingt es, die Würfelecken oder Prismen schärfer zu begrenzen, besonders in der Nachbarschaft der Eckpunkte, wo die Reflexeigenschaften des Rückstrahlereinsatzes ihr größtes Vermögen und ihre größte Brillianz besitzen. Die Facetten können über eine größere Zone des einfallenden Lichtes wirksamer arbeiten," als es bisher möglich war.

Patentansprüche /

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Claims (7)

1. - 12 Patentansprüche

   lJ Spritzform für Rückstrahlereinsätze aus transparen-.tem Kunststoff, bestehend aus einer geteilten Außenform und einem darin einsetzbaren einstückigen Kern, dessen der Rückseite des herzustellenden Rückstrahlereinsatzes zugewandte Oberfläche aus einer Vielzahl von regelmäßigen viereckigen. Facetten begrenzter Würfelecken mit zwischen diesen gebildeten Innenecken besteht, dadurch gekennzeichnet, daß von den Innenecken (12) Entlüftungskanäle (14, 16) zu einem an der Rückseite (18) des Kerns angeordneten Entlüftungsraum (28) führen, deren Weite so gering bemessen ist, daß die flüssige Spritzmasse am Durchtritt gehindert wird, Gase jedoch hindurchtreten können.
2. 2. Spritzform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein von der Innenecke (12) ausgehender Abschnitt (14) eines jeden Entlüftungskanals (14, 16) zylindrisch ist und einen Durchmesser von höchstens 0,25mm besitzt.
3. 3. Spritzform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß zumindest ein von der Innenecke (12) ausgehender Abschnitt (14) eines jeden Entlüftungskanals (14, 16) zylindrisch ist und einen Durchmesser von höchstens 0,125mm besitzt.
4. 4. Spritzform nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die von den Innenecken (12) ausgehenden Kanalabschnitte (14) in je eine von der Rückseite (18) des Formkerns (A) ausgehende erweiterte Bohrung (16) von mindestens zehnfachem Durchmesser münden.

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5. 5. Spritzform nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Innenecken (12) ausgehenden Kanäle bzw. Kanal abschnitte (14) durch Laserstrahl-Bohren hergestellt sind.
6. 6. Spritzform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fojtrmkern (A) aus einer Nickellegierung besteht.
7. 7. Spritzform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Formkern (A) durch Elektroplattieren hergestellt ist.

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