DE3339356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rollen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine Rolle die nach diesem Verfahren hergestellt werden kann, ist in den Fig. 1 und 2 der DE-OS 30 24 537 dargestellt. Der Rollenkörper besteht aus einer auf einem Kugellager befestigten Nabe, einem Laufmantel und einem dazwischen und axial mittig angeordneten Scheiben­ bereich. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Rolle und um ein Neigen des Laufmantels durch elastisches Verfor­ men des Scheibenbereiches zu vermeiden, sind beiderseits des Scheibenbereiches, mit ihm, mit dem Laufmantel und mit der Nabe einstückig verbundene, am Umfang verteilteVer­ stärkungsrippen vorgesehen, die sternförmig radial ver­ laufen. Wenn die bekannte Rolle in Spritzgießtechnik her­ gestellt werden soll, ergeben sich wegen der vielen Form­ abschnitte im Formwerkzeug zum Teil unumgängliche Pro­ bleme mit der Homogenität im Material der fertigen Rolle. Beim Zusammentreffen von zwei aus verschiedenen Richtun­ gen fließenden Kunststoffströmen, beispielsweise beim Umfließen eines Werkzeugabschnittes, entsteht an dieser Stelle eine Bindenaht, die eine verringerte Festigkeit in deren Bereich verursacht und damit eine Schwachstelle im Gefüge des Rollenmaterials bildet. Dadurch kann die Rolle bei höherer Belastung vorzeitig zerstört werden oder ist nur für geringere Belastungen geeignet. Beson­ ders nachteilig ist es, wenn Bindenähte im Bereich des Laufmantels entstehen, weil an dieser Stelle mit der größten Biegebeanspruchung gerechnet werden muß und eine Bindenahtstelle besonders geringe Zugbelastungen verträgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her­ stellung von Rollen und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit denen die beim Spritzgießen unvermeid­ lichen Bindenähte zielgerecht an weniger gefährdete Stellen verlagert werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der eingespritzte Kunststoff im Formwerkzeug in einen Kunststoffhaupt­ strom mit höherer Fließgeschwindigkeit und einen Kunst­ stoffnebenstrom mit niedrigerer Fließgeschwindigkeit aufgeteilt wird, wobei das Verhältnis der Fließgeschwin­ digkeiten so reguliert wird, daß die Verstärkungsrippen durch den von der Nabe radial nach außen fließenden Kunststoffnebenstrom und durch den nach der Ausbildung des Scheibenbereiches und des Laufmantels radial nach innen fließenden Kunststoffhauptstrom geformt werden und durch ein Formwerkzeug, bei dem die Summe der Quer­ schnittsflächen der die Verstärkungsrippen formenden Ausnehmungen wesentlich geringer ist als die Fläche von einem in Umfangsrichtung der Ausnehmung zur Formung des Scheibenbereiches verlaufenden Längsschnitt.

Die Verstärkungsrippen dienen der Unterstützung des Laufmantels und sind somit im wesentlichen nur druck­ belastet. Wenn die Bindenähte in diesen Bereichen an­ geordnet sind, kann davon ausgegangen werden, daß da­ durch die Aufgabe der Verstärkungsrippen nicht beein­ trächtigt wird und eine einwandfreie Unterstützung ge­ währleistet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt die Füllung der Ausnehmungen des Formwerkzeu­ ges für die Bildung der Verstärkungsrippen im wesent­ lichen von zwei Seiten, d. h. radial von der Nabe nach außen und radial vom Laufmantel nach innen, so daß die beiden Kunststoffströme im Bereich der späteren Verstärkungsrippen aufeinander treffen und hier Binde­ nähte bilden. Diese Verfahrenstechnik wird durch das erfindungsgemäße Formwerkzeug erreicht. Die verringer­ ten Querschnittsflächen im Bereich der Verstärkungs­ rippen zwingen den durch diese und in diese Ausnehmungen des Formwerkzeuges fließenden Kunststoffnebenstrom lang­ samer zu fließen. Die Füllung des Scheibenbereiches er­ folgt wegen des im Verhältnis größeren Querschnittes wesentlich schneller. Dabei ist beispielsweise voraus­ gesetzt, daß im Bereich der Nabe angespritzt wird und der Kunststoff im wesentlichen sternförmig radial nach außen fließt. Bei dieser angenommenen Richtung füllt sich zunächst der Nabenbereich, daraufhin der Schei­ benbereich und darüber im Anschluß daran der Abschnitt für den Laufmantel. Von dort aus gelangt der Kunst­ stoffhauptstrom jetzt radial nach innen fließend in die Ausnehmungen zur Bildung der Verstärkungsrippen noch bevor der radial von der Nabe aus nach außen fließende Kunststoffnebenstrom diese Ausnehmungen gefüllt hat. Die Bindenähte entstehen somit erfindungsgemäß aus­ schließlich im Bereich der Verstärkungsrippen. Der besonders beanspruchte Laufmantel weist dabei keinerlei Bindenähte auf, wodurch vorteilhafterweise hohe Trag­ kräfte aufgenommen werden können und eine lange Lebens­ dauer gewährleistet ist. Bei Anwendung des Verfahrens in Verbindung mit dem Formwerkzeug entsteht eine Rolle mit Verstärkungsrippen, deren Quer­ schnitt gegenüber dem Umfangsschnitt des Scheibenberei­ ches wesentlich kleiner ist.

Nach einem weiteren vorteilhaften Verfahrensmerkmal wird die Fließgeschwindigkeit in den einzelnen Formab­ schnitten durch deren Strömungsquerschnitt reguliert. Durch die Wahl des Querschnittes in Fließrichtung des Kunststoffes im Verhältnis zu dem des Scheibenbereiches kann die relative Fließgeschwindigkeit genau bestimmt werden. Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäß in den Verstärkungsrippen angeordneten Bindenähte an jeder beliebigen radialen Stelle vorzusehen. Dies kann unter Berücksichtigung der Viskosität des Kunststoffes vorher berechnet werden.

Nach einem vorteilhaften Vorrichtungsmerkmal verhält sich die Querschnittsfläche der die Verstärkungs­ rippen formenden Ausnehmungen proportional zu deren ra­ dialer Länge. Bei rotationssymmetrischen Rollen werden üblicherweise auch die Verstärkungsrippen untereinander gleich ausgeführt, wobei auch deren Querschnitte gleich sind. Bei komplexeren, unsymmetrischen Spritzgußteilen, wie beispielsweise Rollen mit exzentrischer Nabe, können über den Umfang auch Verstärkungsrippen unterschiedli­ cher Länge verteilt sein. Um dennoch die erfindungsge­ mäßen Vorteile zu erzielen, ist es notwendig, den Quer­ schnitt jeder Verstärkungsrippe individuell an deren Länge anzupassen. Langen Verstärkungsrippen muß demnach ein größerer Querschnitt zugeordnet werden. Um bei Be­ lastung ein über den Umfang gleichmäßiges Verhalten des Laufmantels zu erzielen, kann die Aufteilung der Ver­ stärkungsrippen ihrem Querschnitt entsprechend angepaßt werden. Im Bereich kleinerer Querschnitte werden bei­ spielsweise mehrere Verstärkungsrippen in kleineren Abständen vorgesehen.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung wird die Fließgeschwindigkeit durch im Quer­ schnitt abgestimmte Entlüftungsöffnungen im Formwerk­ zeug reguliert. Beim Einspritzen des Kunststoffes in das Formwerkzeug muß die darin befindliche Luft bekannter­ weise über Entlüftungsöffnungen entweichen können, um dem Kunststoff Platz zu machen. Wenn relativ kleine Öffnungs­ querschnitte vorgesehen werden, wirken die Entlüftungen als Drosselventile und reduzieren die Fließgeschwindig­ keit des Kunststoffes. Dadurch kann beliebig die Ausbreitung des Kunststoffes im Formwerk­ zeug beeinflußt werden.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielen des Formwerkzeuges sind die Entlüftungsöffnungen im Bereich der die Verstärkungsrippen formenden Ausnehmungen und vorteilhafterweise beiderseits angeordnet. Die Entlüf­ tungsöffnungen sind dabei an der Stelle vorgesehen, wo durch die Gesamtausführung des Form­ werkzeuges die Bindenähte angeordnet sind, weil an die­ sen Stellen die letzten Reste eingeschlossener Luftmengen vorhanden sind. Somit muß bei allen Verstärkungsrippen eine Entlüftungsöffnung vorgesehen werden. Durch die Art des Angusses wird dem Kunststoff eine Vorzugs-Fließrich­ tung vorgegeben. Bei axialem Anguß von einer Seite der Rolle aus ist diese Vorzugsrichtung auch axial, wodurch der Kunststoff die Tendenz hat, zunächst den der Anguß­ seite abgewandten Formbereich zuerst zu füllen. Durch Abstimmung der Entlüftungsquerschnitte an beiden Rollenseiten kann vorteilhafterweise die Ausbreitung des Kunststoffes gleichmäßig gestaltet wer­ den, wodurch gleichmäßige Dichte und eine bessere Ober­ flächenqualität erzielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden an einem in der Zeich­ nung dargestellten Beispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den teilweisen Längsschnitt eines Formwerk­ zeuges mit dem Längsschnitt der Rolle entlang der Linie B-B nach Fig. 2 und

Fig. 2 die teilweise Seitenansicht der im Formwerk­ zeug gemäß Fig. 1 hergestellten Rolle und

Fig. 3 den teilweisen Umfangsschnitt der Rolle ge­ mäß Fig. 2 entlang der Linie A-A.

Das in Fig. 1 dargestellte Formwerkzeug ist stark schematisiert und es werden nur die für die Formung eines Rollenkörpers 1 wesentlichen Einzelteile ge­ zeigt. Die Rolle wird im wesentlichen durch ein Kugellager 2 und den darauf aufgespritzten Rollen­ körper 1 gebildet. Der Rollenkörper 1 ist einstückig ausgeführt und weist eine Nabe 3, einen Laufmantel 4, einen axial mittig angeordneten Scheibenbereich 5 und beiderseits dazu am Umfang verteilte, radial sternför­ mig verlaufende Verstärkungsrippen 6 auf. Diese Aus­ bildung der Rolle ist besser aus Fig. 2 und 3 erkennbar. Das Formwerkzeug besteht aus zwei axial beweglichen, schalenförmigen Werkzeugteilen 7 mit einer Trennebene etwa in der axialen Mitte der Rolle. Diese Werkzeug­ teile 7 sind mit ringförmigen Abschnitten versehen, die zur Formung der Verstärkungsrippen 6 sternförmig radial verlaufende Schlitze aufweisen. In die Bohrung des In­ nenringes 8 des Kugellagers 2 ist ein pilzförmiges Werk­ zeugteil 9 eingesetzt, das zusammen mit einem Hilfswerk­ zeug 10 den Innenraum für einen Angußschirm 11 bildet, der im Randbereich in einen ringförmigen Angußkanal 12 mündet. Über diesen wird der Innenraum des Formwerkzeuges, zunächst insbesondere der Nabenraum gefüllt. Die stern­ förmig radial verlaufenden Schlitze zur Formung der Ver­ stärkungsrippen 6 haben einen relativ geringen Querschnitt, so daß die Geschwindigkeit des Kunststoffnebenstromes 13 durch diese Schlitze infolge der Drosselwirkung stark reduziert wird. Dagegen kann ein relativ ungehindert sich ausbreitender Kunststoffhauptstrom 14 durch den Scheibenbereich 5 in die ringförmige Ausnehmung zur Bildung des Laufmantels 4 radial nach außen fließen.

Nach vollständiger Ausbildung des Lauf­ mantels 4 gelangt dieser nach einer Umkehrung in die Schlitze für die Formung der Verstärkungsrippen 6 noch bevor der Kunststoffnebenstrom 13 diese von radial innen gefüllt hat. Beim Zusammentreffen der beiden Kunststoff­ ströme 13, 14 bilden sich Bindenähte 15, die jedoch an lediglich druckbelasteten Stellen angeordnet sind. An diesen Stellen sind in beiden Werkzeugteilen 7 axial verlaufende Entlüftungsöffnungen 16 vorgesehen. Da durch die Einspritzrichtung der Kunststoff die Tendenz hat, zunächst den in der Zeichnung links angeordneten Bereich des Formwerkzeuges zu füllen, sind die auf dieser Seite vorgesehenen Entlüftungsöffnungen 16 im Querschnitt kleiner ausgeführt als die auf der anderen Seite des Formwerkzeuges. Dadurch entsteht eine Drosselwirkung, die die Luft im linken Bereich des Formwerkzeuges lang­ samer entweichen läßt als im rechten. Die Ausbreitung des Kunststoffes erfolgt dadurch vorwiegend symmetrisch zur axialen Mitte.

In Fig. 2 ist die gleichmäßige Verteilung der Verstärkungs­ rippen 6 über den Umfang des Rollenkörpers 1 dargestellt, in deren Bereich sich die Bindenähte 15 befinden.

Fig. 3 zeigt einen Umfangsschnitt des Rollenkörpers 1 durch einen Teilabschnitt des Scheibenbereiches 5 und der daran angeformten Verstärkungsrippen 6. Deren Quer­ schnitt ist erheblich geringer als der des Scheibenbe­ reiches 5.

Die dargestellten und beschriebenen Merkmale des Form­ werkzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sind nur ein Beispiel. Die verfahrenstechnischen Merkmale können darüber hinaus auch auf andere Weise er­ zielt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Rollen mit einer Nabe, einem Laufmantel, einem dazwischen ange­ ordneten Scheibenbereich und im wesentlichen stern­ förmig verlaufenden, mindestens an einer Seite des Scheibenbereiches angeordneten Verstärkungsrippen in Spritzgießtechnik, insbesondere unter Verwendung von thermoplastischem Kunststoff, wobei dieser über einen Angußkanal im erwärmten und fließ­ fähigen Zustand unter Druck in ein geschlossenes, mit Entlüftungsöffnungen versehenes Formwerkzeug gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eingespritzte Kunststoff im Formwerkzeug in einen Kunststoffhauptstrom mit höherer Fließgeschwindig­ keit und einen Kunststoffnebenstrom mit niedrigerer Fließgeschwindigkeit aufgeteilt wird, wobei das Verhältnis der Fließgeschwindigkeiten so reguliert wird, daß die Verstärkungsrippen durch den von der Nabe radial nach außen fließenden Kunststoffneben­ strom und durch den nach der Ausbildung des Schei­ benbereiches und des Laufmantels radial nach innen fließenden Kunststoffhauptstrom geformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit in den einzelnen Form­ abschnitten durch deren Strömungsquerschnitt regu­ liert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit durch im Querschnitt abgestimmte Entlüftungsöffnungen im Formwerkzeug reguliert wird.

4. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus die Außen­ flächen des Rollenkörpers formenden Werkzeug­ teilen und aus Hilfswerkzeugen für einen im Bereich der Nabe angeordneten Schirmanguß, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Quer­ schnittsflächen der die Verstärkungsrippen (6) formenden Ausnehmungen wesentlich geringer ist, als die Fläche von einem in Umfangsrichtung der Ausnehmung zur Formung des Scheibenbereiches (5) verlaufenden Längsschnitt.

5. Formwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querschnittsfläche der die Verstär­ kungsrippen (6) formenden Ausnehmungen sich pro­ portional zu deren radialer Länge verhält.

6. Formwerkzeug nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnungen (16) im Bereich der die Verstärkungsrippen (6) formen­ den Ausnehmungen angeordnet sind.

7. Formwerkzeug nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnungen (16) axial verlaufend, beiderseits des Formwerkzeuges angeordnet sind.