DE3339356C2 - - Google Patents
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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.
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