DE3822665A1 - Verfahren zur herstellung einer kunststoffummantelung fuer einen flexiblen stab sowie danach hergestellter mit kunststoff ummantelter stab - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffummantelung für einen flexibeln Stab nach dem Ober­ begriff des Anspruches 1 sowie einen danach hergestellten mit Kunststoff ummantelten Stab nach dem Anspruch 11.

Häufig besteht das technische Problem, daß relativ langge­ streckte und im Querschnitt dünne Teile, wie beispielsweise flexible Stäbe, Drähte, Seile, biegsame Wellen etc., mit einer Kunststoffummantelung versehen werden sollen.

Die Kunststoffumhüllung dient häufig einer bestimmten De­ sign- oder Farbgebung, auch beispielsweise dem Schutz für die zu ummantelnden Teile, die beispielsweise aus Metall oder einer Metallegierung bestehen können. Insbesondere in der Anten­ nentechnik und hierbei wiederum bei Autoantennen, d.h. auch Funkantennen, kann zudem durch die mit Kunststoff ummantel­ te Antenne zusätzlich noch eine gewisse Dämpfung erzielt wer­ den, die einem zu starken Schwingen entgegenwirkt.

Derartige dünne Stäbe, die sich beispielsweise bei ra­ dial einwirkenden Kräften leicht verbiegen, also bei­ spielsweise allein unter Schwerkrafteinwirkung durchhängen und ausbauchen etc., können beispielsweise in einem Kunststoff­ tauchbad mit thermoplastischem Kunststoff umhüllt oder durch Wirbelsintern beschichtet werden. Allerdings läßt sich die Kunststoffschicht nicht gleichmäßig auftragen und weist für viele nachfolgende Bearbeitungsschritte zu stark schwankende unter­ schiedliche Kunststoffschichtdicken auf.

Häufig besteht eine Antenne ja aus unterschiedlichen Anten­ nenabschnitten, die beispielsweise separat in nachfolgenden Bearbeitungsschritten mit Kunststoff ummantelt werden müßten. Würde ein derartiges, beispielsweise oberstes stabförmiges Antennenstück mit einer im Herstellverfahren stetig schwan­ kenden nicht gleichmäßigen Kunststoffumhüllung versehen wer­ den, so könnte ein nächster daran ansteckbarer Antennenteil nicht in einem Spritzgußwerkzeug weiter verarbeitet und mit Kunststoff ummantelt werden. Denn die stetig schwankenden Schichtdicken erlauben es nicht, daß das so mit Kunststoff ummantelte erste Antennenteil als genauer und exakter Zentrier­ ansatz für das nächste aufgesteckte Antennenteil verwandt werden kann.

Aber auch wenn man daran denken würde, einen leicht aus­ bauchenden und flexiblen Stab in einem Spritzgußwerkzeug mit thermoplastischen Kunststoff zu umspritzen, so würde dies zu keinem befriedigenden Ergebnis führen. Da die Anordnung nämlich zu labil ist, würden durch die Fließkräfte, d.h. durch die unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten des thermo­ plastischen Kunststoffes auf unterschiedlichen Seiten des zu ummantelnden flexiblen Stabes zu auf ihn einwirkenden Radial­ kräften führen, mit der Folge, daß in der Spritzgußform der eigentliche metallische Stab in einer Bogenform liegend um­ mantelt würde, an einigen Stellen sogar noch sichtbar sein könnte, weil ein entsprechender Bauchabschnitt an der Innen­ wandung des Gußwerkzeuges anlag. Schließlich wäre dadurch eine für die Antenne unerwünschte Vorprägung verursacht.

Zwar wäre es grundsätzlich vorstellbar, daß ein leicht flexib­ ler Stab in einem Spritzgußwerkzeug der Hilfe von einer Viel­ zahl von in dessen Längsrichtung in Radialrichtung verlau­ fenden Haltestiften zentriert werden würde. Die Zentriermittel aber würden dann in der Kunststoffumhüllung zu zurückblei­ benden Löchern führen, die nochmals in einem nachträglichen Bearbeitungsschritt geschlossen werden müßten. Das alleinige axiale Zentrieren jedenfalls würde nicht gewährleisten, daß der zu ummantelnde flexible Stab exakt koaxial, d.h. in einer mittigen Lage vom Kunststoff umgossen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ein Verfahren zur Kunststoffummantelung von flexiblen Stäben, Drähten, Seilen, biegsamen Wellen etc. sowie einen danach hergestellten flexiblen Stab zu schaffen, der bei geringem technischen Aufwand problemlos in koaxialer Mittellage vom Kunststoff umspritzt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Durch die vorliegende Erfindung wird auf verblüffend ein­ fache Weise gewährleistet, daß während des Spritzgußvor­ ganges die Spritzmasse keine seitlichen, d.h. radialen Kräfte auf den Stab ausüben kann, der ihn aus seiner Zentrallage verschieben würde. Erfindungsgemäß wird dies zumindest durch eine Zentrierhülse gewährleistet, die während des Ausspritz­ vorganges von der Spritzöffnung im Spritzgußwerkzeug aus­ gehend längs des zu ummantelnden flexiblen Stabes verscho­ ben wird. Dabei kann der Stab an einem Ende, von dem aus der Spritzvorgang begonnen wird, zentral eingespannt ge­ halten werden.

Möglich ist aber auch eine freie Anordnung des Stabes, wobei die Spritzgußöffnung zu den beiden stirnseitigen Enden des zu umspritzenden Stabes versetzt liegt. Zwei hierzu benachbart angeordnete Zentrierhülsen laufen dann gegensinnig auseinander. Vorzugsweise dazwischen sollte der Stab stationär abgestützt sein.

Obgleich in einer Ausführungsform das freie Ende des zu um­ spritzenden Stabes vor dem Ende der Spritzgußform enden kann und hier sogar eine Ausnehmung in der Spritzguß­ form vorgesehen sein kann, in die die von dem zu um­ spritzenden Stab abgehobene Hülse eingeführt wird, so ist in einer bevorzugten Ausführungsform gleichwohl an dem Ende des zu umspritzenden Stabes ein Anschlag vorgesehen, an dem die Hülse aufläuft.

In diesem Bereich kann die Werkzeugform einen verbreiterten Innendurchmesser aufweisen, so daß das einströmende thermo­ plastische Kunststoffmaterial das gesamte freiliegende Ende des flexiblen Stabes umströmen und ummanteln kann.

Insbesondere bei Verwendung als Antenne kann vorher noch u. a. dem weiteren Schutz dienend eine fixierte Zentrierhülse am Stabende aufgesteckt werden, an dem die verschiebbare Zentrierhülse aufläuft. Sowohl die bewegliche als auch die aufgesteckte feste Zentrierhülse werden dann am Stabende völ­ lig von der thermoplastischen Kunststoffmasse umspritzt, so daß beide Zentrierhülsen von außen unerkennbar eingeschmol­ zen in der sich erhärtenden Kunststoffmasse zurückbelassen werden.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus dem anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im einzel­ nen:

Fig. 1 eine Antenne in schematischer Seitenansicht;

Fig. 2 ein mit Kunststoff ummantelter vorderster bart­ förmiger Antennenteil vor dem Umspritzen;

Fig. 3 der vorderste Antennenteil nach dem Umspritz­ vorgang;

Fig. 4 in Draufsicht die obere, auf das Ende des zu umspritzenden Stabes aufsteckbares Zentrier­ hülse.

In Fig. 1 wird eine Antenne 1 gezeigt, wie sie beispielsweise als Autoantenne und hierbei wiederum als Autofunkantenne eingesetzt werden kann.

Die in Fig. 1 gezeigte Antenne 1 umfaßt beispielsweise einen oberen stabförmigen Antennenteil 1′, der an seinem oberen Ende in einem der Sicherheit dienenden Verdickungsabschnitt 3 ausläuft.

Der obere Antennenteil 1′ besteht aus einem Antennenstab 5, wie dies in Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.

Der Antennenstab 5 mündet an seinem unteren Ende in eine leitende Steckhülse 7, die gleichzeitig als Koppel-Übergang zu dem in Fig. 1 gezeigten unteren Antennenteil 1′′ dient. Der unteren Antennenteil 1′′ kann beispielsweise aus einer leitenden und im vorliegenden Falle nicht näher gezeigten Antennen­ spule bestehen, die beispielsweise auf einem Kunststoffkern sitzt und die an ihrem unteren Ende über einen im Inneren leitenden Antennenfuß 9 am Kraftfahrzeug angeschlossen und oben auf die Steckhülse 7 leitend aufgesteckt werden kann.

Sowohl der obere wie auch der untere Antennenteil 1′ bzw. 1′′ sind außen jeweils mit thermoplastischem Kunststoff um­ mantelt, so daß kein freier Leiter von außen sichtbar liegt.

Vor dem Umspritzen des oberen Antennenteiles 1′ mit thermo­ plastischem Kunststoff wird auf den in Fig. 2 gezeigten Antennenstab 5 eine Zentrierhülse 15 aufgesteckt und in die mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnete Ausgangsposition gebracht.

Ferner wird noch am freien Ende 18 eine weitere beispiels­ weise aus nichtleitendem Kunststoff bestehende festsitzende Zentrierhülse 19 aufgesteckt.

Zum Umspritzen der thermoplastischen Kunststoffe wird der so vorbereite Antennenstab 5 in ein nicht näher dargestelltes Spritzgußwerkzeug eingelegt und an seiner unteren Steckhülse 7 zentriert gehalten. Die Kunststoffspritzgußform besteht da­ bei in der Regel aus zwei zusammenfügbaren Hälften, wobei der Kunststoff-Anguß, über den der erwärmte fließfähige Kunststoff in die Spritzgußvorrichtung eingeführt wird, un­ mittelbar benachbart zur Steckhülse 7 liegt. Mit anderen Wor­ ten liegt dann die Zentrierhülse 15 in der mit dem Bezugszei­ chen 17 gekennzeichneten Ausgangsposition unmittelbar be­ nachbart zum Kunststoff-Anguß 21, und zwar versetzt zu des­ sem entfernt liegenden Ende.

Die Spritzgußwerkzeugform im Querschnitt entspricht mit ihrer Innenform der in Fig. 3 gezeigten Außenkontur 23, die sich nach Durchführung des Spritzgußvorganges ergibt. Mit begin­ nendem Spritzvorgang wird die zumindest eine Zentrierhülse 15 selbständig durch den Spritzdruck mit zunehmend einströ­ mendem Kunststoffmaterial längs der Steckhülse zu ihrem oberen freien Ende verschoben. Dabei bleibt der Stab in der Mitte zentriert. Mit anderen Worten kann sich der flexible Stab, d.h. der Antennenstab 5, während des Spritzvorganges nicht verlagern. Es kann insoweit deshalb auf weitere Halte­ und Zentrierstifte, die über dessen Länge immer wieder ver­ setzt liegend ansonsten angeordnet werden müßte, verzichtet werden.

Die Zentrierhülse 15 wirkt dabei wie ein Ringkolben, der von dem fließfähigen Kunststoff nicht umströmt werden kann, weshalb er längs des Antennenstabes 5 verschoben wird.

Am oberen Ende schlägt dann die verschiebbare Zentrierhülse 19 an einem Anschlag 25 an, der im gezeigten Ausführungs­ beispiel durch die am freien Ende auf den Antennenstab 5 aufgesetzte und fixierte Zentrierhülse 19 gebildet wird. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist bereits eine gewisse axiale Weg­ länge vor der Endanschlaglage der Zentrierhülse 19 der Spritz­ gußhohlraum über den Außendurchmesser der Zentrierhülse 19 erweitert, so daß in dem oberen Verdickungsabschnitt 3 das eingespritzte Kunststoffmaterial sowohl die verschiebbare Zen­ trierhülse 15 als auch die am oberen Ende fixiert angebrach­ te Zentrierhülse 19 umströmen kann und im erhärteten Zustand völlig umschließt. Fig. 4 verdeutlicht dabei, daß die obere aufgesetzte fixierte Zentrierhülse 19 radial vorstehende Finger aufweist, so daß durch die verbleibenden Öffnungen das einge­ spritzte Kunststoffmaterial die Zentrierhülse völlig bis zum oberen Begrenzungsrand der Kunststoffspritzgußform umströmen kann.

Im bestimmten Einsatzfall kann natürlich auch auf die obere fixierte Zentrierhülse 19 verzichtet werden. Denkbar ist auch, daß am Antennenstab 5 selbst durch mechanische Verformung beispielsweise ein Anschlag 25 ausgebildet wird.

Denkbar ist genauso, daß das Spritzgußwerkzeug in axialer Verlängerung zum Antennenstab 5 mit einer dem Durchmesser der Zentrierhülse 15 entsprechenden Ausnehmung versehen ist, so daß zum Ende des Spritzvorganges hin die verschiebbare Zentrierhülse 15 von dem Antennenstab 5 am oberen Ende abgehoben und in diese in axialer Verlängerung liegende Aufnahmevertiefung in der Spritzgußform eingeschoben wird. Auch in diesem Falle würde das freie Ende des Antennenstabes 5 entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Kontur 23 mit dem oberen Verdickungsabschnitt 3 mit Kunststoffmaterial umspritzt sein, da die erwähnte Ausnehmung zur Aufnahme der verschiebbaren Zentrierhülse 15 oberhalb des oberen Umlenkplateau des Ver­ dickungsabschnittes 3 in der Spritzgußform vorgesehen wäre. Das Kunststoffmaterial kann dort nicht eindringen, da diese Aus­ nehmung in dieser Stellung von der Zentrierhülse 15 ausgefüllt wird. Insoweit kann also die Ausnehmung als Ringausnehmung konzipiert sein.

Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann der An­ guß 21 auch in einem mittleren Bereich eines zu umspritzen­ den Stabes angeordnet sein. Dann sollten aber zumindest zwei verschiebbare Zentrierhülsen 19 unmittelbar beidseitig neben der Angußöffnung 21 vor Beginn des Spritzvorganges justiert werden. Die beiden verschiebbaren Zentrierhülsen 19 würden dann während des Spritzvorganges auseinanderlaufend auf dem zu umspritzenden Stab verschoben werden.

Auch wenn im Vorausgehenden als zu umspritzender Gegen­ stand lediglich beispielshaft von einem Antennenstab 5 ge­ sprochen worden ist, so ist unter diesem Begriff jeder sich längs erstreckende Gegenstand zu verstehen, wie beispielsweise Drähte, Seile, biegsame dünne Wellen. Der Querschnitt sowohl des zu umspritzenden Stabes als auch die Querschnittskontur der Zentrierhülsen 29 und damit der Querschnitts-Innenform des Spritzgußwerkzeuges brauchen dabei nicht rund sein, son­ dern können auch davon abweichende Querschnitte aufweisen. Denn abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch die Kunststoffumhüllung im Querschnitt beispielsweise quadra­ tische oder sternförmige Formen aufweisen.

Aufgrund des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispieles kann also der obere Antennenteil 1′ mit einer exakt gleich­ mäßigen Kunststoff-Umhüllung versehen werden.

Dieses so endgültig vorbereitete Antennenteil 1′ kann dann mit dem eingangs erwähnten zweiten Antennenteil 1′′, das bei­ spielsweise aus einer elektrischen Spule bestehen kann, an der Steckhülse 7 zusammengefügt werden. Das mit Kunststoff umhüllte Antennenteil 1′ kann dabei als Zentrieransatz für einen zweiten Kunststoff-Spritzvorgang zur Umhüllung des un­ teren Antennenteiles 1′′ dienen.

Anhand der Ausführungsbeispiele ist jener Fall erörtert worden, daß lediglich eine Zentrierhülse auf den zu umspritzenden Stab aufgesteckt wird, die eine nur geringe Axiallänge aufweisen muß. Abweichend zum geschilderten Ausführungsbeispiel, bei dem die Zentrierhülse durch den Spritzdruck selbsttätig zurück­ weicht, kann natürlich auch eine den gesamten zu umspritzen­ den Stab fast völlig aufnehmende Zentrierhülse vorgesehen sein, die während des Spritzvorganges gesteuert zurückbewegt wird. In der Endlage gibt die gesteuert zurückbewegte Zentrierhülse dann den gesamten Innenraum der Spritzgußform frei.

Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß unter dem Be­ griff "Kunststoffummantelung" bzw. unter dem Begriff "Kunst­ stoff" alle mögliche synthetischen Stoffe zu verstehen sind, die zum Umspritzen geeignet erscheinen. Insoweit können nicht nur Thermo- und Duroplaste, sondern vor allem auch Elastomere eingesetzt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffummantelung von unter seitlich einwirkenden Kräften nachgebenden bzw. aus­ bauchenden flexiblen Stäben, wie Wellen, Drähte, Seile etc., insbesondere zur Herstellung von mit Kunststoff ummantelten Antennenstäben (5) unter Verwendung von unter Wärmeeinwir­ kung fließfähigen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (5) in eine Spritzgußform gegeben wird, wobei auf den zu umspritzenden Stab (5) eine auf ihm verschiebbare Zentrierhülse (15) aufgeschoben bzw. aufgesteckt und mit ihrer Stirnseite benachbart zum Anguß (21) derart gelagert und justiert wird, daß während des Spritzvorganges die zu­ mindest eine Zentrierhülse (15) auf dem zu ummantelnden Stab (5) bei gleichzeitiger Einströmen des fließfähigen Kunststoff­ materials unter ständiger Zentrierung des Stabes (5) verscho­ ben wird und zurückweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierhülse (15) während des Spritzvorganges gesteuert zurückbewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Spritzvorganges die zumindest eine Zentrierhülse (15) auf den zu ummantelnden Stab (5) selbständig nach Art eines Lochkolbens durch den Spritzdruck unter ständiger Zen­ trierung des Stabes (5) verschoben wird und zurückweicht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stab (5) an einem Ende in der Spritzguß­ form eingespannt und zentriert wird und daß der Anguß (21) und darauf folgend die Zentrierhülse (15) benachbart zu dem Einspann- und Zentrierbereich des zu umspritzenden Stabes (5) angeordnet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei zu beiden Endbereichen des zu umsprit­ zenden Stabes (5) versetzt liegendem Anguß (21) zumindest zwei auf dem zu umspritzenden Stab (5) verschiebbare Zentrierhülsen (15) aufgesteckt werden, die vor Beginn des Spritzvorganges jeweils unmittelbar benachbart auf einer Seite zum Anguß (21) justiert werden, und daß während des Spritzvorganges die beiden Zentrierhülsen (15) entgegengesetzt auf den zu umsprit­ zenden Stab (5) verschoben werden, wobei vorzugsweise der Stab (5) im Bereich gegenüberliegend zum Anguß fest abgestützt und zentriert ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die auf dem Stab (5) verschiebbare Zentrier­ hülse (15) durch die Spritzgußmasse über das stirnseitige Ende des zu umspritzenden Stabes (15) hinaus und von diesem heruntergeschoben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierhülse (15) während des Spritzvorganges über das stirnseitige Ende des zu umspritzenden Stabes (5) hinaus bis in eine entsprechende Aufnahmevertiefung in dem Spritz­ gußwerkzeug hineinverschoben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zu umspritzende Stab nur an einer benachbart zum Anguß (21) liegenden Seite eingespannt und zentriert gehalten ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß am freien Ende des zu umsprit­ zenden Stabes (5) ein Anschlag (25) vorgesehen ist, an wel­ chen die Zentrierhülse (15) in ihrer Endlage gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem freien Ende des zu umspritzenden Stabes (5) vor Durchführung des Umspritzvorganges ein dort festsitzender An­ schlag als separates Bauteil aufgesteckt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein als weiteres Zentrierglied (19) dienender Anschlag (25) am freien Ende des zu umspritzenden Stabes (5) vor Durchfüh­ rung des Spritzvorganges aufgesteckt wird, der von dem fließ­ fähigen Kunststoffmaterial durchströmbar ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die am Endbereich des zu umspritzenden Stabes (5) aufgesteckte und als Anschlag (25) dienende festsitzende Zentrierhülse (19) mit der während des Spritz­ vorganges dort anschlagenden verschiebbaren Zentrierhülse (15) umspritzt wird.

13. Flexibler Stab, insbesondere Autoantenne bzw. Autofunk­ antenne, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 12.