DE4215427A1

DE4215427A1 - Versteifter kunststoffgegenstand sowie spritzgiessverfahren zum herstellen desselben

Info

Publication number: DE4215427A1
Application number: DE19924215427
Authority: DE
Inventors: Siebolt Hettinga
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-01-21
Also published as: JPH05147065A

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Spritzgießen von Kunststoff und betrifft insbesondere einen versteiften Kunststoffgegenstand sowie ein Spritzgießverfahren zum Herstellen desselben.

Das Einsetzen eines Versteifungsmaterials in eine Gießform, in der das Versteifungsmaterial während des Spritzgießvor ganges mit dem Kunststoff umgossen wird, erhöht die Festig keitseigenschaften des Kunststoffgegenstandes. Diese Tat sache sowie der Fortschritt bei den hochfesten Kunststoffen, wie z. B. Nylon und Polyester hat es möglich gemacht, Kunst stoff dort einzusetzen, wo früher Gußmetalle und andere hochfeste Materialien erforderlich waren.

Die Vorteile von Kunststoff gegenüber anderen Materialien sind vielfältig. Das Gießen von Metall und dergleichen er fordert normalerweise Kerne aus Sand, Metall oder Wachs, um Innenkonturen, wie z. B. Strömungskanäle zu bilden. Bei der Entnahme aus der Spritzgießform müssen die Kerne dann durch Schwingungen oder Schmelzen entfernt werden, worauf die Guß teile nachbearbeitet werden müssen, um vorstehende äußere Abschnitte zu entfernen und die Außenflächen zu glätten. Hiernach müssen die Gußteile spanabhebend bearbeitet werden, um Befestigungsflansche und ähnliche Teile fertigzustellen. Diese Nachbearbeitungen sind kostspielig und zeitraubend.

Versteifte Kunststoffgegenstände können dagegen aus der Spritzgießform in fertiger Gestalt entnommen werden, wodurch die Nachbearbeitungsvorgänge vermieden werden. Ein versteif ter Kunststoffgegenstand kostet und wiegt weniger als ein vergleichbarer Gegenstand aus massivem Metall und kann häufig bei den gleichen Anwendungen eingesetzt werden.

Ein mögliches Problem beim Anordnen eines Versteifungsma terials innerhalb der Gießform besteht darin, daß sich das Versteifungsmaterial und der Kunststoff während des Abküh lens und Aushärtens des Kunststoffes unterschiedlich zu sammenziehen. Während der spritzgegossene Kunststoff abkühlt und aushärtet, schrumpft der Kunststoff. Da die Expansions koeffizienten verschiedener Materialien unterschiedlich sind, ist es unwahrscheinlich, daß das Versteifungsmaterial in der gleichen Weise wie der Kunststoff expandiert bzw. schrumpft. Wenn somit das Versteifungsmaterial nicht zu sammen mit dem Kunststoff schrumpft, kann eine Bewegung des Kunststoffes relativ zum Versteifungsmaterial zur Folge haben, daß sich der Kunststoff um das Versteifungsmaterial zusammenzieht und somit ein Verwerfen oder andere Verfor mungen des Kunststoffgegenstandes zur Folge hat.

Die US-Patentanmeldung Nr. 07/5 99 137 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstandes mit einem ver steifenden Einsatz, bei dem der versteifende Einsatz all seitig haftend in eine äußere Schicht aus Kunststoff während des Spritzgießens des Kunststoffes eingegossen wird.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die oben beschriebe nen Schwierigkeiten überwunden werden. Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein gegossener Kunst stoffgegenstand geschaffen, in den eine zusammenziehbare Versteifung dauerhaft integriert ist.

Ferner wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Gießen eines versteiften Kunststoffgegenstandes ange geben, bei dem eine zusammenziehbare Versteifung allseitig haftend in den Kunststoffgegenstand integriert wird.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren bleibt die Sollform des versteiften Kunststoffgegenstandes erhalten, und ein Verwerfen oder andere Verformungen aufgrund des Schrumpfens des Kunststoffes beim Abkühlen und Aushärten sind vermieden.

Die zusammenziehbare Versteifung ist in der Lage, sich der Kontraktion bzw. dem Schrumpf des Kunststoffes beim Abkühlen und Aushärten des Kunststoffes beim Gießen des Kunststoffge genstandes anzupassen.

Der erfindungsgemäß ausgebildete versteifte Kunststoffgegen stand kann bei zahlreichen Anwendungsfällen statt eines teureren Gußmetallteiles verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren wird die zusammenziehbare Versteifung zwischen den Formhälften einer Spritzgießvorrichtung angeordnet, ehe die beiden Formhälften miteinander verspannt werden, um einen Spritzgieß-Formhohl raum für den Kunststoffgegenstand zu bilden. Die beiden Formhälften werden miteinander verspannt und dann wird der Kunststoff in den Formhohlraum um die Versteifung herum eingespritzt. Man läßt dann den Kunststoff abkühlen und aushärten, was eine Kontraktion bzw. einen Schrumpf des Kunststoffes zur Folge hat. Die Versteifung zieht sich gleichzeitig und praktisch konform zu dem Kunststoff zusammen, was die ungestörte Kontraktion des Kunststoffes erlaubt und die Sollform des entstehenden Kunststoffgegen standes erhält. Auf diese Weise entsteht ein versteifter Kunststoffgegenstand, bei dem eine zusammenziehbare Ver steifung allseitig haftend in das Material des Kunststoff gegenstandes eingefügt ist.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kraftfahrzeug- Tür, bei der bestimmte Teile entfernt sind, um einen Kunststoff-Stoßschutz mit einer zusammen ziehbaren Versteifung zu zeigen;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der zusammenziehbaren Versteifung in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht des in Fig. 1 gezeigten Stoßschutzes, bei dem ein Teil entfernt ist, um die Versteifung zu zeigen;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Spritzgießvorrichtung zum Herstellen des in Fig. 3 gezeigten Stoß schutzes, bei der sich die Spritzgießvorrichtung in der Öffnungsstellung befindet und die Ver steifung zwischen den beiden Formhälften ange ordnet ist;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht, in der die Spritzgießvorrichtung ihre Schließstellung ein nimmt;

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, nachdem Kunststoff in die geschlossene Spritzgießform eingespritzt wurde;

Fig. 7 die geschlossene Spritzgießvorrichtung, nachdem der eingespritzte Kunststoff abkühlen und aushär ten konnte, wobei insbesondere der Kontraktions zustand des Kunststoffes und der Versteifung gezeigt ist;

Fig. 8 einen Kunststoffgegenstand mit einer anderen Versteifung;

Fig. 9 einen Kunststoffgegenstand mit noch einer anderen Versteifung;

Fig. 10 einen Kunststoffgegenstand mit noch einer anderen Versteifung.

Die Figuren zeigen einen versteiften Kunststoffgegenstand 12, genauer gesagt einen Stoßschutz (Fig. 1 und 3) für eine Kraftfahrzeugtür, in dem eine zusammenziehbare Versteifung 16 dauerhaft angeordnet ist, sowie ein Verfahren zum Gießen des Kunststoffgegenstandes (Fig. 4 bis 7). Bei dem bevor zugten Ausführungsbeispiel besteht die zusammenziehbare Versteifung 16 aus einem flexiblen Metallblech, das zieh harmonikaförmig gefaltet ist und einen sägezahnförmigen Querschnitt hat (Fig. 2).

Eine Spritzgießvorrichtung 18 ist mit einer stationären Formhälfte 20 und einer beweglichen Formhälfte 22 versehen, die in der Schließstellung der Spritzgießvorrichtung 18 (Fig. 5 bis 7) einen Formhohlraum 24 für den versteiften Kunststoffgegenstand 12 bilden. Die zusammenziehbare Ver steifung 16 wird bei geöffneten Formhälften 20 und 22 (Fig. 4) zwischen die Seitenwände 26 und 28 der beweglichen Formhälfte 22 gelegt.

Die Formhälfte 22 wird dann gegen die Formhälfte 20 bewegt und in der Schließstellung festgespannt, wodurch der Form hohlraum 24 gebildet wird. Ein Kunststoff 30 wird dann in den Formhohlraum 24 durch eine Einlaßöffnung 32 aus einer Einspritzdüse 34 eingespritzt, um den Formhohlraum 24 zu füllen und die Versteifung 16 zu umgeben, wodurch die Versteifung 16 fest damit verbunden wird.

Man läßt dann den Kunststoff 30 abkühlen und aushärten, was ein Schrumpfen des Kunststoffes zur Folge hat. Während der Kunststoff 30 schrumpft, zieht sich die Versteifung 16 gleichzeitig und praktisch konform zu dem Kunststoff 30 zusammen, was ein ungehindertes Schrumpfen des Kunststoffes 30 ermöglicht. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zieht sich die Versteifung 16 aufgrund ihrer Ziehharmonikaform zusammen. Der Kunststoff 30 und die Versteifung 16 sind in Fig. 7 in ihrer geschrumpften bzw. zusammengezogenen Form dargestellt. Da sich die Versteifung 16 zusammen mit dem Kunststoff 30 bewegt, während der Kunststoff 30 schrumpft, bleibt die gewünschte Form des Kunststoffgegenstandes 12 erhalten, und ein Verwerfen oder andere Verformungen als Folge der Kontraktion des Kunststoffes 30 um die Versteifung 16 sind somit vermieden.

Die Formhälfte 22 wird dann von der Formhälfte 20 weg bewegt, und der entstandene versteifte Kunststoffgegenstand 12 mit der darin allseitig haftend eingebetteten Versteifung 16 wird entnommen. Der Kunststoff 30 kann dann vollständig abkühlen und aushärten, und zwar entweder in der Spritzgieß vorrichtung 18 oder nachdem der Kunststoffgegenstand 12 aus der Spritzgießvorrichtung 18 entnommen worden ist.

Die Versteifung 16 ist ferner in der Lage, bei Gebrauch unter veränderlichen Temperaturbedingungen gemeinsam mit dem Kunststoff 30 zu expandieren und sich zusammenzuziehen, wenn der Kunststoff 30 expandiert und schrumpft, wie auch bei anderen Umständen wie z. B. unter der Einwirkung von Kräften, die ebenfalls eine Expansion oder Kontraktion bestimmter Bereiche des Kunststoffes 30 bewirken.

Der Kunststoffgegenstand 12 mit der darin eingebetteten Versteifung 16 bildet somit eine integrale einstückige Ein heit, die je nach dem Material und der Konfiguration der Versteifung 16, des Kunststoffes 30 und der Anordnung der Versteifung 16 innerhalb des Kunststoffgegenstandes 12 zahl reiche Anwendungsmöglichkeiten besitzt. Beispielsweise kann dieses Verfahren dazu benutzt werden, den Stoßschutz für die Kraftfahrzeugtür 14 in Fig. 1 zu bilden. Ein derartiger Stoßschutz wurde üblicherweise aus massivem Stahl herge stellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umgibt der einge spritzte Kunststoff 30 die Versteifung 16 vollständig, die sich durch den gesamten Kunststoff erstreckt, wodurch die Festigkeit gegenüber einem unversteiften Stoßschutz aus Kunststoff beträchtlich erhöht und das Gewicht gegenüber einem herkömmlichen Stoßschutz aus Stahl beträchtlich verringert wird. Diese versteiften Kunststoffgegenstände können anstelle von massiven Metallgußteilen auch bei zahl reichen anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.

Die zusammenziehbare Versteifung kann ferner an ver schiedenen Stellen angeordnet werden, statt sich durch den gesamten Kunststoff zu erstrecken. Beispielsweise bräuchte die Versteifung bei einem gegossenen Kunststoffsitz für ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) nur an den Spannungspunkten des Sitzes angeordnet zu werden.

Während das bevorzugte Ausführungsbeispiel der zusammenzieh baren Versteifung 16 in den Fig. 1 bis 7 dargestellt ist, sind verschiedene andere Möglichkeiten denkbar.

Fig. 8 zeigt einen versteiften Kunststoffgegenstand 42 mit einer anderen Ausführungsform einer Versteifung 44, die aus einem Maschengewebe unverbundener Drähte besteht, welche sich gemeinsam mit dem Kunststoff bewegen, wenn dieser schrumpft. Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt einen Schrumpf des Kunststoffes in allen Richtungen statt nur in einer Richtung, wie dies bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Fig. 9 zeigt einen Kunststoffgegenstand 46 mit einer weiteren Ausführungsform einer zusammenziehbaren Versteifung 48, die aus einem geschlitzten Metallblech besteht, das zu einer Honigwabenkonfiguration expandiert wurde. Die Ver steifung 48 in Form des expandierten Metallbleches bewegt sich ebenfalls mit dem Kunststoff, wenn dieser schrumpft.

Fig. 10 zeigt einen Kunststoffgegenstand 50 mit einer weiteren Ausführungsform einer zusammenziehbaren Versteifung 52, die aus einem Faservlies aus lose miteinander vermisch ten, nicht gewebten Draht- oder Kunststoffasern besteht, welche sich ebenfalls mit dem Kunststoff bewegen, wenn dieser schrumpft. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Versteifung 52 auch dekorativen Zwecken dienen, wenn sie, wie gezeigt, nächst der Oberfläche des Kunststoffgegen standes 50 angeordnet wird.

Claims

1. Spritzgießverfahren zum Herstellen eines versteiften Kunststoffgegenstandes, bei dem:

a) zwei Formhälften bereitgestellt werden;
b) eine zusammenziehbare Versteifung bereitgestellt wird;
c) die zusammenziehbare Versteifung zwischen den beiden Formhälften angeordnet wird;
d) die beiden Formhälften miteinander verspannt werden, um einen Spritzgieß-Formhohlraum für den versteiften Kunststoffgegenstand zu bilden;
e) Kunststoff in den Hohlraum um die zusammenziehbare Versteifung herum in Haftverbindung mit dieser einge spritzt wird;
f) man den Kunststoff zumindest teilweise abkühlen und aushärten läßt, was ein Schrumpfen des Kunststoffes zur Folge hat, wobei sich die Versteifung mit dem Kunststoff zusammenzieht, wodurch die Sollform des entstehenden versteiften Kunststoffgegenstandes erhalten bleibt; und
g) der entstandene versteifte Kunststoffgegenstand mit der darin eingebetteten zusammenziehbaren Versteifung aus dem Formhohlraum entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den Kunststoff weiter abkühlen und aushärten läßt, nachdem der entstandene versteifte Kunststoffgegenstand aus dem Form hohlraum entnommen wurde, wobei der Kunststoff während dieses Abkühlens und Aushärtens weiter schrumpft und die Versteifung sich zusammen mit dem Kunststoff weiter zusammenzieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den Kunststoff sich vollständig abkühlen und aushärten läßt, ehe der entstandene versteifte Kunststoffgegenstand aus dem Formhohlraum entnommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Versteifung zwischen den beiden Form hälften so angeordnet wird, daß sie sich durch den gesamten Kunststoffgegenstand erstreckt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung zwischen den beiden Formhälften so angeordnet wird, daß sie sich an einer oder mehreren Stellen innerhalb des Kunststoffgegenstandes befindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung zwischen den beiden Formhälften so angeordnet wird, daß sie sich nächst einem Oberflächenabschnitt des Kunststoffgegenstandes befindet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung aus einem ziehharmonikaförmig gefalteten Metallblech mit einem sägezahnförmigen Querschnitt besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung aus einem unverbundenen Maschendraht besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung aus einem Blech aus expandiertem Metall besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung aus einem Metallfaservlies besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung aus einem Kunststoffaservlies besteht.

12. Versteifter Kunststoffgegenstand, gekennzeich net durch eine zusammenziehbare Versteifung (16; 44; 48; 52), die allseitig haftend in den Kunststoffgegenstand integriert ist.

13. Versteifter Kunststoffgegenstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Versteifung (16; 44; 48; 52) durch den gesamten Kunststoffgegenstand erstreckt.

14. Versteifter Kunststoffgegenstand nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung an einer oder mehreren Stellen innerhalb des Kunststoffgegen standes angeordnet ist.

15. Versteifter Kunststoffgegenstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung nächst einem Oberflächenabschnitt des Kunststoffgegenstandes angeordnet ist.

16. Versteifter Kunststoffgegenstand nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (16) aus einem ziehharmonikaförmig gefalteten Metallblech mit einem sägezahnförmigen Querschnitt besteht.

17. Versteifter Kunststoffgegenstand nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (44) aus einem unverbundenen Maschendraht bzw. Drahtgeflecht besteht.

18. Versteifter Kunststoffgegenstand nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (18) aus einem Blech aus expandiertem Metall besteht.

19. Versteifter Kunststoffgegenstand nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (52) aus einem Metallfaserflies besteht.

20. Versteifter Kunststoffgegenstand nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung (52) aus einem Kunststoffaservlies besteht.