DE4236558A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Teilen aus Kunst­ stoff und insbesondere, aber nicht ausschließlich, die Her­ stellung von Teilen mittels eines Verfahrens unter Verwendung eines "verlorenen Kerns", bei welchem Kunststoffmaterial mit Hilfe des schmelzbaren ausgeschmolzenen Formkerns geformt wird, welcher aus mehreren Segmenten bestehen kann und welcher nach dem Formvorgang durch Erhitzen bis zu einem geschmolzenen Zustand, in welchem er aus einem dabei durch das geformte Kunststoffmaterial festgelegten Hohlraum ausfließen kann, entfernt wird.

Ein bei der Herstellung von Kunststoffteilen mittels Formver­ fahren oft auftretendes Problem liegt darin, daß unerwünschte Anformungen, bspw. sogenannte Preßgratlinien durch überschüssi­ ges Material in der Nähe des Punktes ausgeformt werden, an welchem Material in die Form eingespritzt wird. Diese uner­ wünschten Anformungen treten auch an anderen Stellen des Teils auf, wenn dieses unter Verwendung einer Mehrsegment-Form ausgeformt wird.

Bei der Herstellung von Präzisionsmaschinenteilen muß die Beseitigung von Preßgratlinien und anderen unerwünschten An­ formungen vorsichtig durchgeführt werden; dies führt zu länge­ ren Herstellungszeiten und höheren Kosten. Das Entfernen ist besonders schwierig, wenn die Anformungen an relativ unzugäng­ lichen Flächen des Formteils ausgebildet sind, wie es vor­ kommt, wenn ein komplex gestalteter Gegenstand mittels eines Verfahrens mit verlorenem Kern unter Zuhilfenahme einer Mehr­ segment-Form ausgeformt wird.

Die Schwierigkeit der Entfernung unerwünschter Vorsprünge ist nicht so groß, wenn besondere Kunststoffmaterialien, wie wärmeaushärtende Kunstharze gewählt werden. Für viele Produkte machen jedoch die relativ spröden Eigenschaften und hohen Kosten wärmeaushärtender Kunststoffe im Vergleich bspw. zu thermoplastischen Kunststoffen, wärmeaushärtende Kunststoffe ungeeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Vermeiden oder Vermindern des obengenannten Problems unerwünschter Anformungen, wie sie bisher mit der Herstellung von Kunststoffprodukten, insbesondere aus thermo­ plastischen Kunststoffmaterialien, verbunden sind.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen durch ein Verfahren zur Herstellung von geformten Kunststoffteilen gelöst, welches die Verwendung einer Mehrsegment-Form aus schmelzbarem Material, umfaßt, welche wenigstens teilweise einen Hohlraum für die Ausformung von Kunststoffmaterial bildet, in welchem vor dem Formen des Kunststoffmaterials die Formsegmente in einer vorher ausgewählten Orientierung relativ zueinander angeordnet werden und Randbereiche einander gegen­ überliegender Flächen der Segmente werden einer Laserstrahl­ energie ausgesetzt, um die Formsegmente wenigstens in den Randbereichen zu vereinen und um alle unerwünschten Anfor­ mungen in den Randbereichen zu beseitigen.

In Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschla­ gen, bei welchem wenigstens einer der Randbereiche eine an sich unerwünschte Rippe aufweist, die als Füllmaterialquelle dient, wenn sie durch den Laserstrahl erwärmt wird, um kleine Freiräume zwischen den gegeneinanderliegenden Flächen der Formsegmente auszufüllen und die Schaffung einer Stoßstelle mit glatter Oberfläche zu erleichtern.

Eine der gegeneinanderliegenden Flächen kann eine deformier­ bare vorspringende Anlageanformung aufweisen, die sich vorzugs­ weise dann verformt, wenn die einander gegenüberliegenden Flächen aufeinanderzu gedrückt werden, um so im wesentlichen als Verschluß dazwischen zu wirken. Die vorspringende Anfor­ mung kann sich in Längsrichtung erstrecken, vorzugsweise durchgehend in Längsrichtung, und ist vorzugsweise in der Nähe eines der Randbereiche angeordnet, der der Laserstrahlenergie ausgesetzt wird. Die sich in Längsrichtung erstreckende Anfor­ mung kann sich rechteckförmig und/oder gekrümmt erstrecken.

Nach dem Erfindungsgedanken wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Kunststoffteils vorgeschlagen, bei welchem ein geformtes Kunststoffteil mittels einer an sich bekannten Technik geformt wird, welche zu einer unerwünschten Anformung an dem Teil führt, wobei das Teil dann der auf die unerwünschte Anformung gerichteten Energie eines Laserstrahls ausgesetzt wird. Der Laserstrahl kann eingesetzt werden, um die unerwünschte Anformung durch Schneiden zu beseitigen oder sie aufzuschmelzen, um sie mit dem benachbarten, den Körper des Kunststoffteils bildenden Material zu messen.

Die Erfindung sieht insbesondere vor, daß das Kunststoff- Material ein thermoplastisches Kunststoffmaterial ist. Es können jedoch auch wärmeaushärtende Kunstharze verwendet werden.

Vorzugsweise wird der Laserenergiestrahl auf die Oberfläche des Kunststoffteils oder der Mehrsegment-Form in einer Rich­ tung gerichtet, die im wesentlichen senkrecht entweder zu der Oberfläche des Kunststoffteils in der Nähe der unerwünschten Anformung oder im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Form in der Nähe eines örtlich festgelegten Randbereiches steht.

Der Laserenergiestrahl kann auf bekannte Art und Weise erzeugt werden und kann in geeigneter Weise heruntergeregelt werden, wenn, wie üblicherweise der Fall sein wird, nur eine niedrige Eingangsenergie notwendig ist. Um einen gleichmäßigen Übergang zwischen zwei Segmenten einer Mehrsegment-Form zu erreichen und dadurch jegliche Oberflächenunregelmäßigkeiten in anein­ andergrenzenden Bereichen des Formteils zu vermeiden, ist es insbesondere bevorzugt, daß ein geformter Laserpuls verwendet wird, der so eingestellt ist, daß ein Anfangsenergiesprung während jedes Pulses vermieden wird.

In Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist außerdem vor­ gesehen, daß bei einem Formsegmentpaar aus schmelzbarem Ma­ terial mit jeweiligen Oberflächen, die gegeneinander gerichtet sind, wenn sie zusammengebaut werden, um wenigstens einen Teil einer Form zu bilden, eine der Oberflächen eine Aufnahmezone (wie eine Nut oder einen Falz) an einem Rand aufweist, die freiliegt, wenn die einander zugekehrten Oberflächen in Be­ rührung stehen, und daß die andere Oberfläche an einem ähnlich freiliegenden Rand eine Füllmaterialrippe aufweist, wodurch Laserenergie, die auf oder in die Nähe der Füllstoffmaterial­ rippe aufgebracht wird, bewirkt, daß überschüssiges Material der Füllmaterialrippe in die Aufnahmezone fließt und diese auffüllt. Die beiden Formsegmente können durch das Material vereinigt werden, das in die Aufnahmezone fließt.

Die vorliegende Erfindung sieht außerdem vor, daß bei einem Formsegmentpaar aus schmelzbarem Material mit jeweiligen Oberflächen, die einander gegenüberliegen, wenn sie zusam­ mengefügt werden, um wenigstens teilweise eine Form zu bilden, wenigstens eine dieser Oberflächen eine verformbare vor­ springende Anlageanformung aufweist, die so ausgeformt ist, daß sie sich verformt, wenn die Oberflächen aufeinanderzu gedrückt werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Anlageanfor­ mung im wesentlichen durchgehend in Längsrichtung, wodurch sie in der Lage ist, einen im wesentlichen durchgehenden Verschluß zwischen den gegeneinanderliegenden Oberflächen zu schaffen, wenn diese aufeinanderzu gedrückt werden. Vorzugsweise ist die Anlageanformung auf der gegenüberliegenden Oberfläche an einer Stelle angeformt, die nahe an einem Rand der Oberfläche liegt, die der Laserstrahlenergie ausgesetzt wird.

Es ist nicht wesentlich, daß die beiden Formsegmente an oder nur an einem freiliegendem Randbereich vereinigt werden. Die Formsegmente können einem Tiefeinschweißverfahren ausgesetzt werden, bei welchem die gegeneinanderliegenden Flächen in einer innerhalb des Körpers des Formmaterials liegenden Stelle unterhalb des freiliegenden Randbereichs verschweißt werden.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Formsegmentpaares gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Formsegmentpaares gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt zwei identische Formsegmente 10, 11, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren miteinander verbunden werden. Jedes Formsegment 10, 11 hat eine im wesentlichen halbzylindri­ sche Röhrenform und weist ein Paar von Flächen 12, 13 auf, die Flächen 13, 12 des anderen Segments 11, 10 gegenüberliegen. An dem einen Segment 10 sind Flächenbereiche 12 ausgebildet, deren in Radialrichtung inneren Ränder eine unerwünschte Rippenanformung 14 aus dem Material des Formsegments aufwei­ sen. Die Flächen 13 des anderen Formsegments 11 weisen, eben­ falls an ihren in Radialrichtung inneren Rändern, sich in Längsrichtung erstreckende Falze 15 auf.

Werden die beiden Formsegmente 10, 11 in der dargestellten Konfiguration zusammengefügt, wird ein Laserenergiestrahl auf jede Füllmaterialrippe 14 gerichtet, typischerweise mittels einer Einheit aus optischen Fasern, welche sich durch die durch das Segmentpaar gebildete Bohrung 16 erstrecken kann.

Die Fasereinheit ist gebogen, so daß der Laserenergiestrahl radial nach außen in einer im wesentlichen senkrecht zu dem örtlich begrenzten Flächenbereich eines Paares freiliegender Ränder der einander gegenüberliegenden Flächen 12, 13 gerich­ tet ist. Das Energieniveau wird so geregelt, daß das Material der Füllmaterialrippen 14 in den benachbarten Falz 15 fließt, welcher als Aufnahmezone für das Material dient. Das aufge­ brachte Hitzeniveau ist ausreichend, um das geformte Material, das einen in Längsrichtung erstreckenden Falz 15 bildet, zu erweichen, so daß das Material der Füllmaterialrippen 14 eine Verbindung zwischen den Formsegmenten 10, 11 bildet.

Das oben beschriebene Verfahren wird bei einer Füllmaterial­ rippe 14 und einem Falz 15 durchgeführt, die so angeordnet sind, daß sie senkrecht nach oben gerichtet sind, so daß das Material der Füllmaterialrippe natürlicherweise dazu neigt, in den Falz 15 hineinzufließen. Während die beiden Formsegmente 10, 11 durch äußere nicht dargestellte Einrichtungen in der erforderlichen Position zueinander gehalten werden, werden die Formsegmente 10, 11 nachfolgend um 180° um die Längsachse der Bohrung 16 gedreht und das oben beschriebene Verfahren wird auf die andere Füllmaterialrippe 14 und die andere Nut 15 angewandt.

Dadurch wird eine Form erreicht, die eine im wesentlichen gradlose Bohrung 16 aufweist, und in der ein Teil ohne das Hervorrufen von Preßgratlinien oder anderen unerwünschten An­ formungen formbar ist, wie sie normalerweise auch bei der Ver­ wendung einer einfachen Form mit zwei halbzylindrischen Seg­ menten, die direkt gegeneinander gehalten werden, auftreten würden.

Es ist nicht notwendig, daß die Füllmaterialrippen 14 radial nach innen weisen. Bei einem zu dem oben beschriebenen alter­ nativen Verfahren können die Füllmaterialrippen 14 an den in Radialrichtung äußeren Rändern der Flächenbereiche 12, 13 vorgesehen sein, so daß sie radial nach außen weisen, wobei die Falze 15 dann an den in Radialrichtung äußeren Rändern der Flächen 13 angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt zwei Formsegmente 20, 21, die jeweils eine im wesentlichen halbzylindrische Röhrenform aufweisen und ein Paar von Flächen 22, 23 aufweisen, die Flächen 23, 22 des anderen Formsegments 21, 20 gegenüberliegen. Ein Formsegment 21 weist zwei Flächen 23 auf, die jeweils nahe an ihrem in Radialrichtung inneren Rand 24 mit einer kleinen verformbaren vorspringenden Anlageanformung 25 versehen ist, die einstückig mit dem Material des Formsegmentes 21 ausgeformt ist und sich kontinuierlich über die Fläche parallel mit der Längsachse des Segmentes erstreckt. Die Flächen 22 des anderen Formsegments 20 sind eben.

Bei Verwendung werden die beiden Segmente 20, 21 zusammenge­ preßt, um die Anlageanformungen 25 gegen die gegenüberliegen­ den Flächen 22 des anderen Segmentes 20 zu deformieren und in diese einzubetten. Eine durchgängige Berührung wird daher zwischen den beiden Paaren gegenüberliegender Flächen 22, 23 gewährleistet; dies hilft sicherzustellen, daß ein nachfolgend aufgebrachter Laserenergiestrahl in der Lage ist, durchgehende Verschweißungen zwischen jedem Paar gegenüberliegender Oberflä­ chen 22, 23 zu schaffen.

Die Formsegmente 20, 21 können aus einer Metallegierung mit niedrigem Schmelzpunkt, wie Blei-Zinn-Antimon oder Zinn-Wismut bestehen, die nach dem Schmelzen zur Entfernung von einem geformten Kunststoffgegenstand wiederverwendbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren bedarf keiner anderen Materialien außer denen der Formkernsegmente, um ihre Vereinigung zur Verwendung als Form zu bewirken; dadurch ist das Formkernma­ terial einer Wiederverwendung leicht zugänglich, ohne daß die Entfernung von Verunreinigungen notwendig wäre, wie sie bspw. bei der Verwendung eines Klebstoffs oder eines Lötverfahrens zur Verbindung der beiden Segmente notwendig wäre.

Wird die Erfindung zur Entfernung von unerwünschten Anfor­ mungen an einem Kunststoffgegenstand eingesetzt, so kann der Gegenstand mit einer Vertiefung in der Nähe eines Bereiches des Teils vorgeformt werden, an welchem eine Preßgratlinie oder ähnliche unerwünschte Anformungen häufig auftreten, wobei der Laserenergiestrahl einsetzbar ist, um zu bewirken, daß die unerwünschte Anformung in die Vertiefung hineinfließt und von dieser aufgenommen wird. Alternativ kann der Laserenergie­ strahl dazu verwendet werden, die Preßgratlinie mittels einer Schneidoperation zu entfernen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststofformteiles, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Mehrsegment-Form (10, 11, 20, 21) aus schmelzbarem Material, die mindestens teilweise einen Hohlraum (16) für die Formung von Kunststoff­ material bildet, wobei vor dem Formen des Kunststoffmaterials die Formsegmente (10, 11; 20, 21) in einer vorgewählten Orien­ tierung relativ zueinander angeordnet werden, wobei Randbe­ reiche (14, 15) einander gegenüberliegender Oberflächen (12, 13; 22, 23) der Segmente Laserstrahlenergie ausgesetzt werden, um die Formsegmente mindestens in den Randbereichen zu ver­ einen und um irgendwelche unerwünschten Anformungen in den Randbereichen zu beseitigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Randbereiche eine unerwünschte Rippenan­ formung (14) aufweist, die so ausgeführt ist, daß sie als Füllmaterialquelle dient, wenn sie erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der gegenüberliegenden Oberflächen (22, 23) mit einer deformierbaren vorspringenden Anformung (25) ausgestattet ist, die vorzugsweise so ausgeführt ist, daß sie sich deformiert, wenn die einander gegenüberliegenden Ober­ flächen aufeinanderzu bewegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer in Längsrichtung durchgehenden Anlageanfor­ mung (25).

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Verwendung einer deformierbaren Anlageanformung (25), welche an einer der einander gegenüberliegenden Flächen (22, 23) in oder nahe einem ihrer Randbereiche angeordnet ist, die der Laserstrahlenergie auszusetzen ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Laserenergiestrahl auf die Ober­ fläche der Mehrsegment-Form in einer Richtung gerichtet wird, die im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Form in der Nähe eines örtlich begrenzten Randbereiches einer der einander gegenüberliegenden Oberflächen steht.

7. Verfahren zur Herstellung eines Kunststofformteils, dadurch gekennzeichnet, daß er zunächst mittels einer an sich bekannten Technik geformt wird, die zu einer unerwünschten Anformung an dem Teil führt und daß das Teil dann der Energie eines auf die unerwünschte Anformung gerichteten Laserstrahls ausgesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlenergie zur Beseitigung der unerwünschten An­ formung durch einen Schneidvorgang verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlenergie dazu verwendet wird, die uner­ wünschte Anformung aufzuschmelzen, so daß sie sich mit den benachbarten, den Körper des Teils bildenden Materials ver­ mischt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Laserenergie auf die Oberfläche des Kunststoffteils in einer Richtung gerichtet wird, die in der Nähe der unerwünschten Anformung im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Teils steht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes durch einen Formprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß jede während der Herstellung auftretende unerwünschte Anformung entfernt wird, indem sie Laserstrahlenergie ausgesetzt wird.

12. Formsegmentpaar (10, 11) aus schmelzbarem Material mit jeweiligen Oberflächen (12, 13), die einander gegenüberliegen, wenn sie zusammengesetzt werden, um wenigstens teilweise eine Form zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Ober­ flächen (13) eine Aufnahmezone (15) aufweist, an welcher ein Rand freiliegt, wenn die einander gegenüberliegenden Flächen in Berührung stehen, wobei die andere Fläche (12) einen in ähnlicher Weise freiliegenden Rand mit einer Füllmaterialrippe (14) aufweist, wodurch auf oder in der Nähe der Füllmaterial­ rippe einwirkende Laserenergie bewirkt, daß unerwünschtes Material der Füllmaterialrippe (14) in die Aufnahmezone (15) hineinfließt und diese füllt.

13. Formsegmentpaar nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmezone (15) eine Nut, einen Falz od. dgl. An­ formung aufweist.

14. Formsegmentpaar (20, 21) aus schmelzbarem Material mit jeweiligen Flächen (22, 23), die einander gegenüberliegen, wenn sie zusammengesetzt werden, um wenigstens einen Teil einer Form zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine Fläche (23) eine deformierbare Anlageanformung (25) aufweist, die so ausgeführt ist, daß sie sich verformt, wenn die Flächen (22, 23) aufeinanderzu gedrückt werden.

15. Formsegmentpaar nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Anlageanformung (25) im wesentlichen in Längsrichtung durchgehend und dadurch in der Lage ist, eine im wesentlichen durchgehende Verbindung zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen (22, 23) zu schaffen, wenn die Flächen gegeneinander gedrückt werden.