DE4237638A1 - Verfahren zur Herstellung von Prototypen oder Kleinserien eines Bauteils aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Proto­ typen oder Kleinserien eines Hinterschneidungen und/oder eine komplizierte Geometrie aufweisenden Bauteils aus thermoplasti­ schen Kunststoffen unter Verwendung eines Formwerkzeuges mit einem Schmelzkern aus niedrigschmelzenden Metallegierungen und einer den Schmelzkern umschließenden Hohlform.

Vor der Aufnahme der Serienproduktion von Kunststoff-Bauteilen, beispielsweise für die Automobilindustrie, ist es häufig erfor­ derlich, Prototypen oder Kleinserien dieser Bauteile unter pra­ xisnahen Bedingungen zu beurteilen. Die Herstellung von Proto­ typen oder kleinen Serien, die mit speziellen Werkzeugen, im allgemeinen Spritzgußwerkzeugen mit vereinfachter Kühlung und vereinfachtem Anguß durchgeführt wird, ist aufwendig und mit erheblichen Kosten verbunden. Besonders nachteilig ist die lange Zeitdauer für die Herstellung der aus bearbeitetem Stahl oder Aluminium bestehenden Spritzgußwerkzeuge.

Weiterhin ist es aus der DE-OS 31 49 264 bekannt, bei Teilen aus Gummi oder Kunststoff, die mit Innenkern gefertigt werden müssen, das Entformen dadurch zu erleichtern, daß für den Innenkern eine niedrigschmelzende Metallegierung verwendet wird und das Aus­ schmelzen des Innenkerns durch Zufuhr von Induktionswärme durch­ geführt wird. Nach diesem sogenannten Schmelzkernverfahren lassen sich zwar hinterschnittene und/oder eine komplizierte Geometrie aufweisende Teile im Spritzguß herstellen; es ist dazu aber eine geteilte und somit teure Hohlform zwingend erforderlich.

Mit der Erfindung soll ein Verfahren der einleitend angegebenen Gattung geschaffen werden, welches von den geschilderten Mängeln frei ist und insbesondere die Herstellung von Bauteil-Prototypen aus dem jeweils geforderten thermoplastischen Kunststoff mit geringen Werkzeug- und Maschinenkosten in kurzer Zeit erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen nach dem Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß wird um einen der Innenkontur des herzustellenden Bauteil-Prototyps angepaßten Schmelzkern aus einer niedrigschmel­ zenden Metallegierung wenigstens eine Schicht aus einem Material, welches im Verhältnis zu der Metallegierung einen zweckmäßig etwa 20-80°C, vorzugsweise etwa 40-70°C niedrigeren Schmelzpunkt auf­ weist, aufgebracht. Als niedrigschmelzende Metallegierungen kommen im allgemeinen Wismut-Zinn-Legierungen, die je nach Anteil der Legierungsbestandteile einen Schmelzpunkt von z. B. 138°C haben, in Betracht. Geeignete Materialien für die Beschichtung des Schmelzkerns sind insbesondere Wachse, z. B. Wachse auf Basis von Polyethylen. Die Dicke dieser Schicht entspricht der Wand­ dicke des Bauteil-Prototyps. Es können auch der Wanddicke des Bauteil-Prototyps entsprechend zwei oder mehr Schichten auf den Schmelzkern aufgebracht werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird in einem meist aus Stahl bestehenden Formkasten um den beschichteten Schmelzkern eine Hohlform aufgebaut. Die Hohlform besteht zweckmäßig ebenfalls aus niedrigschmelzenden Metallegierungen und umschließt den beschich­ teten Schmelzkern.

Zwischen dem mit einer Beschichtung versehenen Schmelzkern und der Hohlform wird dann das dem Bauteil-Prototyp entsprechende Formnest bzw. der Hohlraum ausgebildet. Hierzu wird die unmittel­ bar am Schmelzkern anliegende Schicht in Heißwasser- oder Ther­ moöl-Bädern, vorzugsweise in einem Wärmeofen ausgeschmolzen.

Die eigentliche Ausbildung des Bauteil-Prototyps erfolgt anschließend durch Spritzgießen. Dazu können praktisch alle thermoplastisch verformbaren Kunststoffe verwendet werden, z. B. Olefinpolymerisate, wie Polyethylen oder Polypropylen, Styrol­ polymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Styrol, Poly­ amide, Polyacetale, Polyester, Polycarbonate, Polymethylmethacry­ late sowie Mischungen dieser Polymerisate. Die Kunststoffe können weiters die üblichen Zusatzstoffe enthalten. Sie werden unter den beim Spritzgießen üblichen Bedingungen hinsichtlich Einspritz­ druck und Massetemperatur verarbeitet.

Das aus Schmelzkern und Hohlform bestehende Formwerkzeug wird nachfolgend in ein Ausschmelzbad gebracht und der Bauteil-Proto­ typ entformt, indem je nach Konfiguration des Bauteils der Schmelzkern und gegebenenfalls die Hohlform durch Zufuhr von Wärme entfernt werden.

Auf diese Weise lassen sich Kunststoff-Bauteile aus dem später für die Serienproduktion vorgesehenen Kunststoff schnell und kostengünstig herstellen. Zudem ist eine versuchstechnische Prüfung der Bauteile unter praxisnahen Bedingungen möglich. Das Formwerkzeug kann besonders einfach an Bauteile mit Hinterschnei­ dungen und/oder einer komplizierten Geometrie angepaßt werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5. Insbesondere kann, wie in Anspruch 3 angegeben, auf den vorbereiteten, d. h. beschichteten Schmelzkern eine weitere Schicht (Schutzschicht) in einer Dicke von etwa 1 bis 4 mm aufgetragen werden. Diese Schutzschicht ver­ hindert, daß beim anschließenden Aufbau einer Hohlform die Beschichtung beschädigt wird. Insgesamt hat sich eine Schutz­ schicht aus Keramik, Kunstharz oder dergleichen als zweckmäßig erwiesen. Es ist jedoch auch möglich, die Schutzschicht durch Aufsprühen einer niedrigschmelzenden Metallegierung in mehreren Lagen auf die Beschichtung aufzubringen. Wird hierbei die gleiche Metallegierung wie für den Schmelzkern und die Hohlform verwen­ det, kann das Bauteil später in einem Arbeitsgang entformt wer­ den.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung am Beispiel eines Saugrohres näher erläutert.

Zur Herstellung des Saugrohres werden auf einen entsprechenden Schmelzkern aus einer Wismut-Zinn-Legierung mit einem Schmelz­ punkt von 138°C eine erste Schicht (2) aus Wachs durch Tauchen des Schmelzkerns in einem Wachsbad und eine zweite Schicht (3) aus Keramik durch Handkonfektion aufgebracht. Die Dicke der er­ sten Schicht beträgt etwa 2,5 mm und die der zweiten Schicht etwa 4 mm. Der beschichtete Schmelzkern wird in einen aus Stahl bestehenden Formkasten (4, 5, 6, 7) eingesetzt und in dem Formka­ stenteil (7) befestigt. An dieses Formkastenteil schließt eine Platte (8) mit Kegelanguß (9) und ein Verteiler (10) an. Mit (11) ist eine Vakuumdüse im Kastenteil (4) bezeichnet.

Um den beschichteten Schmelzkern (1, 2, 3) wird eine Hohlform (12) mit Temperierkanälen (13) dadurch aufgebaut, daß der Formkasten (4, 5, 6, 7) vollständig mit schmelzflüssiger Wismut-Zinn-Legierung ausgefüllt wird. In einem Wärmeofen (in der Zeichnung nicht dar­ gestellt) erfolgt anschließend das Ausschmelzen der ersten Schicht (2) bei einer Temperatur von ca. 100°C. Es entsteht zwischen dem Schmelzkern und der zweiten Schicht (3) ein dem Saugrohr entsprechender Hohlraum. In den Hohlraum wird Poly­ amid 66 mit 35 Gew.-% Glasfasern in homogener Verteilung ein­ gespritzt. Der Einspritzdruck beträgt etwa 700 bar, die Massetem­ peratur 295°C. Nach der Abkühlung des Saugrohres werden im Aus­ schmelzbad bei einer Temperatur von ca. 160°C der Schmelzkern und die Hohlform entfernt. Es wird ein Saugrohr erhalten, welches mit der zweiten Schicht verbunden ist. Diese wird mechanisch ent­ fernt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Prototypen oder Kleinserien eines Hinterschneidungen und/oder eine komplizierte Geometrie aufweisenden Bauteils aus thermoplastischen Kunststoffen unter Verwendung eines Formwerkzeuges mit einem Schmelzkern aus niedrigschmelzenden Metallegierungen und einer den Schmelzkern umschließenden Hohlform, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Schmelzkern wenigstens eine dem Bauteil entspre­ chende Schicht aus einem Material mit im Verhältnis zu der Metallegierung etwa 20-80°C niedrigerem Schmelzpunkt aufge­ bracht, um den beschichteten Schmelzkern die Hohlform aufge­ baut, die Schicht des Schmelzkerns ausgeschmolzen und in dem entstandenen Hohlraum durch Spritzgießen das Bauteil ausge­ bildet wird und nachfolgend der Schmelzkern und gegebenen­ falls auch die Hohlform durch Zufuhr von Wärme entfernt wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Schmelzkern eine Schicht aus Wachs aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Schmelzkern zwei Schichten aufgebracht werden, von denen die erste Schicht aus Wachs und die zweite das herzustellende Bauteil umhüllende Schicht (Schutzschicht) aus Keramik, Gips, Kunstharz u. dgl. besteht.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht(en) durch Tauchen, Sprühen oder Handkonfek­ tion auf den Schmelzkern aufgebracht werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unmittelbar auf dem Schmelzkern auf­ gebrachte Schicht durch Zufuhr von Wärme ausgeschmolzen wird.