DE4421566C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kolbens aus Kunststoff sowie nach diesem Verfahren hergestellter Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines mit radialen Ausnehmungen versehenen Kolbens sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Kol­ ben.

In der DE 38 16 607 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kolben-/Zylinderaggregats beschrieben, bei welchem in eine Spritzgußform, die der äußeren Form des Kolbens entspricht, ein koaxial zur Kolbenachse ausgerichteter Gußkern einge­ bracht, und der zwischen Gußkern und Spritzform gebildete Hohlraum mit Kunststoff ausgespritzt wird, worauf der Guß­ kern entfernt wird.

Als nachteilig ist an diesem bekannten Verfahren anzusehen, daß es nicht möglich ist, radiale Ausnehmungen bereits beim Spritzgießen des Kolbens herzustellen, da dies radiale Vor­ sprünge auf dem Gußkern erfordern würde, die dessen axiale Entfernbarkeit unmöglich machen würden. Radiale Ausnehmungen des Kolbens müssen daher in nachfolgenden Bearbeitungs­ schritten hergestellt werden.

Eine Verwendung von mittig geteilten Formteilen, die bezüg­ lich des Kolbens in radialer Richtung verfahren werden und somit radiale Vorsprünge aufweisen können, hat den Nachteil, daß an der Nahtstelle zwischen diesen Formteilen Grate am fertiggespritzten Kolben entstehen, die ebenfalls durch Nachbearbeitung entfernt werden müssen.

Kolben mit radialen Ausnehmungen sind beispielsweise bei Hauptzylindern für hydraulische Bremsbetätigungseinrich­ tungen erforderlich, die mit sogenannten Zentralventilen ausgestattet werden, wobei den Kolben radial durchgrei­ fende Bauteile, beispielsweise Anschlagstifte, Verwendung finden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, nach dem ein Kolben, der mit axialen und radialen Ausnehmungen versehen ist, aus Kunststoff herge­ stellt werden kann, wobei die Herstellung mit einfachen Mitteln durchführbar sein und ohne, bzw. mit nur wenigen Nachbearbeitungsschritten auskommen soll.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angege­ benen Maßnahmen. Es ist vorgesehen, eine Grundvorrichtung zu verwenden, die eine der äußeren Form des herzustellen­ den Kolben entsprechende axiale Ausnehmung aufweist. So­ mit ist keine sich axial erstreckende Trennfuge vorhan­ den, es können keine sich axial erstreckenden Grate Absätze oder Formtrennungsversätze am Kolben auftreten. Die Ausnehmung kann gestuft ausgebildet sein. Ein der Ausnehmung angeordnetes Kernelement dient dazu, eine Ausnehmung im Kernelement auszubilden. Der Auswerfer dient als Verdichterkolben zum Erzeugen eines hydraulischen Druckes in der eingespritzten Masse (sog. Pumpen). Das hat den Vorteil, daß nach dem Einspritzvorgang der Innendruck der eingespritzten Masse erhöht und somit die Formgenauigkeit gesteigert wird. Der Auswerfer dient weiterhin zum Auserfen des fertigen Kolbens.

Dabei werden Ausnehmer und Kernelement so in der Grundvorrichtung positioniert, daß der somit gebildete Hohlraum der Form des herzustellenden Kolbens entspricht.

Die in axialer Richtung an die Grundvorrichtung heran­ fahrbare und dort exakt positionierbare Hilfsvorrichtung schließt den der Form des Kolbens entsprechenden Hohlraum ab, an der Kontaktstelle zwischen Grundvorrichtung und Hilfsvorrichtung befindet sich ein radial umlaufender Stoß.

In der Grundvorrichtung sind Querausnehmungen vorgesehen, die im Winkel zur axialen Ausnehmung angeordnet sind. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen rechten Winkel, es sind aber auch andere, schräg auf der Längs­ achse stehende Winkel denkbar, beispielsweise 45° oder 60°. In die Querausnehmungen werden Querschieber einge­ schoben, die bis in den durch Grund- und Hilfsvorrichtun­ gen gebildeten Hohlraum hineinragen und sich im einge­ schobenen Zustand gegenseitig abstützen. Diese Querschie­ ber definieren somit die radialen Ausnehmungen des herzu­ stellenden Kolbens. Die gegenseitige paarweise Abstützung der Querschieber aneinander dient dazu, daß die durch die Querschieber ausgeübten Querkräfte nicht auf die Grund- bzw. Hilfsvorrichtung übertragen werden, so daß keine Beeinträchtigung der exakten Positionierung von Grund- und Hilfsvorrichtung zueinander durch das Einschieben und Positionieren der Querschieber auftritt.

Nachdem der dem Kolben entsprechende Hohlraum durch die Positionierung von Grundvorrichtung, Hauptvor­ richtung, Formkern, Auswerfer und Querschiebern festgelegt ist, wird plastifizierter Kunststoff durch Einspritzdüsen in diesen Hohlraum eingespritzt und anschließend bis unterhalb seiner Plastifizie­ rungstemperatur abgekühlt. Der Kunststoff ist somit formstabil, die Querschieber können seitlich heraus­ gezogen, und die Hilfsvorrichtung von der Grundvor­ richtung axial entfernt werden. Nach dem Entfernen der Hilfsvorrichtung wird der Kolben mittels des Auswerfers in Richtung der Hilfsvorrichtung axial aus der Grundvorrichtung ausgeworfen.

Ist die Hilfsvorrichtung ebenfalls mit einer Ausnehmung versehen, die koaxial zur Ausnehmung der Grundvorrichtung positioniert wird, so kann auf dem herzustellenden Kolben ein umlaufender Grat entstehen, der bei Bedarf auf einfache Weise entfernt werden kann.

Sollen bereits vorgefertigte Bauteile in den herzu­ stellenden Kolben integriert werden, so empfiehlt es sich, diese Bauteile mittels eines an der Hilfsvor­ richtung angebrachten Halteelements in den oben be­ schriebenen Hohlraum zu positionieren. Beim Ein­ spritzen des Kunststoffs wird das zu integrierende Bauteil mit dem Kunststoff umspritzt und somit in den Kolben integriert. Zur stabilen Befestigung des Bauteils am Kolben kann vorgesehen sein, daß die Oberfläche des Bauteils mit Vorsprüngen, Einbuchtun­ gen oder Hinterschneidungen versehen ist.

Bei der Verwendung des herzustellenden Kolbens als Kolben eines Hauptzylinders einer hydraulischen Bremsanlage empfiehlt es sich, den Kolben aus Duroplast mit geeigneten Füllstoffen und das Bauteil als ein aus einem stabilen und abriebsfesten Material, beispielsweise Metall, bestehendes Druck­ stück auszubilden und in den Kolben zu integrieren. An dem Druckstück kann eine zur Betätigung des Kol­ bens dienende Kolbenstange abgestützt werden.

Ein derartiges Bauteil kann zunächst relativ lose auf dem Halteelement angeordnet sein, und erst beim Heranfahren der Hilfsvorrichtung an die Grundvor­ richtung exakt positioniert werden. Handelt es sich bei dem Bauteil um das Druckstück, so kann dieses sich an den Formkern anlegen, der durch einen ent­ sprechende Ausgestaltung seiner Spitze zu einer exakten Ausrichtung des Druckstücks dient. Ein Vor­ teil dieser Maßnahme ist es, daß keine große Sorg­ falt bei der Bestückung des Haltelements mit dem zu integrierenden Bauteil erforderlich ist, was den Arbeitsablauf erleichtert bzw. eine höhere Arbeits­ geschwindigkeit zuläßt.

Dieselben Vorteile lassen sich erzielen, wenn die exakte Positionierung des zu integrierenden Bauteils erst beim Einschieben der Querschieber, d. h. durch Abstützung des Bauteils an den Querschiebern er­ folgt.

Sind sowohl in der Grundvorrichtung als auch in der Hilfsvorrichtung zueinander parallele Querausnehmun­ gen vorgesehen, in die fest miteinander verbundene und ihrer relativen Lage zueinander unverrückbare Querschieber eingeschoben werden können, so kann hierdurch ebenfalls eine exakte Positionierung von Grundvorrichtung und Hilfsvorrichtung zueinander er­ reicht werden. Da der Abstand zwischen den in die Grundvorrichtung eingreifenden Schiebern und den in die Hilfsvorrichtung eingreifenden Schiebern exakt definiert ist, können diese nur dann vollkommen in die Grund- bzw. Hilfsvorrichtung eingefahren werden, wenn Grund- und Hilfsvorrichtung in ihrer vorge­ schriebenen relativen Position zueinander angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Queraus­ nehmungen bzw. die Querschieber mit in Richtung auf die Längsachse des Kolbens hin sich verjüngenden, kegelstumpfförmigen Abschnitten versehen sind, die ein möglicherweise vorhandenes axiales Spiel zwi­ schen Grund- und Hilfsvorrichtung beim Einschieben der Querschieber aufheben. Beim Einschieben wird somit die Querbewegung der. Schieber in eine ggf. erforderliche Axialbewegung von Hilfs- und Grundvorrichtung zueinander umgewandelt. Sobald sich die gegegenüberliegenden Querschieber aneinander abstützen, wirkt keine Querkraft mehr auf die Grund- bzw. Hilfsvorrichtung ein.

Zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens wird eine Vorrichtung bestehend aus Grundvorrichtung und Hilfsvorrichtung vorgeschlagen, die gegeneinan­ der verschiebbar angeordnet sind, wobei die Ver­ schiebeeinrichtung senkrecht auf der Kontaktfläche von Grundvorrichtung und Hilfsvorrichtung steht.

In der Grundvorrichtung sind eine axiale Ausnehmung sowie sich paarweise gegenüberliegende Querausneh­ mungen angebracht. Das eine Ende der axialen Ausneh­ mung endet in der mit der Hilfsvorrichtung in Kon­ takt bringbaren Kontaktfläche der Grundvorrichtung, während am anderen Ende der axialen Ausnehmung ein Kernelement und ein Auswerfer angeordnet sind.

Der Auswerfer ist in axialer Richtung bewegbar, und dient dazu, den Kolben in Richtung des offenen Endes der Ausnehmung auszuwerfen. Die sich paarweise ge­ genüberliegenden Querausnehmungen nehmen die Quer­ schieber auf, die sich paarweise gegeneinander ab­ stützen können.

An der Kontaktfläche der Grundvorrichtung sind Zen­ triermittel angebracht, die mit an der Kontaktfläche der Hilfsvorrichtung angebrachten Zentriermittel zusammenwirken und ein exaktes Positionieren von Hilfsvorrichtung und Grundvorrichtung zueinander ermöglichen. Als Zentriermittel können Bohrungen einerseits und in diese eingreifende Stifte anderer­ seits vorgesehen sein, bzw. einander entsprechende kegelstumpfförmige Flächen oder andere geeignete Maßnahmen.

Weist auch die Hilfsvorrichtung eine axiale Ausneh­ mung auf, so sollte diese an ihrem Übergang zu der Kontaktfläche der Hilfsvorrichtung den gleichen Radius wie die axiale Ausnehmung der Grundvorrichtung aufweisen, wobei mindestens eine der Ausnehmungen mit einer sich direkt an die entsprechende Kontaktfläche anschließenden, von dieser weg sich verjüngenden kegelstumpfförmigen Fläche versehen sein sollte. Falls Grate entstehen, dann bilden sie sich an dem Ende größeren Durchmessers der Kegelstumpffläche. Bei der Verwendung des herzustellenden Kolbens in einem Hauptzylinder einer hydraulischen Bremsanlage ist vorgesehen, an dem durch die axiale Ausnehmung gebildeten Bereich des Kolbens eine Dichtmanschette anzubringen, die durch einen Grat im Betrieb beschädigt werden könnte. Durch die Anordnung der kegelstumpfförmigen Fläche, deren gratloses Ende an die Dichtmanschette grenzt, wird eine derartige Beschädigung wirkungsvoll verhindert, da die Dichtmanschette im Betrieb nicht bis an das andere Ende der Fläche gelangen kann.

Eventuell auftretende Grate können entweder durch einen einfachen Bearbeitungsschritt entfernt werden oder, falls ihre Ausdehnung kleiner als der zwischen Kolben und Hauptzylinderbohrung befindliche Spalt ist, toleriert werden. Eine vollständige Entschärfung des Grats ist nicht erforderlich, da die Dichtmanschette nicht in dem Bereich des Grats Vordringen kann.

Besteht der Kolben aus einem Kunststoff mit Füllstoffen, so können diese bei einer Nachbearbeitung aus der Oberfläche hervorstehen und die Dichtmanschette beeinträchtigen. Auch dies wird durch die Anordnung der kegelstumpfförmigen Fläche vermieden. Dabei genügt es, wenn diese Fläche eine geringe axiale Ausdehnung hat.

Um auch in dem Bereich des Kolbens, der in der Hilfsvorrichtung ausgebildet wird, axiale bzw. ra­ diale Ausnehmungen vorsehen zu können, können auch in der Hilfsvorrichtung ein Kernelement bzw. Quer­ ausnehmungen wie bereits zur Grundvorrichtung be­ schrieben angeordnet werden.

Ein problemloses Entfernen des Kolbens aus der Grundvorrichtung bzw. ein einfaches problemloses Wegfahren der Hilfsvorrichtung von der Grundvorrich­ tung wird erreicht, wenn die axialen Ausnehmungen sich verjüngende Abschnitte aufweisen. Dies können kegelstumpfförmige Abschnitte aber auch über Stufen verbundene zylindrische Abschnitte sein. Der entste­ hende Kolben weist dann nur in einem gewissen axia­ len Abschnitt seine maximale radiale Ausdehnung auf, während die anderen Bereiche mit geringerem Durch­ messer ausgebildet sind, was zu Materialeinsparung und somit zur Gewichtverminderung des Kolbens bei­ trägt.

Auch die Kernelemente können sich verjüngende Ab­ schnitte aufweisen, was die gleichen Vorteile bringt. Ist das Kernelement, welches die die Kolben­ stange aufnehmende Öffnung des Kolbens ausbildet, mit einer kegelstumpfförmigen Fläche versehen, so ermöglicht dies, die Kolbenstange bezüglich der Ach­ se des Kolbens verschwenkbar anzuordnen, was eine Montage im Kraftfahrzeug erleichtern kann.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Auswerfer mit einer Hülse versehen ist, die koaxial um das Kernelement angeordnet ist und auf dessen Außenfläche bzw. an der Innenfläche der Ausnehmung der Grundvorrichtung entlang axial verschiebbar ist. Zwischen der Hülse des Auswerfers und dem fertigen Kolben besteht nur eine relativ kleine Kontaktflä­ che, von der sich der ausgeschobene Kolben leicht löst, während eine größere Kontaktfläche dazu führen könnte, daß der Kolben anhaftet und nach dem Aus­ schieben noch von dem Auswerfer in einem weiteren Verfahrensschritt getrennt werden müßte.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Querschieber in seitlich von Grund- und Hilfsvorrichtung angeordne­ ten Halterungen zu befestigen, welche ein gleichzei­ tiges Einschieben aller Querschieber ermöglichen. Dies vereinfacht die Herstellung.

Sind die Querschieber in den Halterungen auswechsel­ bar befestigt, so können auch mit verschieden ge­ formten radialen Ausnehmungen versehene Kolben mit der gleichen Vorrichtung hergestellt werden. Die Vorrichtung ist somit flexibel an eventuell erfor­ derlich Änderungen des Produkts anpaßbar. Eine leichte Auswechselbarkeit der Querschieber ermög­ licht es, auch kurzfristig die herzustellende Pro­ duktlinie ohne lange Unterbrechungszeit wechseln zu können. Dies ist insbesondere bei der heutzutage immer häufiger gewünschten just-in-time Anlieferung besonders sinnvoll.

Es hat sich als sinnvoll erwiesen, bei mehreren vorhandenen Querschieberpaaren eines oder mehrere dieser Paare nicht in der Halterung direkt, sondern an den Vorrichtung zu befestigen und mittels Rückstellfeder ausfahren zu lassen. Ein Einschieben in die Arbeitsstellung erfolgt über an den Halterungen befindliche Niederhalter. Dies ermöglicht das Auseinanderfahren von Grundvorrichtung und Hilfsvorrichtung ohne daß die Querschieber vollständig ausgefahren sind.

Um in den Kolben zu integrierende Bauteile anordnen zu können, ist vorgesehen, an der Hilfsvorrichtung ein Halteelement anzubringen. Dieses kann beispiels­ weise an einem in der Hilfsvorrichtung angeordneten Formteil vorgesehen sein und beispielsweise als Stift, der in eine Ausnehmung des Bauteils ein­ greift, ausgebildet sein.

Ein nach dem oben beschriebenen Verfahren herge­ stellter Kolben aus Kunststoff weist axiale und quer dazu angeordnete Ausnehmungen auf, sowie eine an einer umlaufenden Stufe angeordneten Fase die der Trennfläche von Hilfs- und Grundvorrichtung ent­ spricht. Eine Nachbearbeitung dieses Kolbens zum Anbringen der radialen Ausnehmungen bzw. zum Entfer­ nen von Graten ist nicht erforderlich.

Erfindungsgemäß wird somit ein kostengünstig her­ stellbarer, aus einem gewichtssparenden Material bestehender und zum Einsatz in einer hydraulischen Bremsanlage, die insbesondere auch mit Zentralventi­ len ausgerüstet sein kann, geeigneter Kolben vorge­ schlagen. Dabei kann der Kolben sowohl als Schwimm­ kolben als auch als Druckstangenkolbens eines Tan­ demhauptzylinders vorgesehen sein, oder auch in den Radzylindern einer Bremsanlage eingesetzt werden. Auch Reglerkolben und Bremskolben können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstig herge­ stellt werden.

Weitere Ausgestaltungsformen und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der Beschreibung zweier Aus­ führungsbeispiele anhand der Abbildungen. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des be­ schriebenen Verfahrens an einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt der Fig. 1 entlang der Linie A-A,

Fig. 3 eine Vergrößerung des Ausschnitts B aus Fig. 1 in Längs- und Querschnitt,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längs­ schnitt,

Fig. 5 einen Querschnitt von Fig. 4 entlang der Linie C-C,

Fig. 6 eine alternative Ausgestaltung eines Druckstücks nach Fig. 1.

In Fig. 1 erkennt man die Grundvorrichtung 1, die Hilfsvorrichtung 2 sowie die Halterungen 3. In der Hilfsvorrichtung 2 sind Einspritzdüsen 4 an­ gebracht, die wahlweise auch in einer an der Hilfsvorrichtung 2 angebrachten, nicht dargestellten Zwischenplatte gesondert angeordnet sein können. Weiterhin ist eine als Sacklochbohrung ausgebildete axiale Ausnehmung 15 vorgesehen, die mehrere zylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen zum Ende der Sacklochbohrung hin abnehmenden Radien aufweist.

Am Ende der Ausnehmung 15 ist ein Kernelement 14 befestigt, welches aus mehreren zylindrischen Berei­ chen verschiedener Radien besteht, die in Richtung auf die Öffnung der Ausnehmung 15 hin abnehmende Radien haben. Dabei erstreckt sich das Kernelement 14 über die Öffnung der Ausnehmung 15 hinaus und endet in einem Halteelement 9, das als zylindrischer Stift geringen Durchmessers ausgebildet ist.

An diesem Halteelement 9 kann ein Druckstück 6 befe­ stigt werden, welches als vorgefertigtes, in den Kolben zu integrierendes Bauteil zunächst auf dem Halteelement 9 befestigt und dann in seiner endgül­ tigen Position fixiert wird.

Das Druckstück 6 kann dabei aus einem stabilen, ins­ besondere einem abriebsfesten Material bestehen, beispielsweise Metall oder einem hochstabilen Kunst­ stoff.

Weiterhin sind in der Hilfsvorrichtung zwei Queraus­ nehmungen 16 vorgesehen, die paarweise gegenüberlie­ gend angeordnet sind.

Die Hilfsvorrichtung 2 weist weiterhin eine Kontakt­ fläche 17 auf, in die das offene Ende der Ausnehmung 15 mündet. Weiterhin ist am äußeren Rand der Kon­ taktfläche 17 eine umlaufende Abschrägung 18, die eine Kegelstumpffläche bildet als Zentriermittel vorgesehen. Am Ende der Ausnehmung 15 ist eine um­ laufende Stufe 12 vorgesehen, die über eine kegel­ stumpfförmige Fläche 19 in die Kontaktfläche 17 übergeht. An der Kontaktfläche 17 kann es zu einer geringfügigen Gratbildung kommen, wenn die Hilfsvorrichtung 2 bzw. die Grundvorrichtung 1 Verschleißerscheinungen aufweisen. Diese Grate können aber nur am der Kolbenfläche 17 zugewandten Ende der durch die kegelstumpfförmige Fläche 19 gebildeten Fase 11 auftreten, nicht aber am Übergang der Fase 11 in die Stufe 12. An dieser Stelle liegt im Betrieb des Kolbens eine nicht dargestellte Dichtmanschette an, die somit vor durch Kontakt mit Gratstellen hervorgerufenen Verschleiß bewahrt wird.

Die Grundvorrichtung 1 weist eine Kontaktfläche 27 auf, die an ihrem äußeren Rand mit einem umlaufenden Wulst 28 versehen ist dessen Innenfläche kegel­ stumpfförmig ausgebildet ist und mit der umlaufenden Abschrägung 18 der Kontaktfläche 17 der Hilfsvor­ richtung 2 zusammenwirkt, um Grundvorrichtung 1 und Hilfsvorrichtung 2 gegeneinander zu zentrieren.

Weiterhin ist in der Grundvorrichtung 1 eine axiale Ausnehmung 25 vorgesehen, die als zylindrische Boh­ rung mit vier zylindrischen Abschnitten 30, 31, 32, 33, ausgebildet ist. Der zylindrische Abschnitt 30 schließt sich an die Kontaktfläche 27 an, und geht in einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 29 über, der in den zylindrischen Abschnitt 31 mündet, welcher einen geringeren Durchmesser als der Abschnitt 30 aufweist. Die sich an den Abschnitt 31 anschließen­ den zylindrischen Abschnitte 32 und 33 weisen jeweils größere Durchmesser auf, Abschnitt 33 geht in eine Öffnung über, die in einer der Kontaktfläche 27 gegenüberliegende Begrenzung 34 der Grundvorrichtung 1 endet.

Im zylindrischen Abschnitt 33 ist ein Kernelement 24 mittels eines Befestigungsabschnitts 35 befestigt. An den Befestigungsabschnitt 35 schließt sich ein Zylinder 36, ein Kegelstumpf 37 sowie ein abgerunde­ ter Kegel 38 an. Der abgerundete Kegel 38 dient zum Zentrieren des Druckstücks 6, welches mit der Hilfs­ vorrichtung 2 auf die Grundvorrichtung und damit auf das Kernelement 24 zu bewegt wird.

Im Bereich des Zylinders 36 ist der Auswerfer 5 in seiner zurückgezogenen Position abgebildet. Der Aus­ werfer 5 besteht aus einer Hülse 20 und einem auf der der Kontaktfläche 27 abgewandten Seite dieser Hülse 20 angeordneten Ringkolben 21.

Durch den zylindrischen Abschnitt 32 und den Ring­ kolben 21 wird ein Arbeitsraum 22 begrenzt, ein Ar­ beitsraum 23 befindet sich auf der anderen Seite des Ringkolbens 21. Zum Ausschieben wird der Arbeitsraum 23 mit Druckmittel beaufschlagt, so daß sich der Ringkolben 21 und mit diesem die Hülse 20 in der Abbildung nach links bewegt. Durch Beauf­ schlagung des Arbeitsraums 22 mit Druckmittel kann der Auswerfer 5 wieder in seine Ausgangsposition zu­ rückgestellt werden.

Im Bereich der kegelstumpfförmigen Fläche 29 münden zylindrische Querausnehmungen 26. In die Querausneh­ mungen 16 bzw. 26 greifen Querschieber 40 bzw. 50 ein. Jeweils ein Querschieber 40 und ein Querschie­ ber 50 sind dabei in einer Halterung 3 befestigt und gegeneinander unverrückbar fixiert. Dabei sind die Querschieber 40, 50 parallel zueinander ausgerichtet und stehen senkrecht auf der Längsachse der axialen Ausnehmungen 15 bzw. 25. Die Halterungen 3 können in Richtung der Längsachsen der Querschieber 40 bzw. 50 verschoben werden, wie durch die Pfeile 41 angedeu­ tet. Im eingefahrenen Zustand definieren die Quer­ schieber 40 bzw. 50 einen Bereich geringeren Durch­ messers als die angrenzenden Abschnitte der Bohrungen 15 bzw. 25.

Die Querschieber 50 sind beispielsweise mittels ei­ nes Gewindes 39 in der Halterung 3 befestigt und können so relativ leicht von der Halterung 3 gelöst und durch Querschieber 50 mit im Bereich des Kolbens geänderten Abmessungen ersetzt werden.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt der Fig. 1 entlang der Linie A-A dargestellt. Man erkennt die Querschieber 40, die an der Halterung 3 befestigt sind, und in der Querausnehmung 16 der Hilfsvorrichtung 2 geführt werden. Die Querschieber 40 haben im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und sind an ihrem der Hal­ terung 3 entgegengesetzten Ende mit einem halbkreis­ förmigen Bogen 42 ausgestattet. Durch diese Bögen 42 wird ein Teil des Hohlraums definiert, in dem der Kolben 7 ausgebildet wird.

Am vorderen Umfang der Querschieber 40 sind abge­ schrägte Kanten 43 vorgesehen, die mit entspre­ chenden Abschrägungen 44 der Hilfsvorrichtung 2 zu­ sammenwirken, wenn die Querschieber 40 in die Quer­ ausnehmungen 16 hineingeschoben werden, wobei ein genaues Zentrieren erfolgt.

Entsprechende, senkrecht zu den Abschrägungen 44 verlaufende Abschrägungen 45 und 46 in Hilfsvorrich­ tung 2 bzw. Grundvorrichtung 1 sind auch in Fig. 1 erkennbar. Auch diese haben die Funktion, die Quer­ schieber 40 bzw. 50 und Grundvorrichtung 1 bzw. die Hilfsvorrichtung 2 zueinander zu zentrieren.

Im linken Teil von Fig. 3 erkennt man das Halteele­ ment 9 des Kernelements 14 im Längsschnitt, sowie rechts die Öffnung 47 im Querschieber 50 im Quer­ schnitt. Die Öffnung 47 umfaßt exakt den an das Hal­ teelement 9 angrenzenden Bereich des Kernelements 14, so daß kein Kunststoff zwischen Kernelement 14 und Querschieber 50 eindringen kann.

Der mittels der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtung hergestellte Kolben weist die Form des durch die einzelnen Bauteil begrenzten Hohlraums auf, wobei die einzelnen Bereiche im folgenden er­ läutert werden:
Der im Bereich des zylindrischen Abschnitts 31 lie­ gende Teil des Kolbens 7 bildet den Kolbenschaft, in dessen Innenraum eine zur Betätigung des Kolbens 7 dienende Kolbenstange geführt ist, die sich am Druckstück 6 abstützt. Das Druckstück 6 ist seitlich mit einer geriffelten Oberfläche versehen, über die ein form- und kraftschlüssiger Kontakt mit dem Kol­ ben 7 hergestellt wird.

Der im zylindrischen Abschnitt 30 liegende, den größten Radius aufweisenden Teil des Kolbens 7 bildet den eigentlichen Kolben, welcher mit der Innenwand eines Zylinders, in den der Kolben 7 eingesetzt wird, zusammenwirkt. Der in der Abbildung links des zylindrischen Bereichs 30 liegende Ab­ schnitt des Kolbens 7 dient zur Aufnahme einer Dichtmanschette, mittels derer ein von Kolben und Zylinder gebildeter Druckraum abgedichtet wird.

Die durch das Kernelement 14 gebildete Ausnehmung dient zur Aufnahme eines Zentralventils, wie es bei­ spielsweise aus der DE 40 40 271 bekannt ist. Durch die Querausnehmung 10 des Kolbens 7 kann ein An­ schlagstift geführt sein, an den ein Betätigungs­ element zum Öffnen des Zentralventils anschlagen kann. Der Anschlagstift kann direkt mit dem Druck­ stück 6 in Kontakt kommen, so daß hier keine Ab­ nutzung des Kunststoffs erfolgen kann.

Zur Herstellung des Kolbens 7 nach dem ersten Aus­ führungsbeispiel werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt.

• - In der Grundvorrichtung 1 wird der Auswerfer 5 in seine zurückgezogene Stellung gebracht, wo­ durch sich die in der Grundvorrichtung 1 be­ findlichen Bauteile in Arbeitsposition befin­ den,
• - auf dem Halteelement 9 der Hilfsvorrichtung 2 wird das Druckstück 6 angebracht,
• - die Hilfsvorrichtung 2 wird an die Grundvor­ richtung 1 herangefahren, wobei sich diese durch Zusammenwirken der Kontaktflächen 17, 27 sowie der umlaufenden Abschrägung 18 und des umlaufenden Wulsts 28 zueinander exakt positio­ nieren, wobei gleichzeitig die exakte Lage des Druckstücks 6 durch Anlage am abgerundeten Ke­ gel 38 erfolgt,
• - die Halterungen 3 werden aufeinander zu bewegt, d. h., die Querschieber 40, 50 werden in die Querausnehmungen 16, 26 hineinbewegt, wobei ein nochmaliges exaktes Ausrichten der Grund- und Hilfsvorrichtung 1, 2 zueinander erfolgt und sich die Querschieberpaare 40 bzw. 50 durch Kontakt gegenseitig aneinander in Querrichtung abstützen,
• - plastifizierter Kunststoff wird über Einspritz­ düsen 4 in den durch die vorgeschriebenen Bau­ teile gebildeten Hohlraum eingespritzt und an­ schließend bis unterhalb seiner Plastifizie­ rungstemperatur abkühlen lassen,
• - nachdem der Kolben 7 verfestigt ist, werden die Querschieber 40, 50 seitlich herausgezogen und die Hilfsvorrichtung 2 von der Grundvorrichtung 1 entfernt,
• - mittels des Auswerfers 5 wird der Kolben 7 aus der Grundvorrichtung 1 ausgeworfen.

Anschließend kann derselbe Zyklus zur Herstellung eines weiteren Kolbens wiederholt werden.

Alternativ dazu kann das Druckstück 6 an dem Kernelement 24 angebracht, und beim Zusammenfahren der beiden Vorrichtungen 1, 2 mittels des Halteelements 9 angedrückt werden. Um eine vollständige Ausfüllung des gesamten Hohlraums mit Kunststoffmasse zu gewährleisten ist vorgesehen, zunächst auf Seiten des Auswerfers 5 einen Unterdruck zu erzeugen. Dies bewirkt ein vollständiges Füllen mit plastifizierter Kunststoffmasse. Anschließend kann durch Verschieben des Auswerfers nach links ein hydraulischer Druck auf die Kunststoffmasse ausgeübt werden. Dies bewirkt ein vollständiges Eindringen der Kunststoffmasse in alle zu füllenden Hohlräume.

In Fig. 4 erkennt man als zweites Ausführungsbei­ spiel eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schwimmkolbens für einen Tandemhauptzylinder einer hydraulischen Bremsanlage. Dabei weist dieser Kolben 8 eine in axialer Richtung ausgedehnte, längliche radiale Ausnehmung 60 auf, die durch entsprechende längliche Querschieber 51, 52 gebildet wird. Dabei weist dieses Paar Querschieber 51, 52 unterschiedlich große Querschnittsflächen senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4 auf. Weiterhin erstreckt sich der läng­ liche Querschieber 51 über die Längsachse des Kol­ bens 8 hinaus, während der längliche Querschieber 52 entsprechend kürzer ausgebildet ist.

Der in der Fig. 4 obenliegende, breitere Bereich der Ausnehmung 60 ermöglicht eine sichere Flüssig­ keitsverbindung zwischen diesem Bereich und einer Bohrung 61 des Kolbens 8. In der Ausnehmung 60 be­ findet sich bei dem in einem Tandemhauptzylinder montierten Kolben 8 ein Anschlagstift, der ein durch die Bohrung 61 führendes Betätigungselement eines im linken Bereich des Kolbens 8 untergebrachten Zen­ tralventils betätigt. Dieser Bereich wird durch ein Kernelement 54 ausgebildet, welches mit der Grund­ vorrichtung 1 verbunden ist und von einem Auswerfer 5 wie zu Fig. 1 beschrieben, umgeben ist.

Die Hilfsvorrichtung 2 besitzt in diesem Fall keine Ausnehmung, sondern lediglich ein Kernelement 53, welches über die Kontaktfläche 17 hinaus in die Grundvorrichtung 1 hineinragt. Weiterhin ist eine umlaufende Abschrägung 18 an der Hilfsvorrichtung 2 vorgesehen, die mit einem umlaufenden Wulst 28 der Grundvorrichtung 1 zum Zentrieren von Grund- und Hilfsvorrichtung zueinander zusammenwirkt.

Weitere Querschieber 55 und 56, die in ihrer Form den Querschiebern 40 entsprechen, sind in den Quer­ ausnehmungen 57 und 58 vorgesehen und definieren im Kolben 8 Bereiche geringeren Durchmessers. Die Quer­ schieber 51 und 52 greifen in die Querausnehmungen 59, 60 ein. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind Einspritzdüsen 4 sowie Halterungen 3 vorgesehen, in denen die Querschieber 51 bzw. 52 und 55, 56 fixiert sind, Pfeil 41 deutet die Bewegungsrichtung der Hal­ terung 3 an.

In Fig. 5 ist ein Querschnitt der Fig. 4 im Bereich C-C abgebildet. Man erkennt hier, daß die länglichen Querschieber 51, 52 mittels Befestigungsabschnitten 62, 63 in äußeren Querschiebern 51, 52a angeordnet sind, welche an den Halterungen 3 befestigt sind. Der in diesem Bereich ausgebildete Abschnitt 64 des Kolbens 8 weist einen geringeren Durchmesser als die sich daran anschließenden Abschnitte 65 und 66 (ge­ strichelte Darstellung) auf, so daß eine hier mögli­ cherweise auftretenden Gratbildung der Funktion des Kolbens 8 nicht abträglich ist.

Im Querschieber 51 befindet sich eine axiale Bohrung 67, die zur Aufnahme eines am vorderen Ende des Kernelements 54 angebrachten Stiftes 68 dient, wel­ cher die Bohrung 61 im herzustellenden Kolben 8 definiert.

In Fig. 6 ist eine Druckstück 6 mit einer leicht konischen Zentrierfläche 69 dargestellt, die mit einer entsprechend ausgestalteten Zentrierfläche 70 des Kernelementes 24 zusammenwirkt, um das Druckstück 6 auf dem Kernelement 24 zu zentrieren. Das Haltelement 9 preßt das Druckstück 6 bei an die Grundvorrichtung 1 herangefahrener Hilfsvorrichtung 2 an das Kernelement 24. Dieses liegt dann mit einer Ringfläche 71 an einer entsprechenden Fläche 72 des Kernelements 24 an, wobei sowohl zwischen den Ringflächen 71 und 72 als auch zwischen den Zentrierfläche 69 und 70 keine Freiräume bestehen, in die Kunststoffmasse eingespritzt werden könnte.

Bezugszeichenliste

1 Grundvorrichtung
2 Hilfsvorrichtung
3 Halterung
4 Einspritzdüsen
5 Auswerfer
6 Druckstück
7 Kolben
8 Kolben
9 Halteelement
10 Querausnehmung
11 Fase
12 umlaufende Stufe
13 Halterung
14 Kernelement
15 Ausnehmung
16 zweite Querausnehmung
17 Kontaktfläche
18 umlaufende Abschrägung
19 kegelstumpfförmige Fläche
20 Hülse
21 Ringkolben
22 Arbeitsraum
23 Arbeitsraum
24 Kernelement
25 Ausnehmung
26 erste Querausnehmung
27 Kontaktfläche
28 umlaufender Wulst
29 kegelstumpfförmige Fläche
30 zylindrischer Abschnitt
31 zylindrischer Abschnitt
32 zylindrischer Abschnitt
33 zylindrischer Abschnitt
34 Begrenzung
35 Befestigungsabschnitt
36 Zylinder
37 Kegelstumpf
38 abgerundeter Kegel
39 Gewinde
40 Querschieber
41 Pfeil
42 halbkreisförmiger Bogen
43 abgeschrägte Kante
44 Abschrägung
45 Abschrägung
46 Abschrägung
47 Öffnung
50 Querschieber
51 länglicher Querschieber
51a äußerer Querschieber
52 länglicher Querschieber
52a äußerer Querschieber
53 Kernelement
54 Kernelement
55 Querschieber
56 Querschieber
57 Ausnehmung
58 Ausnehmung
59 Ausnehmung
60 Ausnehmung
61 Bohrung
62 Befestigungsabschnitt
63 Befestigungsabschnitt
64 Abschnitt
65 Abschnitt
66 Abschnitt
67 Bohrung
68 Stift
69 Zentrierfläche
70 Zentrierfläche
71 Ringfläche
72 Ringfläche

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines mit radialen Ausnehmungen versehenen Kolbens aus Kunststoff gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• A) in einer Grundvorrichtung (1), die eine der äußeren Form des Kolbens entsprechende axiale Ausnehmung (25) aufweist, werden ein Kernelement (24, 54) und ein Auswerfer (5) in der Ausnehmung (25) in Arbeitsposition fixiert,
• B) eine Hilfsvorrichtung (2) wird an die Grundvorrichtung (1) herangefahren und bezüglich der Grundvorrichtung (1) exakt positioniert,
• C) durch im Winkel zur Ausnehmung (25) angeordnete, durchgehende Querausnehmungen (26, 57, 58, 59, 60) in der Grundvorrichtung (1) werden Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56) eingeschoben, die sich im eingeschobenen Zustand gegeneinander abstützen,
• D) plastifizierter Kunststoff wird über Einspritzdüsen (4) in den durch die Grundvorrichtung (1), die Hilfsvorrichtung (2) und die Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56) gebildeten Hohlraum eingespritzt,
• E) der eingespritzte Kunststoff wird bis unterhalb seiner Plastifizierungstemperatur abgekühlt,
• F) die Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56) werden seitlich herausgezogen und die Hilfsvorrichtung (2) wird von der Grundvorrichtung (1) entfernt,
• G) der Kolben (7, 8) wird mittels des Auswerfers (5) aus der Grundvorrichtung (1) ausgeworfen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit B) bezeichnete Verfahrensschritt durch den folgenden weiteren Verfahrensschritt ersetzt ist:

• B1) eine Hilfsvorrichtung (2), die mit einer zylindrischen Ausnehmung (15) versehen ist, wird an die Grundvorrichtung (1) herangefahren, wobei die Ausnehmung (25) und die Ausnehmung (15) exakt koaxial positioniert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den folgenden weiteren Verfahrensschritt:

• A1) ein in den Kolben (7) zu integrierendes Bauteil (6) wird innerhalb der Vorrichtung (1, 2) angeordnet und direkt als Kern im Kolben (7) umspritzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den folgenden Verfahrensschritt:

• B2) eine exakte Positionierung des Bauteils (6) erfolgt beim Heranfahren der Hilfsvorrichtung (2) an die Grundvorrichtung (1).

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch den folgenden Verfahrensschritt:

• C1) eine exakte Positionierung des Bauteils (6) erfolgt beim Einschieben der Quer­ schieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56) in die Grundvorrichtung.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit C) bezeichnete Verfahrensschritt durch den fol­ genden Verfahrensschritt ersetzt ist:

• C2) durch im Winkel zur Ausnehmung (25) der Grundvorrichtung (1) angeordnete durchge­ hende erste Querausnehmungen (26, 57, 58, 59, 60) und durch in der Hilfs­ vorrichtung (2) im gleichen Winkel ange­ ordnete zweite Querausnehmungen (16) wer­ den Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52, 55, 66, 40) eingeschoben, wobei je ein in eine erste Querausnehmung (26, 57, 58, 59, 60) und in eine zweite Querausnehmung (16) ein­ greifender Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56 bzw. 40) fest mit­ einander verbunden sind und sich je zwei in erste Querausnehmungen (26, 57, 58, 59, 60) eingreifende Schieber gegeneinander ab­ stützen.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundvorrichtung (1) mit einer axialen Ausnehmung (25) versehen ist, in der ein Kernelement (24, 54) und ein Auswerfer (5) angeordnet sind, wobei die axiale Ausnehmung (25) zu einer mit Zentriermitteln (28) ausgestatteten Kontaktfläche (27) der Grundvorrichtung (1) hin offen ist, wobei in der Grundvorrichtung (l) quer zur axialen Ausnehmung (25) angeordnete, sich paarweise gegenüberliegende Querausnehmungen (26, 57, 58, 59, 60) angebracht sind, daß eine Hilfs­ vorrichtung (2) mit einer ebenfalls mit Zentrier­ mitteln (18) ausgestatteten Kontaktfläche (17) versehen ist, daß Grundvorrichtung (1) und Hilfs­ vorrichtung (2) in bezüglich der Kontaktflächen (17, 27) senkrechter Richtung gegeneinander ver­ schiebbar angeordnet sind, und daß in die Quer­ ausnehmungen (26, 57, 58, 59, 60) hineinbewegbare Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56) vorgesehen sind, wobei sich je zwei in gegenüberliegenden Querausnehmungen (26, 57, 58, 59, 60) befindliche Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56) in einem in die Queraus­ nehmungen (26, 57, 58, 59, 60) eingefahrenen Zustand gegenseitig aneinander abstützen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung (2) mit einer axialen Ausnehmung (15) versehen ist, die an ihrem Übergang zu ihrer Kontaktfläche (17) den gleichen Radius wie die axiale Ausnehmung (25) der Grundvorrichtung (1) aufweist, wobei minde­ stens eine der Ausnehmungen (15, 25) eine sich direkt an die entsprechende Kontaktfläche (17, 27) anschließende, von dieser weg sich verjüngende kegelstumpfförmige Fläche (19) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hilfsvorrichtung (2) ein Kernelement (14) vorhanden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hilfsvorrichtung (2) ein oder mehrere Paare sich gegenüberliegender Querausnehmungen (16) vorhanden ist bzw. sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Ausnehmungen (25, 15) sich verjüngende Abschnitte aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernelemente (14, 24, 54) sich verjüngende Abschnitte aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerfer (5) eine Hülse (20) aufweist, die mit ihrer Außen­ fläche an der Innenfläche der Ausnehmung (25) der Grundvorrichtung (1) und mit ihrer Innenfläche an der Außenfläche des in der Grundvorrichtung (1) angeordneten Kernelements (24, 54) anliegend ver­ schiebbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56, 40) in Halterungen (3) befestigt sind, die seitlich von Grundvorrichtung (1) und Hilfsvorrichtung (2) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschieber (50, 51, 52, 51a, 52a, 55, 56, 40) auswechselbar in den Halterungen (3) befestigt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hilfsvorrich­ tung (2) ein Halteelement (9) angebracht ist.

17. Kolben (7, 8), bestehend aus Kunststoff und ver­ schiebbar in einem Zylinder einer hydraulischen Bremsanlage angeordnet, gekennzeichnet durch senkrecht zu dessen Längsachse angeordnete Que­ rausnehmungen (10) und eine am Umfang einer um­ laufenden Stufe (12) angeordnete Fase (11).

18. Kolben (7) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein in diesen eingespritztes, mit einer Ausneh­ mung versehenes Druckstück (6), wobei die Ausneh­ mung eine leicht konische Zentrierfläche (69) aufweist