DE69315172T2 - Verfahren zum in Kunststoff einzugiessender Metalleinlage - Google Patents

Verfahren zum in Kunststoff einzugiessender Metalleinlage

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eingießen einer Metalleinlage, die eine Mehrzahl elektrischer Schaltkreise bildet, in ein Bauteil aus synthetischem Kunststoffmaterial.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Eingießverfahrens.
  • Die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 3 basieren auf der US-A-4965933.
  • Aus dem italienischen Patent Nr. T091A000275 vom 12.4.1991 ist ein Verfahren zum Eingießen elektrischer Schaltkreise mit Elementen aus Kunststoffmaterial bekannt, bei dem der Trennvorgang der elektrischen Schaltkreise, die als eine einzelne Metalleinlage ausgebildet sind, durch Schneiden der Metalleinlage im Inneren de& Spritzgußwerkzeuges ausgeführt wird.
  • Ein Niederhalter schneidet in Verbindung mit einem Stempel und einem Stanzwerkzeug die Metalleinlage und wirkt mit ihnen derart zusammen, daß die Metalleinlage während des Einspritzens der flüssigen Kunststoffmasse in einer vorbestimmten Stellung gehalten ist, um so jegliche Bewegung der Einlage zu verhindern.
  • Das obige Verfahren ist jedoch nicht ohne Nachteile: die Verwendung des Niederhalters, des Stanzwerkzeugs und des Stempels, um die Einlage während der Einspritzphase in Position zu halten, bedeutet, daß die geschnittenen Bereiche nicht von dem synthetischen Kunststoffmaterial umhüllt werden, was zur Folge hat, daß die Schneidkantenabschnitte der Metalleinlage unbedeckt bleiben; das bedeutet, daß, wenn der eingegossene elektrische Schaltkreis zum Beispiel in einer Umgebung mit einem hohen Feuchtigkeitsanteil oder in einer sehr staubigen Umgebung verwendet wird, die geschnittenen Metallteile unbeabsichtigt durch Wassertröpfchen oder Staub kurzgeschlossen werden können.
  • Das Verfahren aus der US-A-4965933 sieht keine geschnittenen Bereiche vor, die vollständig umhüllt sind.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Metalleinlage zu schaffen, die eine Vielzahl elektrischer Schaltkreise in einem Bauteil aus synthetischem Kunststoffmaterial aufbaut, die die oben beschriebenen Nachteile überwindet.
  • Auf dieser Grundlage schafft die vorliegende Erfindung nach Anspruch 1 ein Verfahren zum Eingießen einer Metalleinlage, die eine Vielzahl elektrischer Schaltkreise bildet, in ein Bauteil aus synthetischem Kunststoff.
  • Die Erf indüng nach Anspruch 3 schafft auch eine Vorrichtung zum Eingießen einer Metalleinlage, die eine Vielzahl elektrischer Schaltkreise bildet, in ein Bauteil aus synthetischem Kunststoff.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt hier eine Beschreibung, die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu verstehen ist. In den Fig. zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Teilansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem ersten Herstellungsschritt;
  • Fig. 2 die Vorrichtung aus Fig. 1 in einem vergrößerten Maßstab und bei einem nachfolgenden Verfahrensschritt;
  • Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III- III durch die Vorrichtung aus Fig. 2;
  • Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2;
  • Fig. 5 die Vorrichtung aus Fig. 2 bei einem späteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung aus Fig. 5 bei einem nachfolgenden Schritt; und
  • Fig. 7 schematisch eine Metalleinlage, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
  • Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 ist die Vorrichtung zum Eingießen einer Metalleinlage 2 in ein Bauteil 3 aus synthetischem Kunststoffmaterial mit 1 bezeichnet; die Einlage 2 bildet eine Mehrzahl (zum Beispiel zwei) elektrischer Schaltkreise 4 (Fig. 7).
  • Die Vorrichtung 1 umfaßt im wesentlichen zwei Gußformhälften 5a und 5b, die ein Spritzgußwerkzeug 6 darstellen und zum Gießen des Bauteils 3 mit entsprechenden Hohlräumen 7a und 7b versehen sind, während die Metalleinlage 2 innerhalb der Hohlräume 7 von zumindest einem rohrförmigen Stempel 11 und einem Niederhalter 12 in einer vorbestimmten Stellung 8 festgeklemmt wird.
  • Die Vorrichtung 1 verfügt auch über ein Stanzwerkzeug 13, das innerhalb des Niederhalters 12 verschiebbar ist und mit dem Stempel 11 zusammenwirkt, um die Einlage 2 an einer Verbindungsstelle 14 zwischen den elektrischen Schaltkreisen 4 zu schneiden, um die jeweiligen geschnittenen Metallteile 15 zu erhalten, wodurch die Schaltkreise 4 sowohl mechanisch als auch elektrisch getrennt werden.
  • Gemäß dieser Erfindung sind der Niederhalter 12, der Stempel 11 und das Stanzwerkzeug 13 im Inneren der Gußformhälften 5 in entsprechenden flüssigkeitsdichten, durchgehenden Aufnahmen 16 und 18, die in den Gußformhälften ausgebildet sind und sich zu den jeweiligen Hohlräumen 7 hin öffnen, in Achsrichtung verschiebbar.
  • Die Vorrichtung 1 ist tatsächlich mit zwei Schlitten 21 und 22 versehen, die die kontrollierte axiale Verlagerung des Niederhalters 12, des Stempels 11 und des Stanzwerkzeugs 13 bewirken.
  • Der Stempel 11, der mit einer vorgespannten Feder 23 versehen ist, wirkt mit dem ersten Schlitten 21 zusammen, der normal zu der Bewegungsrichtung des Stempels 11 selbst beweglich ist; an einem Ende 24, gegen überliegend einem zweiten Ende 25, das der Metalleinlage 2 zugewandt ist, ist der Stempel 11 abgerundet und wirkt gleitend mit einer geneigten Ebene 26 zusammen, die auf dem Schlitten angeordnet ist; auf diese Weise verursacht aufgrund der Wirkung der Feder 23 eine Translationsbewegung des Schlittens 21 eine damit verbundene Bewegung des Stempels 11 in der Aufnahme 16.
  • Das Stanzwerkzeug 13 und der Niederhalter 12 sind von einem Trägerrahmen 31 der entsprechenden Gußformhälfte 5a unterstützt und verschiebbar montiert, das erstere innerhalb des letzteren, und sind durch eine Nockenanordnung 32 an dem zweiten Schlitten 22 befestigt, der normal zur Bewegungsrichtung des Stanzwerkzeugs 13 und des Niederhalters 12 bewegbar ist und der die kontrollierte Bewegung des letzeren bewerkstelligt; der Niederhalter 12 umfaßt eine Außenmanschette 34, in welcher sich ein verschiebbarer Kolben 35 befindet, der das Stanzwerkzeug 13 definiert; eine Trägermanschette 36 ist mit der Nocke 32 verbunden, während eine Feder 37 zwischen der Außenmanschette 34 und der Trägermanschette 36 angeordnet ist, um eine Federspannung für den Niederhalter 12 zu schaffen.
  • Um die Metalleinlage, sowohl vor als auch während des Einspritzens einer flüssigen Kunststoffmasse 33 in die Hohlräume 7, in der vorbestimmten Stellung 8 festzuhalten, wenn der Niederhalter 12, der Stempel 11 und das Stanzwerkzeug 13 von den Schlitten 21 und 22 zurückgezogen worden sind, umfaßt die Vorrichtung 1 auch eine Reihe von Druckelementen 41, die in Einspannbereichen 42 der Metalleinlage 2 (Fig. 3), die sich von den Verbindungsbereichen 14 unterscheiden, zum Einsatz kommen.
  • Die Druckelemente 41 sind mit entsprechenden Federn 43 versehen, die zum übertragen einer vorbestimmten Kraft entsprechend kalibriert sind, sowie mit Spitzen 44 zum Ankoppeln an die entsprechenden Zentrierlöcher 45, die in den Einspannbereichen 42 der Metalleinlage 2 gebildet sind (Fig. 7).
  • Unter Bezugnahme insbesondere auf die Fig. 3 und 7 weisen die Druckelemente 41 aktive Oberflächen 46 auf, die wesentlich größer sind als die entsprechenden Berührungsflächen 47 der entsprechenden Einspannbereiche 42, so daß sie über die Kanten dieser letzteren hinaus in die Hohlräume 7 hineinragen, und werden während des Einspritzschritts, und nachdem die Hohlräume 7 mit flüssigem Kunststoffmaterial 33 gefüllt worden sind, aufgrund des hydrostatischen Druckes bewegt, der so groß ist, daß er die Wirkung der Federn 43 überwindet, und der auf diese Weise ermöglicht, daß die Hohlräume 7 vollständig mit dem Kunststoffmaterial 33, sogar um die Einspannbereiche 42 herum, gefüllt werden.
  • Das Verfahren zum Eingießen der Einlage 2 in das Bauteil 3 aus synthetischem Kunststoffmaterial umfaßt im wesentlichen die folgenden Schritte: einen ersten Schritt (Fig. 1), bei dem die Metalleinlage 2 zwischen den beiden Gußformhälften 5 angeordnet wird, und, sobald die Gußform 6 geschlossen ist, die Metalleinlage 2 in einer vorbestimmten Stellung 8 festgeklemmt wird, sowohl durch das gegenseitige Zusammenwirken des Niederhalters 12 und des Stempels 11, als auch durch die Druckelemente 41, die mit den entsprechenden Einspannbereichen 42 koppeln; einen zweiten Schritt (Fig. 2), bei dem die Metalleinlage 2 von dem Stanzwerkzeug 13 unter Erzeugung der geschnittenen Metallteile 15 geschnitten wird; und einen dritten Schritt (Fig. 5), bei dem das Stanzwerkzeug 13, zusammen mit dem Niederhalter 12 und dem Stempel 11, von der Metalleinlage 2 wegbewegt wird, die zu diesem Zeitpunkt in der vorbestimmten Stellung 8 durch die Druckelemente 41 allein festgehalten wird.
  • Anschließend folgt der Einspritzschritt (Fig. 6), im Zuge dessen ein flüssiges synthetisches Kunststoffmaterial 33 in die Hohlräume 7 gespritzt wird, wobei die Metalleinlage 2 vollständig eingehüllt wird; sobald die Hohlräume 7 gefüllt worden sind, drückt der hydrostatische Druck des synthetischen Kunststoffmaterials 33 die Druckelemente in die jeweiligen Kammern 48 zurück, die in den Gußformhälften 5 angeordnet sind, und erlaubt auf diese Weise, daß die Hohlräume 7 vollständig mit dem flüssigen Kunststoffmaterial 33 gefüllt werden.
  • Am Ende des Einspritzschritts und nach der Abkühlung des Bauteils 3 wird letzteres aus der Gußform 6 durch einen Auswerferdorn ausgeworfen, der im Stempel 11 bewegbar ist.
  • Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der obigen Beschreibung hervor; das beschriebene Eingießverfahren erlaubt in einem Arbeitsgang und unter Verwendung einer einzigen Vorrichtung die Herstellung eines synthetischen Kunststoffbauteils, das eine Metalleinlage, die eine Vielzahl von Schaltungen bildet, vollständig umhüllt, sogar in jenen Verbindungsbereichen zwischen den elektrischen Schaltkreisen (Fig. 5), in denen die Einlage geschnitten wird; dies vermeidet die Nachteile von Schaltkreisen, bei denen die Bereiche, in denen die Metalleinlage geschnitten wird, nicht in geeigneter Weise elektrisch isoliert sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Eingießen einer Einlage (2), die eine Vielzahl elektrischer Schaltkreise (4) bildet, in ein Bauteil (3) aus synthetischem Kunststoff, das die folgenden Schritte umfaßt:
- Anordnen der Einlage (2) innerhalb der entsprechenden Hohlräume (7) einer Gußform (6) zur Herstellung des Bauteils (3) aus synthetischem Kunststoff;
- Schneiden von jeweiligen Verbindungsbereichen (14) zwischen den elektrischen Schaltkreisen (4) der Einlage (2), um entsprechende geschnittene Metallteile (15) zu erhalten, um die mechanische und elektrische Trennung der Schaltkreise (4) selbst zu erreichen;
- Festhalten der elektrischen Schaltkreise (4) in den Hohlräumen (7) an anderen Bereichen (42) als den Verbindungsbereichen (14);
- Zurückziehen entsprechender Stempel (11) und Stanzwerkzeuge (13) zur Ausführung des Schrittes des Schneidens der Verbindungsbereiche (14) aus den Hohlräumen (7) heraus in die entsprechenden Aufnahmen (16, 18) in der Gußform (6) hinein; und
- Einspritzen eines flüssigen Kunststoffmaterials (33) in die Gußform (6), um das Kunststoffbauteil (3) zu gießen und die Einlage (2) darin einzubetten;
dadurch gekennzeichnet, daß:
- der Festhalteschritt sowohl vor als auch während des Einspritzschritts an den entsprechenden Einspannbereichen (42) jedes elektrischen Schaltkreises (4) durchgeführt wird, die auch in das Kunststoffbauteil (3) eingebettet werden sollen;
- der Zurückziehschritt mit geschlossener Gußform durchgeführt wird, wobei die Stempel (11) und Stanzwerkzeuge (13) in den Aufnahmen (16, 18) bleiben, um so mit den Stempeln (11) und Stanzwerkzeugen (13) und gemeinsam mit den Aufnahmen (16, 18) die jeweiligen Abschnitte der Hohlräume (7) abzugrenzen, in denen das Kunststoffbauteil mit den jeweiligen festen Bereichen gebildet wird, die die Metallteile (15) an den Verbindungsbereichen (14) vollständig einhüllen und sie elektrisch getrennt halten; und
- die Einspannbereiche (42) mit Hilfe von Druckelementen (41) festgehalten werden, die gegen die Wirkung von Spannmitteln (43) innerhalb entsprechender Ausnehmungen (48) in der Gußform (6) gegenüber den Hohlräumen (7) bewegbar sind, wobei jedes Druckelement (41) eine aktive Oberfläche (46) mit einer Fläche aufweist, die wesentlich größer ist als die einer entsprechenden Berührungsfläche (47) der Einspannbereiche (42), wobei die aktiven Oberflächen über die Einspannbereiche (42) hinaus in die Hohlräume (7) hineinragen, um während des Einspritzschritts und nach der Füllung der Hohlräume (7) mit dem Kunststoffmaterial (33) einen hydrostatischen Druck aufzunehmen, der die Wirkung der Lagermittel (43) überwinden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ersten Schritt umfaßt, bei dem die Einlage (2) zwischen zwei Gußformhälften (5) angeordnet wird und dann bei geschlossener Gußform (6) aufgrund des Zusammenwirkens des Niederhaltemittels (12) mit dem Stempel (11) die Einlage (2) in einer vorbestimmten Stellung (8) festgeklemmt wird; einen zweiten Schritt, bei dem die Einlage (2) mit Hilfe des Stanzwerkzeugs (13) unter daraus resultierender Schaffung zweier geschnittener Metallteile (15) geschnitten wird; einen dritten Schritt, in dem das Stanzwerkzeug (13), der Niederhalter (12) und der Stempel (11) zurückgezogen werden, während die Einlage (2) in der vorbestimmten Stellung (8) durch die Einwirkung von Druckmitteln (41) auf die entsprechenden Einspannbereiche (42) festgehalten wird, wobei die Druckmittel durch entsprechende Spannmittel (43) betätigt werden; und einen Einspritzschritt, bei dem das flüssige Kunststoffmaterial (33) eingespritzt wird und die Hohlräume (7) der Gußform (6) füllt und die Einlage (2) vollständig in sich einhüllt; wobei nachdem die Hohlräume (7) gefüllt worden sind, der statische Druck der Flüssigkeit (33) die Spannmittel (41) dazu bringt, in die jeweiligen Ausnehmungen (48) zurückzukehren, um die völlige Füllung der Hohlräume (7) mit dem flussigen Kunststoffmaterial (33) zu ermöglichen; wobei nach der Beendigung des Einspritzschritts und der Abkühlung des Kunststoffmaterials (33) das gegossene Bauteil (3) durch entsprechende Lösemittel entnommen wird.
3. Vorrichtung (1) zum Eingießen einer Einlage (2), die eine Vielzahl elektrischer Schaltkreise (4) bildet, in ein Bauteil aus synthetischem Kunststoff (3), die von dem Typ ist, daß sie zwei Gußformhälften (5) aufweist, die mit entsprechenden Hohlräumen (7) zum Gießen des Bauteils (3) aus Kunststoffmaterial versehen sind, und Stempel (11) und Niederhalter (12) zum Festklemmen der Einlage (2) in den Hohlräumen (7) an deren entsprechenden Verbindungsbereichen (14) zwischen den elektrischen Schaltkreisen (4) aufweist, sowie Stanzwerkzeuge (13) zum Schneiden der Verbindungsbereiche (14), um geschnittene Metallteile (15) zu erhalten, die aufgrund der mechanischen und elektrischen Trennung der Schaltkreise (4) miteinander nicht verbunden sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
(i)- das Stanzwerkzeug (13), der Stempel (11) und der Niederhalter (12) für eine Schiebebewegung in Achsrichtung mit im wesentlichen flüssigkeitsdichten Abdichtungen in entsprechenden durchgehenden Aufnahmen (16, 18) gelagert sind, die in den Gußformhälften (5) angeordnet sind und sich zu den jeweiligen Hohlräumen (7) hin öffnen;
(ii)- das Stanzwerkzeug (13), der Stempel (11) und der Niederhalter (12) so ausgelegt und angeordnet sind, daß sie, wenn sie sich in zurückgezogener Stellung in den Aufnahmen (16, 18) befinden, zusammen mit der Aufnahme selbst die entsprechenden Bereiche der Hohlräume (7) abgrenzen können, die die entsprechenden festen Bereiche des Kunststoffbauteils (3) bilden, die die geschnittenen Metallteile (15) an den Verbindungsbereichen (14) vollständig einschließen und sie elektrisch getrennt halten; und
(iii)- wobei die Vorrichtung (1) ferner umfaßt:
- Mittel (21, 22), um die gesteuerte Verlagerung des Stanzwerkzeugs (13), des Stempels (11) und des Niederhalters (12) zu bewerkstelligen; und
- Einspannmittel (41), um die Einlage (2) an den Einspannbereichen (42) jedes elektrischen Schaltkreises (4) festzuhalten, die auch in das Kunststoffbauteil (3) eingehüllt werden sollen und die sich von den Verbindungsbereichen (1 4) unterscheiden;
- wobei das Einspannmittel aus Druckelementen (41) besteht, die gegen die Wirkung der Spannmittel (43) innerhalb der entsprechenden Ausnehmungen (48) in der Gußform (6), die den Hohlräumen (7) zugewendet sind, bewegbar sind, wobei jedes Druckelement (41) eine aktive Oberfläche (41) mit einer Fläche aufweist, die wesentlich größer ist als die einer entsprechenden Berührungsfläche (47) der Einspannbereiche (42), wobei die aktiven Oberflächen über die Einspannbereiche (42) hinaus in die Hohlräume (7) hineinragen, um während des Einspritzschritts und nach der Füllung der Hohlräume (7) mit dem Kunststoffmaterial (33) einen hydrostatischen Druck aufzunehmen, der die Wirkung der Spannmittel (43) überwinden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannmittel (41) durch Bolzen (41) gebildet sind, die mit elastischen Spannmitteln (43) versehen sind, die zur Übertragung einer vorbestimmten Kraft kalibriert sind und die entsprechende Spitzen (44) zum Ankoppeln an Zentrierlöcher (45) aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (11) eine vorgespannte Feder (23) umfassen und mit einem ersten Schlitten (21) zusammenwirken, der senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Stempel (11) bewegbar ist; wobei die Stempel (11) ein erstes Ende (24) aufweisen, das einem zweiten Ende (25), das der Einlage (2) zugewendet ist, gegenüberliegt, wobei das erste Ende eine abgerundete Form aufweist und mit einer entsprechenden geneigten Ebene (26) zusammenwirkt, die auf dem ersten Schlitten (21) angeordnet ist; wobei das Stanzwerkzeug (13) und der Niederhalter (12) von einem entsprechenden Trägerrahmen (31) der entsprechenden Gußformhälfte (Sa) getragen werden, und wobei das erste im zweiten verschiebbar angeordnet ist und durch ein Nockenmittel (32) mit einem zweiten Schlitten (22) verbunden ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stanzwerkzeugs (13) und des Niederhalters (12) bewegbar ist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederhalter (12) eine Außenmanschette (34) umfassen, in der ein Kolben (35) untergebracht ist, der das Stanzwerkzeug (13) definiert, und darin verschiebbar ist, und eine Trägermanschette (36), die mit dem Nockenmittel (32) verbunden ist sowie entsprechende Federmittel (37) für den Niederhalter (12) die zwischen der Außenmanschette (34) und der Trägermanschette (36) angeordnet sind.
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