EP2601030A1

EP2601030A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines spritzgussteils

Info

Publication number: EP2601030A1
Application number: EP11726433.3A
Authority: EP
Inventors: Markus Liedel; Thomas Helming
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-06-12
Also published as: DE102010038765A1; WO2012016755A1; US20130328229A1; CN103118851A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils (300) mithilfe einer Spritzgussvorrichtung (100) beschrieben, wobei eine Füllmasse (301) in eine Kavität (200) der Spritzgussvorrichtung (100) eingespritzt und mithilfe eines Atmungshubs (132, 142, 152) aufgeschäumt wird. Dabei wird ein auf einen ausgewählten Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) begrenztes Verdrängungselement (130, 140, 150) in die Kavität (200) eingebracht und die Füllmasse (301) in die Kavität (200) mit dem darin angeordneten Verdrängungselement (130, 140, 150) eingespritzt. Anschließend wird das Verdrängungselement (130, 140, 150) in einem anschließenden Atmungshub (132, 142, 152) aus der Kavität (200) heraus bewegt, um die Füllmasse (301) im ausgewählten Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) aufzuschäumen.

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Spritzgussteils

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils, bei dem selektiv ein lokal begrenzter Abschnitt des Spritzgussteils geschäumt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Spritzgussteils.

Stand der Technik

Bei einem Spritzgießverfahren wird eine fließfähige Masse in ein als Gussform dienendes Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Ein solches Spritzgusswerkzeug um- fasst typischerweise mehrere Schalenteile, die einen inneren Formhohlraum (Ka- vität) umschließen. Die typischerweise über einen Einspritzkanal in die Kavität eingespritzte Füllmasse wird nach dem Erstarren des Materials mittels eines Öffnungshubs eines Schalenteils der Vorrichtung aus dem Spritzgusswerkzeug entnommen. Beim klassischen Spritzgießverfahren wird das vom Werkzeug bereitgestellte Kavitätsvolumen bis zum Zeitpunkt der Bauteilentnahme konstant gehalten, wobei durch Zugabe eines Treibmittels bereits bei diesem klassischen Verfahren eine Aufschäumung des Füllmaterials erreicht werden kann. Für eine

Aufschäumung flächiger Strukturen, wie z. B. Kfz-Armaturenbretter oder Kfz- Türmodule, dann ein sogenanntes Core-Back-Verfahren verwendet werden, bei dem das Füllmaterial nach Ganz- oder Teilfüllung der Kavität mittels eines Atmungshubs eines Werkzeugteils das Raumvolumen der Kavität vergrößert wird, um eine Aufschäumung der Füllmasse zu bewirken. Der Atmungshub wird durch einen definierten Öffnungshub bewirkt, bei dem die jeweilige Werkzeug hälfte um eine definierte, die Kavität noch nicht freigebende Strecke geöffnet wird.

Nach Erstarrung der Füllmasse wird das entsprechende Werkzeugteil vollständig geöffnet und das Bauteil herausgenommen. Mit Hilfe dieses Core-Back- Verfahrens können Bauteile mit sehr hohen Aufschäumungsgraden und im We- sentlichen definierter Randzonendicke hergestellt werden, wodurch sich eine vorteilhafte Reduktion des Bauteilgewichts und des Materialeinsatzes erzielen lässt.

Allerdings stößt die Anwendbarkeit des Core-Back-Verfahrens an ihre Grenzen, sobald das Bauteil eine geometrisch anspruchsvolle Außengeometrie (wie z. B. ein Zahnrad) oder mehrere Durchbrüche (wie z. B. Motorkühlungszargen) enthält. Jede Bauteilrandgeometrie oder Bauteilöffnung senkrecht zum Öffnungshub verursacht bei diesem Verfahren einen hohen Werkzeugherstellungsaufwand, da die Randgeometrien im Core-Back-Verfahren jeweils in beide Werkzeughälften abgebildet werden müssen und die Werkzeughälften den gesamten Atmungshub zueinander toleranzgenau abdichten müssen, um Überspitzungen zu verhindern.

Daher wird das Verfahren im Wesentlichen nur für geometrisch einfache flächig gestaltete Bauteile verwendet, die vorzugsweise keine oder wenige Durchbrüche aufweisen, wie z. B. Armaturenbretter oder Türmodule. Die Atmungshubtechnik des klassischen Core-Back-Verfahrens erlaubt ferner nicht die Erzeugung von Bauteilen mit quer zur Hubrichtung der Werkzeughälften lokal dünnwandigen Bauteilbereichen, die kleiner sind als die Wegstrecke, die das Werkzeug wäh- rend des Atmungshubs zurücklegt. So lassen sich beispielsweise Motorkühlungs-

Lüfter, welche aus aerodynamischen Gründen (Wirkungsgrad) dünnwandige Bauteilbereiche aufweisen, nicht sinnvoll mit dem herkömmlichen Core-Back- Verfahren herstellen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von ausgeschäumten Bauteilen mit komplexen Bauteilrandgeometrien bzw. dünnwandigen Bauteilbereichen zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird mithilfe des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den untergeordneten Ansprüchen wiedergegeben.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils mithilfe einer Spritzgussvorrichtung, wobei eine Füllmasse in eine Kavität der Spritzgussvorrichtung eingespritzt und mithilfe eines Atmungshubs aufgeschäumt wird. Dabei wird ein auf einen ausgewählten Abschnitt der Kavität begrenztes Verdrängungselement in die Kavität eingebracht und die Füllmasse in die Kavität mit dem darin angeordneten Verdrängungselement eingespritzt. In einem anschließenden Atmungshub wird das Verdrängungselement aus der Kavität her- aus bewegt, um die Füllmasse im ausgewählten Abschnitt der Kavität aufzuschäumen. Mithilfe des auf einen bestimmten Kavitätsabschnitt lokal begrenzten Atmungshub können auch Bauteile mit komplexen Formen aufgeschäumt werden. Insbesondere lassen sich auch Bauteile mit dünnwandigen Abschnitten auch ohne den hierzu üblicherweise notwendigen Werkzeugaufwand aufschäu- men.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Atmungshub des Verdrängungselements im ausgewählten Abschnitt der Kavität einen höheren Aufschäumungsgrad der Füllmasse erzeugt als in einem benachbarten Abschnitt der Kavität. Die unterschiedlichen Aufschäumungsgrade erlauben eine größere

Flexibilität bei der Gestaltung der Bauteile. Ferner können durch ausgewählte Abschnitte mit höheren Aufschäumungsgraden gezielt Gewicht und Material des Bauteils eingespart werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Atmungshub des

Verdrängungselements eine im Wesentlichen auf den ausgewählten Abschnitt der Kavität begrenzte Aufschäumung der Füllmasse erzeugt. Dies erlaubt einen noch höhere Flexibilität bei der Gestaltung der Bauteile. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass während des Atmungshubs des Verdrängungselements weiterhin Füllmasse in den benachbarten Abschnitt der Kavität eingespritzt wird, um in diesen Abschnitt einen niedrigen Aufschäumungsgrad zu erzeugen. Hierdurch kann die Dichte in bestimmten Bauteilabschnitten gezielt hoch gehalten werden, um diese Bauteilab- schnitte beispielsweise mechanische belastbarer zu gestalten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch den Atmungshub des Verdrängungselements in der gesamten Kavität ein im Wesentlichen gleichmäßiger Aufschäumungsgrad der Füllmasse erzeugt wird. Dies er- laubt eine Aufschäumung von Bereichen bzw. Abschnitten der Kavität, die aufgrund ihrer Geometrie mit üblichen Methoden gar nicht oder nur mit einem hohen technischen Aufwand aufgeschäumt werden können.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Atmungshub des Verdrängungselements auf den dickwandigen Abschnitt der Kavität begrenzt ist, während in einem benachbarten dünnwandigen Abschnitt der Kavität kein Atmungshub erfolgt. Es ist vorteilhaft, den Atmungshub auf einen dickwandigen Kavitätsabschnitt zu begrenzen, insbesondere wenn dünnwandige Bereiche hergestellt werden, deren Wanddicke geringer ist als der Atmungshub. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein auf einen ersten ausgewählten Abschnitt der Kavität begrenztes erstes Verdrängungselement und ein auf einen zweiten ausgewählten Abschnitt der Kavität begrenztes zweites Verdrängungselement in die Kavität eingebracht werden, wobei die Füllmasse in die Kavität mit den darin angeordneten Verdrängungselementen eingespritzt wird. Dabei werden die Verdrängungselemente beim anschließenden

Atmungshub zeitgleich oder nacheinander aus der Kavität heraus bewegt, um die Füllmasse in den ausgewählten Abschnitten der Kavität aufzuschäumen. Durch die Verwendung mehrerer Verdrängungselemente können auch komplexere Bauteile einfach hergestellt werden. Die Verdrängungselemente müssen dabei nicht dieselbe Hubrichtung aufweisen. Werden die Verdrängungselemente, wie in einer weiteren Ausführungsform der Fall, beim anschließenden Atmungshub derart nacheinander aus der Kavität heraus bewegt, dass die Füllmasse in den ausgewählten Abschnitten der Kavität unterschiedlich stark aufgeschäumt wird, wir hierdurch die Möglichkeit eröffnet, auch sehr komplizierte Bauteile herzustellen.

Gemäß der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum Herstellen eines Spritzgussteils vorgesehen, die eine aus Schalenteilen gebildete Kavität umfasst. Dabei ist wenigstens ein Verdrängungselement vorgesehen, welches auf einen ausgewählten Abschnitt der Kavität begrenzt in die Kavität eintauchbar ausgebil- det ist. Ein solches Werkzeug kann deutlich einfacher hergestellt werden als ein herkömmliches Werkzeug zum Herstellen komplex aufgebauter Bauteile.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verdrängungselement zwischen wenigstens einer ausgefahrenen Position, in der wenigstens ein Teil des Verdrängungselements in die Kavität eintaucht, und einer Endposition, in der eine Fläche des Verdrängungselements eine Begrenzung der Kavität bildet, beweglich angeordnet ist. Die Verwendung mehrerer ausgefahrener Positionen erlaubt es, den Aufschäumungsgrad unterschiedlich zu gestalten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verdrängungselement als ein in die Kavität eintauchbarer Kolben ausgebildet ist. Solche Werkzeugteile lassen sich besonders einfach herstellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verdrängungselement in einem der Schalenteile integriert ist. Dies ermöglicht einen einfachen Gebrauch des Werkzeugs. Ferner ist es durch Betätigen des in einem Schalenteil integrierten Verdrängungselements möglich, das fertige Bauteil nach dem Öffnen des Werkzeugs leichter aus dem entsprechenden Schalenteil herauszunehmen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das bewegliche Element zwischen zwei Schalenteilen angeordnet ist. Diese Ausführungsform erlaubt eine einfachere Herstellung des Werkzeugs.

In einer weiteren Abwandlung ist vorgesehen, dass ein Verriegelungsmechanismus zum Fixieren des beweglichen Elements in seiner ersten Position vorgesehen ist. Hierdurch wird es möglich auf einen Antrieb für den Atmungshub zu verzichten. Dies wiederum erlaubt einen einfachen Werkzeugaufbau.

Schließlich sieht eine weitere Abwandlung vor, dass der Verriegelungsmechanismus als ein orthogonal zum Atmungshub bewegliches Riegelelement ausgebildet ist. Ein solches Riegelelement stellt einen besonders einfachen Verriegelungsmechanismus dar.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 bis Figur 5 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines aufgeschäumten Bauteils mit dünnwandigen Randzonen; Figur 6 eine Abwandlung des in den Figuren 1 bis 5 gezeigten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, bei dem ein Bauteil mit einer lokal begrenzten Aufschäumung erzeugt wird; Figuren 7 bis 10 das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, bei dem mit Hilfe eines zwei Atmungsmechanismen umfassenden erfindungsgemäßen Werkzeugs ein komplexes Bauteil mit aufgeschäumten dickwandigen Abschnitten und nicht aufgeschäumten dünnwandigen Abschnitten erzeugt wird; Figuren 1 1 bis 15 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für ein Bauteil, bei dem mit Hilfe eines insgesamt drei Atmungsmechanismen umfassenden Werkzeugs ein graduell zunehmender Aufschäumungsgrad des Bauteils erzeugt wird; und Figuren 17 bis 18 eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens aus den Figuren 1 1 bis 16, bei dem die Aufschäumung mit Hilfe eines selbsttätig durch Freigabe der Atmungsmechanismen mit Hilfe eines Verriegelungsmechanismus erfolgt. Die Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug 100 zum Herstellen eines aufgeschäumten Bauteils. Das Spritzgusswerkzeug 100 umfasst zwei aneinander gefügte Schalenteile 1 10, 120, die eine innere Kavität 200 einschließen. Die die Form des zu erzeugenden Bauteils abbildende Kavität 200 entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem aerodynamisch geformten Flügel eines Lüfters. Die beiden Werkzeughälften 1 10, 120 sind dabei so gestaltet, dass durch einen Öffnungshub eines der beiden Werkzeughälften 1 10, 120 das fertige Bauteil aus dem Werkzeug 1 1 1 entnommen werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das obere Schalenteil 1 10 einen Atmungsmechanismus 130 zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Atmungshubs auf. Der Atmungsme- chanismus ist hier als ein stempeiförmiges Schiebeelement 130 ausgebildet, das erfindungsgemäß auf einen Teilabschnitt 220 der Kavität 200 begrenzt ist. Die die Kavität 200 begrenzende untere Fläche 131 des Schiebeelements 130 ist entsprechend der geforderten Bauteilgeometrie geformt. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Volumen der Kavität 200 durch Einbringen des Schiebeelements 130 verringert. Wie in der Figur 2 gezeigt ist, kann dies mit Hilfe einer in die Kavität 200 gerichteten Bewegung 132 des Schie- beelements 130 erfolgen. Das Schiebeelement 130 taucht dabei in einer vorgegebenen Tiefe in die Kavität 200 ein. Die dabei gezielte Volumenreduktion der Kavität 200 ist im vorliegenden Beispiel im Wesentlichen auf den mittleren Abschnitt 220 der Kavität 200 beschränkt.

In einem anschließenden Verfahrensschritt wird eine fließfähige Masse, in der Regel ein geeigneter Kunststoff in die Kavität 200 mit dem reduzierten Volumen eingespritzt. Die Zuführung der flüssigen Kunststoffmasse 301 folgt dabei typischerweise über wenigstens einen Zuführkanal. Der hier nicht dargestellte Zu- führkanal kann beispielsweise in einem der Randabschnitte 210, 230 der Kavität

200 einmünden. Die Füllmasse 301 kann die im Volumen reduzierte Kavität 200 dabei, wie vorliegend der Fall, vollständig oder auch nur zum Teil ausfüllen.

Im folgenden Verfahrensschritt wird der aus der eingespritzten Füllmasse 301 gebildete Rohling mittels eines Atmungshubs 132 des Schiebemechanismus 130 aufgeschäumt. Hierzu kann der Schiebemechanismus 130, wie in der Figur 3 dargestellt, bis zu einer Endstellung aus der Kavität 200 herausgezogen werden. Alternativ kann der Atmungshub auch passiv erfolgen, wobei das Schiebeelement 300 durch den Druck eines dem Kunststoffmaterial 101 zuvor zugesetzten Treibmittels aus der Kavität 200 bis zu der definierten Endstellung herausgeschoben wird. Je nach Anwendung kann noch eine Kombination der Methoden erfolgen, wobei das Schiebeelement 230 sowohl durch ein zugesetztes Treibmittels als auch durch ein aktives Herausziehen aus der Kavität 200 entfernt wird. Wie in der Figur 4 gezeigt ist, wurde durch den Atmungshub des Schiebeelements 130 eine Aufschäumung der Füllmasse 301 in der gesamten Kavität 200 bewirkt. Das aufgeschäumte Bauteil 300 zeigt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen homogene Aufschäumung auf. Insbesondere weist auch der linke Randabschnitt 310, der dünnwandig ausgebildet ist, und daher im herkömmlichen Core-Back-Verfahren nicht herstellbar wäre, einen gleichmäßigen Aufschäumungsgrad auf. Nach Aushärten der Füllmasse wird das fertige Bauteil 300 aus dem Werkzeug 100 entnommen. Hierzu werden eine oder beide Werkzeughälften 1 10, 120 mittels eines Öffnungshubs zurückgefahren, um das fertige Bauteil 300 freizugeben. Dabei kann durch einen unterstützenden Hub des Schiebeelements 130 das fertige Bauteil 300 aus der oberen Werkzeugschale 1 10 herausgedrückt werden. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können jedoch auch Bauteile mit einer inhomogenen Aufschäumung erzeugt werden. Durch Steuerung des Drucks, der Temperatur und/oder der Geschwindigkeit des Atmungshubs kann die um die Morphologie des entstehenden Schaumgefüges gezielt beeinflusst werden. Dabei können in bestimmten Abschnitten des Bauteils 300 gezielt Bereiche mit höheren Aufschäumungsgraden erzeugt werden. Auch durch eine weitere Zuführung des Füllmaterials 101 während des Atmungshubs, durch Veränderung der Zusammensetzung des Füllmaterials während der Einspritzphase oder durch weitere geeignete Maßnahmen zur Einflussnahme auf den Aufschäu- mungsprozess können inhomogene Aufschäumungsgrade im Bauteil 300 erzielt werden. Die Figur 6 zeigt eine alternative Ausführungsform des in den Figuren 1 bis 5 gezeigten erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem mittels des Atmungshubs des Schiebeelements 130 eine im Wesentlichen auf den mittleren Abschnitt 300 des Bauteils eingeschränkte Aufschäumung erzeugt wurde. Wie in dieser Figur gezeigt ist, weisen sowohl der im ersten Abschnitt 1 10 der Kavität 200 untergeordnete linke dünnwandige Randabschnitt 310 als auch der im dritten Abschnitt 230 der Kavität 200 angeordnete dickwandige rechte Randabschnitt 330 des Lüfterflügels 300 eine höhere Dichte als der im zweiten Abschnitt 220 der Kavität 200 angeordnete mittlere Bauteilabschnitt 330 auf. Dies kann im Fall eines Lüfterflügels aus Gründen der Festigkeit wünschenswert sein.

Im Folgenden wird die Herstellung eines komplexeren, abwechselnd dünn- und dickwandige Abschnitte 330 aufweisenden Bauteils unter Zuhilfenahme eines Werkzeugs mit zwei separaten Atmungsmechanismen gezeigt. Das in Figur 7 gezeigte Werkzeug umfasst ebenfalls zwei aneinander gefügte Schalenteile 1 10, 120, die eine innere Kavität 200 umschließen. Die die Form des herzustellenden Bauteils vorgebende Kavität 200 umfasst in der hier gezeigten Schnittdarstellung fünf Abschnitte 210 bis 250 mit jeweils alternierenden Wandstärken. An einen ersten Abschnitt 210 mit geringerer Höhe schließt sich ein zweiter Abschnitt 220 mit einer deutlich dickeren Höhe an. Den zweiten Abschnitt 220 folgt ein dritter Abschnitt 230 mit geringer Höhe, an den sich ein vierter Abschnitt 240 mit einer relativ großen vertikalen Ausdehnung anschließt. Schließlich folgt ein fünfter Abschnitt 250 mit einer ebenfalls geringen Höhe. Im vorliegenden Ausführungsbei- spiel sollen die in den beiden hohen Abschnitten 220, 240 erzeugten Strukturen des Bauteils mit einem höheren Aufschäumungsgrad erzeugt werden als die in den niedrigen Abschnitten 210, 230, 250 erzeugten Bauteil strukturen. Um dies zu erreichen, werden zwei jeweils auf einen dicken Kavitätsabschnitt 220, 240 lateral begrenzte Schiebeelemente 130, 140 verwendet, sodass der Atmungshub lokal auf die beiden einzig aufzuschäumenden Kavitätsbereiche 220, 240 lokal be- schränkt wird. Wie in der Figur 7 gezeigt ist, bildet der entsprechend geformte untere Bereich 131 , 141 eines Schiebeelements 130, 140 eine obere Begrenzung des jeweils zugeordneten Kavitätsabschnitts 220, 240.

Wie bereits in Zusammenhang mit dem in den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beispielsweise kolbenförmig ausgebildeten Schiebeelemente 130, 140 vorzugsweise noch vor dem Einspritzen der Füllmasse in die entsprechenden Kavitätsabschnitte 220, 240 eingetaucht, um das Kavitätsvolumen in diesen Abschnitten um einen definierten Betrag zu reduzieren. Die Eintauchtiefe der Schiebeelemente 130, 140 bestimmt dabei das verdrängte Kavitätsvolumen und bildet daher einen wichtigen Parameter zur Beeinflussung des Aufschäumungsgrads des Bauteils.

Wie in der Figur 9 gezeigt ist, wird anschließend eine fließfähige Füllmasse 301 in die Kavität 200 mit dem reduzierten Raumvolumen eingespritzt. Dies erfolgt üblicherweise über wenigstens einen Einspritzkanal, der hier jedoch nicht gezeigt ist. Nach dem Einspritzen oder alternativ auch schon während des Einspritzvorgangs führen die kolbenförmigen Schiebeelemente 130, 140 einen Atmungshub 132, 142 durch, durch den die Füllmasse 301 aufgeschäumt wird. Durch Steuerung verschiedener Parameter kann der Aufschäumungsgrad in den verschiede- nen Kavitätsabschnitten 210 bis 250 gezielt bestimmt werden. So kann beispielsweise durch Steuerung der Atmungshubgeschwindigkeit, der Temperatur in den verschiedenen Kavitätsabschnitten 210 bis 250 und/oder durch Variation der Zuführung der Füllmasse 301 während des Atmungshubs erreicht werden, dass der Aufschäumungsgrad in den dünnwandigen Kavitätsbereichen 210, 230, 250 geringer ausfällt, als in den dickwandigen Kavitätsbereichen 220, 240.

Figur 10 zeigt das Werkzeug 100 mit dem fertig hergestellten Bauteil 300. Wie hier gezeigt ist, wurde die Füllmasse 301 durch den Atmungshub 132, 142 der beiden Schiebeelemente 130, 140 lediglich in den beiden dickwandigen Kavi- tätsbereichen 220, 240 aufgeschäumt. In den dünnwandigen Kavitätsbereichen

210, 230, 250 wurde hingegen durch gezielte Verhinderung der Aufschäumung nur ein geringer Aufschäumungsgrad der Füllmasse 301 bzw. keine Aufschäumung der Füllmasse 301 erreicht. Folglich lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch komplizierte Bauteile mit unterschiedlich dichten Abschnitten 310 - 350 erzeugen.

Im Folgenden wird die Herstellung eines einstückigen Spritzgussteils mit einem im Wesentlichen graduellen Aufschäumungsgrad unter Verwendung eines drei verschiedene Schiebeelemente umfassenden Werkzeugs erläutert. Das Spritzgusswerkzeug 100 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls zwei Schalenteile 1 10, 120, die aneinander gefügt eine innere Kavität 200 bilden. Die drei Schiebeelemente 130, 140, 150 sind im vorliegenden Beispiel in der oberen Werkzeugschale 1 10 angeordnet, wobei sie grundsätzlich auch über beide Schalenteilen 1 10, 120 verteilt angeordnet sein können. Die Schiebeelemente 130, 140, 150 verteilen die Kavität 200 in insgesamt sieben Abschnitte 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270. Beispielhaft ist ferner ein Einspritzkanal 170 gezeigt, der in den siebten Kavitätsabschnitt 270 einmündet.

Im ersten Verfahrensschritt werden die kolbenförmigen Schiebeelemente 130, 140, 150 in die Kavität 200 eingebracht, was durch eine Hubbewegung 101 der Schiebeelemente bei zusammengesetzten Werkzeugschalen 1 10, 120 erfolgen kann. Wie in der Figur 12 gezeigt ist, tauchen die Schiebeelemente 130, 140, 150 bis zu einer vorgegebenen Tiefe in die Kavität 200 ein. Alternativ können die Schiebeelemente 130, 140, 150 schon vor dem Zusammensetzen der Schalenteile 1 10, 120 entsprechend ausgefahren werden, so dass bereits durch das Zu- sammenfügen der Schalenteile ein reduziertes Kavitätsvolumen entsteht.

Im folgenden Verfahrensschritt wird die Füllmasse 301 über den Einspritzkanal 170 in die Kavität 200 eingespritzt. Wie in der Figur 13 gezeigt wird, füllt die Füllmasse die im Raumvolumen reduzierte Kavität 200 vollständig aus. Wie mit einem Pfeil angedeutet, wird anschließend ein kontrollierter Atmungshub 132 des ersten Schiebeelements 130 durchgeführt, bei dem die Füllmasse 301 vorzugsweise lediglich in der unmittelbaren Umgebung des ersten Schiebeelements 130 aufgeschäumt wird. Wie in der Figur 14 schematisch dargestellt ist, weist nach dem Atmungshub 132 des ersten Schiebeelements 130 das durch die Abschnitte 210, 220 und einen Teil des Abschnitts 230 gebildete erste Drittel des Rohlings

302 einen höheren Aufschäumungsgrad auf als der Rest. Um einen graduellen Aufschäumungsgrad mit einer von links nach rechts zunehmenden Dichte zu erzeugen, wird daran anschließend das zweite Schiebeelement 140 kontrolliert zurückgefahren. Durch den Atmungshub 142 des zweiten Schiebeelements 140, der in der Figur 14 mittels eines Pfeils angedeutet ist, wird vorwiegend die Füllmasse in der unmittelbaren Umgebung des zweiten Schiebeelements 140 aufgeschäumt. Allerdings kann durch Steuerung der Aufschäumung (z.B. durch Temperatursteuerung) erreicht werden, dass in diesem Verfahrensschritt auch die bereits aufgeschäumte Füllmasse 301 im ersten Abschnitt des Spritzgussteils 310 weiter aufgeschäumt wird. Hierdurch wird erreicht, dass der der Aufschäumungsgrad im ersten Bauteilabschnitt 310 insgesamt höher ausfällt als im zweiten Bauteilabschnitt 320.

Schließlich wird durch Zurückfahren des dritten Schiebeelements 150 auch im dritten Bauteilabschnitt eine lokale Aufschäumung des Füllmaterials 301 erreicht. Der Prozess kann dabei so gesteuert werden, dass durch den mittels eines Pfeils 152 dargestellten Atmungshub 150 des dritten Schiebeelements 150 auch die bereits aufgeschäumte Füllmasse 301 in den ersten beiden Bauteilabschnitten 310, 320 weiter aufgeschäumt wird, sodass sich ein von links nach rechts graduell abnehmender Aufschäumungsgrad der Füllmasse 301 ergibt.

Die Figur 16 zeigt das sich noch im Werkzeug 100 befindliche fertige Bauteil 300 nach dem Zurückfahren des dritten Schiebeelements 150. Wie mittels unterschiedlicher Schraffur dargestellt ist, nimmt der Aufschäumungsgrad des Bauteils 300 von links nach rechts ab, wobei die Dichte umgekehrt von links nach rechts zunimmt. Je nach Anwendung kann durch gezielte Steuerung des Verfahrens ein im Wesentlichen gleichförmiger Dichteverlauf im Bauteil 300 erzielt werden. Obwohl die hier gezeigten kolbenförmigen Schiebeelemente 130, 140, 150 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser und Eintauchtiefen aufweisen, kann der Aufschäumungsprozess durch Verwendung unterschiedlicher Schiebeelemente bzw. Eintauchtiefen beliebig gestaltet werden. So können mit Hilfe von Schiebeelementen mit unterschiedlichen Grundflächen und/oder durch unterschiedliche Eintauchtiefen der Schiebeelemente in die Kavität 200 lokal unterschiedliche Aufschäumungsgrade erzielt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Atmungshub der Schiebeelemente sowohl aktiv mittels entsprechender Antriebseinrichtungen passiv durch einen von einem dem Füllmaterial zugesetzten Treibmittel erzeugten Druck oder durch Kombination der beiden Methoden erfolgen. Bei einem passiv erfolgenden Atmungshub kann das entsprechende Schiebeelement mittels eines Verriegelungsmechanismus, der die Bewegung des Schiebeelements zunächst blockiert, zum gewünschten Zeitpunkt freigegeben werden. Bei den in den Figuren 17 und

18 gezeigten Verfahren handelt es sich um eine Abwandlung des in den Figuren 13 bis 16 gezeigten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Hierbei wird die zeitliche Verzögerung zwischen den Atmungshüben der einzelnen Schiebeelemente 130, 140, 160 mittels eines einzigen Verriegelungsmechanismus 160 be- wirkt. Wie in der Figur 17 gezeigt ist, ist der Verriegelungsmechanismus 160 als ein innerhalb der ersten Werkzeughälfte 1 10 quer zur Bewegungsrichtung der Schiebeelemente 130, 140, 150 beweglich angeordnete Riegel ausgebildet. Durch kontrollierte Bewegung des Riegels 160 in die Entriegelungsrichtung 161 wird zunächst das erste Schiebeelement 130 freigegeben. Aufgrund des in der Kavität 200 herrschenden Drucks wird das erste Schiebeelement aus der Kavität

200 bis zu einer definierten Entstellung herausgeschoben.

Wie in der Figur 18 gezeigt ist, führt die weitere Bewegung des Riegelelements 160 in die Entriegelungsrichtung 161 zunächst zur Freigabe des zweiten Schie- beelements 130, bevor schließlich auch das dritte Schiebeelement 150 freigegeben wird.

Bei mehreren Schiebelementen ist es möglich, diese auf beide Werkzeug hälften zu verteilen. Hierdurch kann die Herstellung der insbesondere bei komplexen Geometrien notwendigen Bewegungselemente, Entriegelungsmechanismen oder

Werkzeugkühlung erleichtert werden.

Bei den in der bevorstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren offenbarten Ausführungsformen handelt es sich lediglich um Ausführungsbei- spiele der Erfindung. Dabei können je nach Anwendung für die Realisierung der

Erfindung sämtliche in diesem Zusammenhang offenbarten Merkmale sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander relevant sein. Insbesondere kann als Füllmasse jedes geeignetes Material organischer oder metallischer Natur verwendet werden, das außerdem Füllstoffe, Verstärkungsstoffe sowie Additive enthalten kann. Als Treibmittel kann jedes geeignete Treibgas verwendet werden, insbesondere ein in der Formmasse physikalisch gelöstes Gas, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid. Ferner kann ein Gas oder ein Gasgemisch verwendet werden, welches aufgrund chemischer exothermer oder endothermer Reaktionen von Formmassenzuschlagsstoffen thermisch angeregt entstanden ist.

Dabei können mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch solche Spritzgussteile hergestellt werden, bei denen ein oder mehrere Einlegeteile zusätzlich in die Kavität eingebracht und teilweise oder vollständig umspritzt werden.

Bei dem im Zusammenhang mit den Figuren beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann die Kavität mit einer Füllmasse auch nur teilgefüllt und anschließend mithilfe eines Atmungshubs aufgeschäumt werden. Dabei wird das zur Verfügung stehende Volumen nur teilgefüllt und das fehlende Kavitätsvolumen wird durch den Aufschäumungsvorgang der Füllmasse gefüllt.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Spritzgussteils (300) mithilfe einer Spritzgussvorrichtung (100),

wobei eine Füllmasse (301) in eine Kavität (200) der Spritzgussvorrichtung (100) eingespritzt und mithilfe eines Atmungshubs (132, 142, 152) aufgeschäumt wird,

dad urch gekennzeichnet,

dass ein auf einen ausgewählten Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) begrenztes Verdrängungselement (130, 140, 150) in die Kavität (200) eingebracht und die Füllmasse (301) in die Kavität (200) mit dem darin angeordneten Verdrängungselement (130, 140, 150) eingespritzt wird,

wobei das Verdrängungselement (130, 140, 150) in einem anschließenden Atmungshub (132, 142, 152) aus der Kavität (200) heraus bewegt wird, um die Füllmasse (301) im ausgewählten Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) aufzuschäumen.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dad urch gekennzeichnet,

dass der Atmungshub (132, 142, 152) des Verdrängungselements (130, 140, 150) im ausgewählten Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) einen höheren Aufschäumungsgrad der Füllmasse (301) erzeugt als in einem benachbarten Abschnitt (210, 230, 250, 270) der Kavität (200).

Verfahren nach Anspruch 2,

dad urch gekennzeichnet,

dass der Atmungshub (132, 142, 152) des Verdrängungselements (130, 140, 150) eine im Wesentlichen auf den ausgewählten Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) begrenzte Aufschäumung der Füllmasse (301) erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass während des Atmungshubs (132, 142, 152) des Verdrängungselements (130, 140, 150) weiterhin Füllmasse (301) in den benachbarten Abschnitt (210, 230, 250, 270) der Kavität (200) eingespritzt wird, um in diesen Abschnitt (210, 230, 250, 270) einen niedrigen Aufschäumungsgrad zu erzeugen.

Verfahren nach Anspruch 1,

dad urch gekennzeichnet,

dass der Atmungshub (132, 142, 152) des Verdrängungselements (130, 140, 150) in der gesamten Kavität (200) einen im Wesentlichen gleichmäßigen Aufschäumungsgrad der Füllmasse (301) erzeugt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dad urch gekennzeichnet,

dass der Atmungshub (132, 142, 152) des Verdrängungselements (130, 140, 150) auf den dickwandigen Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) begrenzt ist, während in einem benachbarten dünnwandigen Abschnitt (210, 230, 250, 270) der Kavität (200) kein Atmungshub erfolgt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein auf einen ersten ausgewählten Abschnitt (220) der Kavität (200) begrenztes erstes Verdrängungselement (130) und ein auf einen zweiten ausgewählten Abschnitt (240, 260) der Kavität (200) begrenztes zweites Verdrängungselement (140, 150) in die Kavität (200) eingebracht werden, wobei die Füllmasse (301) in die Kavität (200) mit den darin angeordneten Verdrängungselementen (130, 140, 150) eingespritzt wird, und

wobei die Verdrängungselemente (130, 140, 150) beim anschließenden Atmungshub (132, 142, 152) zeitgleich oder nacheinander aus der Kavität (200) heraus bewegt werden, um die Füllmasse (301) in den ausgewählten Abschnitten (220, 240, 260) der Kavität (200) aufzuschäumen.

Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Verdrängungselemente (130, 140, 150) beim anschließenden Atmungshub (132, 142, 152) derart nacheinander aus der Kavität (200) heraus bewegt werden, dass die Füllmasse (301) in den ausgewählten Abschnitten (220, 240, 260) der Kavität (200) unterschiedlich stark aufgeschäumt wird.

9. Vorrichtung (100) zum Herstellen eines Spritzgussteils (300),

umfassend eine aus Schalenteilen (110, 120) der Vorrichtung (100) gebildete Kavität (200),

dadurch geken nzeich net,

dass wenigstens ein Verdrängungselement (130, 140, 150) vorgesehen ist, welches auf einen ausgewählten Abschnitt (220, 240, 260) der Kavität (200) begrenzt in die Kavität (200) eintauchbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9,

dadu rch gekennzeichnet,

dass das Verdrängungselement (130, 140, 150) zwischen wenigstens einer ausgefahrenen Position, in der wenigstens ein Teil des Verdrängungselements (130, 140, 150) in die Kavität (200) eintaucht, und einer Endposition, in der eine Fläche (131, 141, 151) des Verdrängungselements (130, 140, 150) eine Begrenzung der Kavität (200) bildet, beweglich angeordnet ist.

11. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10,

dad urch gekennzeichnet,

dass das Verdrängungselement (130, 140, 150) als ein in die Kavität (200) eintauchbarer Kolben ausgebildet ist.

12. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,

dad urch gekennzeichnet,

dass das Verdrängungselement (130, 140, 150) in einem der Schalenteile (110, 120) integriert ist,

13. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

dad urch gekennzeichnet,

dass das bewegliche Element (130, 140, 150) zwischen zwei Schalenteilen (110, 120) angeordnet ist.

14. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 13,

dad urch gekennzeichnet, dass ein Vernegelungsmechanismus (160) zum Fixieren des beweglichen Elements (130, 140, 150) in seiner ersten Position vorgesehen ist.

15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Verriegelungsmechanismus (160) als ein orthogonal zum Atmungshub (132, 142, 152) bewegliches Riegelelement ausgebildet ist.