EP3512682A1 - Lokale verstärkung von spritzgussbauteilen - Google Patents

Lokale verstärkung von spritzgussbauteilen

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Publication number
EP3512682A1
EP3512682A1 EP17761279.3A EP17761279A EP3512682A1 EP 3512682 A1 EP3512682 A1 EP 3512682A1 EP 17761279 A EP17761279 A EP 17761279A EP 3512682 A1 EP3512682 A1 EP 3512682A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavity
plate
fiber bundle
sprue
ejector plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17761279.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst-Rudolf Lübkert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP3512682A1 publication Critical patent/EP3512682A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/28—Tools, e.g. cutlery

Definitions

  • the present invention relates to a method for using an injection molding tool for the production of plastic components, in particular components of machine tools, wherein the injection molding tool at least one sprue plate, an insertion device and an ejector includes and wherein between the sprue plate and the ejector at least one cavity is provided when the Sprue plate and the ejector plate are in an assembled state, and the ejector plate includes at least one fiber channel through which by means of the insertion device at least one fiber bundle with a thermoplastic matrix along at least a portion of the sprue plate is transported to the cavity.
  • the invention relates to an injection molding tool for the application of the method.
  • the invention relates to plastic components, in particular components of machine tools produced in the method.
  • Plastic components e.g. Polyamide, and in particular components produced by an injection molding process, have no particularly high breaking strength.
  • a plastic casing member made by injection molding e.g. a housing for a machine tool
  • Such impacting can occur, for example, as a result of a fall, for example from a scaffolding.
  • a part of the housing or the entire housing of a machine tool can be so badly damaged after a fall that replacement of the damaged housing component or of the entire housing is necessary.
  • Object of the present invention is therefore to solve the above problem and in particular to provide a method with which the possibility of damaging a manufactured in an injection molding process component, in particular a housing of a machine tool, can be reduced. Furthermore, the object is to provide an injection molding tool for use in the method according to the invention.
  • the object is solved by the subject matter of independent claims 1 and 2. Advantageous embodiments of the subject invention are contained in the dependent claims.
  • the object is achieved by providing a method for using an injection molding tool for the production of plastic components, in particular components of machine tools, wherein the injection molding tool includes at least one sprue plate, an insertion device and an ejector and wherein at least one cavity is provided between the sprue plate and the ejector when the sprue plate and the ejector plate are in an assembled condition, and the ejector plate includes at least one fiber channel through which at least one thermoplastic matrix matrix fiber bundle is transportable along at least part of the sprue plate to the cavity by means of the inserter means.
  • the object is achieved by providing an injection molding tool for the application of the method.
  • the object is achieved by plastic components, in particular components of machine tools produced in the process.
  • the injection molding tool contains at least one sprue plate and one ejector plate, and at least one cavity is provided between the sprue plate and the ejector plate when the sprue plate and the Ejector plate are in an assembled state, and the ejector plate includes at least one fiber channel through which at least one fiber bundle is transportable along at least a portion of the sprue plate to the cavity.
  • an insertion device is provided with a cylindrical insertion element, wherein the cross-sectional area of the insertion element substantially corresponds to a cross-sectional area of the fiber channel, so that the insertion element is reversibly movable in the fiber channel and befindlichem in the fiber channel Fiber bundle from the insertion element through the fiber channel and into the cavity is transportable.
  • the introduction of the fiber bundle into the cavity or to the liquid plastic in the cavity can be effectively controlled and the time from which the fiber bundle is brought into the cavity or into the liquid plastic can be varied.
  • the ejector plate may comprise at least one carrier element with a through-bore for receiving at least one fiber bundle, wherein the carrier element together with the fiber bundle in the through-bore can be inserted into the ejector plate such that the fiber bundle in FIG the fiber channel is positioned, wherein the carrier element contains at least one heating element for heating a fiber bundle positioned in the carrier element.
  • the carrier element contains at least one heating element for heating a fiber bundle positioned in the carrier element.
  • Fig. 1 is a side view of an injection molding machine with an injection molding tool
  • FIG. 2a an ejector plate of an injection molding tool with a centering flange and a carrier element
  • FIG. 2b is a sectional view taken along the section line A-A in Fig. 2a of the
  • Injection molding tool with the ejector, a first chuck plate, the support member, a drawer, a sprue plate and a second platen in an assembled state;
  • Fig. 3 is a sectional view of a through hole of the support member with a
  • Fig. 4 is a sectional view taken along section line A-A in Fig. 2a of
  • Injection molding tool with the ejector plate, the support member, the insertion device, the sprue plate and the fiber bundle in an assembled state;
  • Fig. 6 is a sectional view taken along section line A-A in Fig. 2a of
  • Injection molding tool with the ejector plate, the support member, the insertion device, the sprue plate, the fiber bundle and the liquid plastic in an assembled state;
  • Carrier element a part of the insertion element, the fiber bundle, the liquid plastic and a part of the sprue plate, wherein the cavity is about half filled with the liquid plastic;
  • Fig. 8 is a sectional view taken along the section line AA in Fig. 2a of the injection molding machine with the ejector, the support member, the insertion device, the Sprue plate, the fiber bundle and the liquid plastic in an assembled state, wherein the cavity is about half filled with the liquid plastic;
  • the injection molding tool 2 essentially comprises a first clamping plate 3 with an ejector plate 4, a second clamping plate 5 with a sprue plate 6, a slide-in device 7 and a carrier element 8.
  • 2a and 2b show a schematic representation of the injection molding tool 2 for the production of plastic components.
  • the injection molding tool 2 can also be referred to as a tool for an injection molding machine.
  • the plastic components may be components such as e.g. Housing components of machine tools, act.
  • the ejector plate 4 as shown in Fig. 2b, is substantially formed as a rectangular block and includes an insertion opening 9 and a fiber channel 10.
  • the sprue plate 6 is shown with a centering flange Z.
  • the insertion opening 9 is designed substantially rectangular and extends in the direction B in the ejector 4. In the insertion opening 9, the support member 8 can be inserted.
  • the carrier element 8 has a certain clearance fit when it is in the insertion opening 9.
  • the carrier element 8 is designed substantially as a rectangular block.
  • the support member 8 includes a through hole 11 for receiving at least one fiber bundle 12.
  • the through-hole 1 1 around heating elements 13 are positioned in the form of a heating wire (see Fig .. 3).
  • the heating elements 13 are used for heating or heating of the fiber bundle 12 in the through hole 11.
  • the diameter of the through hole 11 is circular and is 2 to 3 mm.
  • the through hole 11 is approximately 22 mm long in the direction C. In the embodiment shown, the through hole 1 1 has a circular diameter of 2.5 mm.
  • the fiber bundle 12 is a bundle of carbon fibers with a thermoplastic matrix. Each fiber of the fiber bundle 12 is about 20 mm long.
  • the fiber of the fiber bundle 12 is approximately 5 to 10% shorter than the length of the through hole 1 1.
  • the diameter of the fiber bundle 12 is circular, is about 2 to 3 mm and is adapted to the diameter of the through hole 11. In other words, the diameter of the fiber bundle 12 is always smaller than the diameter of the through hole 11.
  • the diameter of the fiber bundle 12 does not necessarily have to be circular, but may also have a rectangular or square diameter.
  • one material other than carbon is used, such as glass or aramids.
  • the fibers are longer or shorter than 22 mm.
  • the through hole 1 1 extends in the direction A through the support member 8.
  • the fiber channel 10 extends along the entire width of the ejector 4 and against the direction A.
  • the cylindrical fiber channel 10 serves to a fiber bundle 12 through the Ejector plate 4 and bring up to a cavity 14.
  • the cavity 14 is located between the ejector plate 4 and the sprue plate 6 when the ejector plate 4 and the sprue plate 6 are in an assembled condition (see Fig. 2b).
  • the insertion opening 9 and the fiber channel 10 intersect so that the through hole 1 1 of the support member 8 in alignment with the fiber channel 10 and the through hole 11 in the middle of the cross-sectional area of the fiber channel 10 is when the support member 8 until it stops is located in the insertion opening 9 (see Fig .. 4).
  • the insertion device 7 includes a cylindrical insertion element 15.
  • the insertion element 15 may also be referred to as a pin.
  • a stop 15a At a free end of the insertion element 15 is a stop 15a.
  • the cross-sectional area of the insertion element 15 essentially corresponds to a cross-sectional area of the fiber channel 10, so that the insertion element 15 is reversibly movable in the fiber channel 10 and a fiber bundle 12 located in the fiber channel 10 can be transported by the insertion element 15 through the fiber channel 10 and into the cavity 14.
  • the sprue plate 6 is substantially formed as a rectangular block and includes a runner 16 and a cavity recess 17. Further, the centering flange Z is provided on one side of the sprue plate 6. The centering flange Z serves to position the sprue plate 6 in a specific orientation and arrangement with respect to the injection molding machine 1. Through the sprue 16, liquid plastic can pass through the sprue plate 16 to the cavity recess 17 and thus to the cavity 14 which is in an assembled state between the ejector plate 4 and the sprue plate 6.
  • the ejector plate 4 and the sprue plate 6 are first brought together such that the cavity 14 is formed between the ejector plate 4 and the sprue plate 6.
  • the ejector plate 4 is moved in the direction C (see Fig. 2a and 2b).
  • the carrier element 8 is located opposite to the direction B outside the insertion opening.
  • a fiber bundle 12 is positioned (see FIG. 3).
  • the fibers of the fiber bundle 12 are slightly wavy and not fully stretched when the fibers are in the through hole 1 1 of the support member 8.
  • the insertion element 15 is located so far in the direction A that the insertion element 15 does not protrude into the insertion opening 9.
  • the fiber bundle 12 is heated or heated in the carrier element 8.
  • the support member 8 is pushed together with the fiber bundle 12 in the through hole 1 1 as far as the stop in the insertion opening 9, so that the fiber bundle 12 is positioned in the through hole 1 1 in the middle of the fiber channel 10 (see Fig .. 4).
  • the liquid plastic K is first introduced into the sprue 16 when the fiber bundle 12 is on the cavity 14 (see Fig. 6).
  • the plastic K is heated to be liquid.
  • the device 18 for introducing the liquid plastic is shown in FIG.
  • the insertion element 8 is moved in the direction C, so that the end 8a of the insertion element 8 finally rests against the fiber bundle 12 (see FIGS. 4 and 5).
  • the fiber bundle 12 is pushed along the fiber channel 10 in the direction C to the cavity 14.
  • the liquid plastic K has now filled the cavity 14 in half.
  • the liquid plastic K continues to flow in the direction A and in the direction D.
  • the time of inflow of the liquid plastic K changes.
  • the fibers are already brought into the cavity 14, when there is still little liquid plastic K in the cavity 14.
  • the fibers are first brought into the cavity 14, if already more liquid plastic K is in the cavity 14.
  • the ends of the fibers meet the liquid plastic K in the cavity 14, wherein the liquid plastic K moves further in the direction A and D.
  • the insertion element 8 pushes the fiber bundle 12 further in the direction C.
  • the individual fibers of the fiber bundle 12 are finally drawn along by the liquid plastic K, when the liquid plastic K continues to move in the direction D and the fibers in an arc E direction.
  • the insertion element 8 continues to move in the direction C (see Fig. 8).
  • the fibers of the fiber bundle 12 are completely covered by the liquid plastic K and pulled into the cavity 14.
  • the liquid plastic K continues to move in Direction A and D.
  • the fibers of the fiber bundle 12 are positioned in the liquid plastic K.
  • the insertion element 8 is now completely, ie until the abutment adjoins the ejector plate 4, introduced into the fiber channel 10 (see Fig. 10).
  • the fibers of the fiber bundle 12 displace liquid plastic K in the cavity 14 and thus move into a region of the cavity 14 in which no liquid plastic K is present.
  • the fiber bundle 12 can be inserted into the cavity 14 only when the cavity 14 is almost completely filled with the liquid plastic K and only the volume of the fiber bundle 12 for completely filling the cavity 14 into the cavity 14 can be inserted.
  • the residual volume of the cavity 14 until complete filling corresponds to the volume of the fiber bundle 12.
  • the position of the fiber channel 10 in the ejector plate 4 can be varied.
  • the time from when the insert member 8 pushes the fiber bundle 12 through the fiber channel 10 to the cavity 14, the speed of the fiber bundle 12 in the fiber channel 10 and / or the liquid plastic K in the cavity 14 or Diameter of the fiber bundle 12 is varied.
  • the ejector plate 4 and the sprue plate 6 are separated again.
  • the ejector 4 is moved in the direction A.
  • the cavity 14 between the ejector plate 4 and the sprue plate 6 is exposed and the component manufactured by injection molding can be taken out of the ejector plate 4 by pivoting in direction F and pulling in direction C (see Fig. 12).

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Verfahren zum Verwenden eines Spritzgusswerkzeugs zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, insbesondere Bauteile von Werkzeugmaschinen, wobei das Spritzgusswerkzeug wenigstens eine Angussplatte, eine Einschubeinrichtung sowie eine Auswerferplatte enthält und wobei zwischen der Angussplatte und der Auswerferplatte wenigstens eine Kavität vorgesehen ist, wenn sich die Angussplatte und die Auswerferplatte in einem zusammengefügten Zustand befinden, und die Auswerferplatte wenigstens einen Faserkanal enthält, durch den mit Hilfe der Einschubeinrichtung zumindest ein Faserbündel mit einer thermoplastischen Matrix entlang wenigstens eines Teils der Angussplatte zu der Kavität transportierbar ist. Das Verfahren kennzeichnet sich durch - Zusammenführen der Angussplatte und der Auswerferplatte, - Erwärmen des wenigstens einen Faserbündels zusammen mit der thermoplastischen Matrix, - Positionieren des wenigstens einen Faserbündels an der Kavität mit Hilfe der Einschubeinrichtung, - Einleiten eines flüssigen Kunststoffs in die Kavität durch wenigstens einen Kanal der Angussplatte, und - Einleiten des wenigstens einen Faserbündels in die Kavität, sodass das Faserbündel durch den Strom des flüssigen Kunststoffs in der Kavität positioniert wird.

Description

„Lokale Verstärkung von Spritzgussbauteilen"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwenden eines Spritzgusswerkzeugs zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, insbesondere Bauteile von Werkzeugmaschinen, wobei das Spritzgusswerkzeug wenigstens eine Angussplatte, eine Einschubeinrichtung sowie eine Auswerferplatte enthält und wobei zwischen der Angussplatte und der Auswerferplatte wenigstens eine Kavität vorgesehen ist, wenn sich die Angussplatte und die Auswerferplatte in einem zusammengefügten Zustand befinden, und die Auswerferplatte wenigstens einen Faserkanal enthält, durch den mit Hilfe der Einschubeinrichtung zumindest ein Faserbündel mit einer thermoplastischen Matrix entlang wenigstens eines Teils der Angussplatte zu der Kavität transportierbar ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Spritzgusswerkzeug zur Anwendung des Verfahrens.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung Kunststoffbauteile, insbesondere Bauteile von Werkzeugmaschinen, hergestellt in dem Verfahren.
Bauteile aus Kunststoff, z.B. Polyamid, und insbesondere Bauteile, die durch ein Spritzgussverfahren hergestellt sind, weisen keine besonders hohe Bruchfestigkeit auf. So besteht beispielsweise ein Problem darin, dass ein in einem Spritzgussverfahren hergestelltes Gehäusebauteil aus Kunststoff, z.B. ein Gehäuse für eine Werkzeugmaschine, an verschiedenen Stellen brechen kann, wenn dieses aus einer gewissen Höhe auf einen harten Untergrund aufschlägt. Ein derartiges Aufschlagen kann beispielsweis in Folge eines Sturzes, beispielsweise von einem Baugerüst, geschehen. Unter Umständen kann ein Teil des Gehäuses oder das gesamte Gehäuse einer Werkzeugmaschine nach einem Sturz so stark beschädigt sein, dass ein Austauschen des beschädigten Gehäusebauteils oder aber des gesamten Gehäuses notwendig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das vorstehend genannte Problem zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Möglichkeit zum Beschädigen eines in einem Spritzgussverfahren hergestellten Bauteils, insbesondere eines Gehäuses einer Werkzeugmaschine, vermindert werden kann. Des Weiteren besteht die Aufgabe darin, ein Spritzgusswerkzeug zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 und 2. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Die Aufgabe wird dabei gelöst durch das Bereitstellen eines Verfahrens zum Verwenden eines Spritzgusswerkzeugs zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, insbesondere Bauteile von Werkzeugmaschinen, wobei das Spritzgusswerkzeug wenigstens eine Angussplatte, eine Einschubeinrichtung sowie eine Auswerferplatte enthält und wobei zwischen der Angussplatte und der Auswerferplatte wenigstens eine Kavität vorgesehen ist, wenn sich die Angussplatte und die Auswerferplatte in einem zusammengefügten Zustand befinden, und die Auswerferplatte wenigstens einen Faserkanal enthält, durch den mit Hilfe der Einschubeinrichtung zumindest ein Faserbündel mit einer thermoplastischen Matrix entlang wenigstens eines Teils der Angussplatte zu der Kavität transportierbar ist.
Erfindungsgemäß sind folgende Schritte für das Verfahren vorgesehen:
- Zusammenführen der Angussplatte und der Auswerferplatte,
- Erwärmen des wenigstens einen Faserbündels zusammen mit der thermoplastischen Matrix,
- Positionieren des wenigstens einen Faserbündels an der Kavität mit Hilfe der Einschubeinrichtung,
- Einleiten eines flüssigen Kunststoffs in die Kavität durch wenigstens einen Kanal der Angussplatte, und
- Einleiten des wenigstens einen Faserbündels in die Kavität, sodass das Faserbündel durch den Strom des flüssigen Kunststoffs in der Kavität positioniert wird.
Hierdurch kann sichergestellt werden, dass ein in einem Spritzgussverfahren hergestelltes Bauteil, lokal durch das Einführen von Fasern an bestimmten Stellen, an denen das Bauteil hohen mechanischen Kräften ausgesetzt ist, verstärkt wird. Durch den Einsatz der Fasern kann somit der im Spritzgussverfahren verwendete Kunststoff lokal oder auch gesamtheitlich verstärkt werden.
Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch das Bereitstellen eines Spritzgusswerkzeugs zur Anwendung des Verfahrens.
Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch Kunststoffbauteile, insbesondere Bauteile von Werkzeugmaschinen, hergestellt in dem Verfahren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Spritzgusswerkzeug wenigstens eine Angussplatte sowie eine Auswerferplatte enthält und wobei zwischen der Angussplatte und der Auswerferplatte wenigstens eine Kavität vorgesehen ist, wenn sich die Angussplatte und die Auswerferplatte in einem zusammengefügten Zustand befinden, und die Auswerferplatte wenigstens einen Faserkanal enthält, durch den zumindest ein Faserbündel entlang wenigstens eines Teils der Angussplatte zu der Kavität transportierbar ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass ein mit dem Spritzgusswerkzeug hergestelltes Bauteil, lokal durch das Einführen von Fasern an bestimmten Stellen, an denen das Bauteil hohen mechanischen Kräften ausgesetzt ist, verstärkt wird. Durch den Einsatz der Fasern kann somit der im Spritzgussverfahren verwendete Kunststoff lokal oder auch gesamtheitlich verstärkt werden
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es möglich sein, dass eine Einschubeinrichtung mit einem zylindrischen Einschubelement vorgesehen ist, wobei die Querschnittsfläche des Einschubelements im Wesentlichen einer Querschnittsfläche des Faserkanals entspricht, sodass das Einschubelement in dem Faserkanal reversibel bewegbar ist und ein in dem Faserkanal befindliches Faserbündel von dem Einschubelement durch den Faserkanal und in die Kavität transportierbar ist. Hierdurch kann das Einführen des Faserbündels in die Kavität bzw. zu dem flüssigen Kunststoff in der Kavität effektiv gesteuert und der Zeitpunkt, ab dem das Faserbündel in die Kavität bzw. in den flüssigen Kunststoff gebracht wird, variiert werden. Durch das gezielte bzw. vorbestimmte Einleiten des Faserbündels in den flüssigen Kunststoff kann auch die finale Position des Faserbündels in der Kavität bzw. in dem flüssigen Kunststoff bestimmt werden.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es möglich sein, dass die Auswerferplatte wenigstens ein Trägerelement mit einer Durchgangsbohrung zur Aufnahme wenigstens eines Faserbündels enthält, wobei das Trägerelement zusammen mit dem Faserbündel in der Durchgangsbohrung so in die Auswerferplatte einführbar ist, dass das Faserbündel in dem Faserkanal positioniert ist, wobei das Trägerelement wenigstens ein Heizelement zum Erwärmen eines in dem Trägerelement positionierten Faserbündels enthält. Hierdurch kann ein in dem Trägerelement positioniertes Faserbündel für eine bessere Verarbeitung erhitzt sowie auf einfache Art und Weise in dem Faserkanal positioniert werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmässigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Spritzgussmaschine mit einem Spritzgusswerkzeug;
Fig. 2a eine Auswerferplatte eines Spritzgusswerkzeugs mit einem Zentrierflansch und einem Trägerelement;
Fig. 2b eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2a des
Spritzgusswerkzeugs mit der Auswerferplatte, einer ersten Aufspann platte, dem Trägerelement, einer Einschubeinrichtung, einer Angussplatte und einer zweiten Aufspannplatte in einem zusammengefügten Zustand;
Fig. 3 eine Schnittansicht auf eine Durchgangsbohrung des Trägerelements mit einem
Faserbündel;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2a des
Spritzgusswerkzeugs mit der Auswerferplatte, dem Trägerelement, der Einschubeinrichtung, der Angussplatte und dem Faserbündel in einem zusammengefügten Zustand;
Fig. 5 eine Schnittansicht des Trägerelements mit einem Heizelement, des
Faserbündels mit einer thermoplastischen Matrix, der Auswerferplatte und eines Einschubelements der Einschubeinrichtung;
Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2a des
Spritzgusswerkzeugs mit der Auswerferplatte, dem Trägerelement, der Einschubeinrichtung, der Angussplatte, dem Faserbündel und dem flüssigen Kunststoff in einem zusammengefügten Zustand;
Fig. 7 eine Schnittansicht auf die Kavität, einen Teil Auswerferplatte, einen Teil des
Trägerelements, einen Teil des Einschubelements, das Faserbündel, des flüssigen Kunststoffs und einen Teil der Angussplatte, wobei die Kavität ungefähr zur Hälfte mit dem flüssigen Kunststoff gefüllt ist;
Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2a der Spritzgussmaschine mit der Auswerferplatte, dem Trägerelement, der Einschubeinrichtung, der Angussplatte, dem Faserbündel und dem flüssigen Kunststoff in einem zusammengefügten Zustand, wobei die Kavität ungefähr zur Hälfte mit dem flüssigen Kunststoff gefüllt ist;
eine Detailansicht auf einen Teil der Auswerferplatte, einen Teil des Einschubelements, das Faserbündel, einen Teil des flüssigen Kunststoffs und einen Teil der Angussplatte, wobei die Kavität ungefähr zur Hälfte mit dem flüssigen Kunststoff gefüllt ist;
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2a des Werkzeugs mit der Auswerferplatte, dem Trägerelement, der Einschubeinrichtung, der Angussplatte, dem Faserbündel und dem flüssigen Kunststoff in einem zusammengefügten Zustand;
eine Detailansicht auf einen Teil der Auswerferplatte, einen Teil des Einschubelements, das Faserbündel, einen Teil des flüssigen Kunststoffs und einen Teil der Angussplatte; und
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2a des Werkzeugs mit der Auswerferplatte, dem Trägerelement, der Einschubeinrichtung, der Angussplatte, dem Faserbündel und dem ausgehärteten Kunststoff in einem geöffneten Zustand.
Ausführungsbeispiele:
Fig. 1 zeigt eine Spritzgussmaschine 1 mit einem Spritzgusswerkzeug 2. Das Spritzgusswerkzeug 2 enthält im Wesentlichen eine erste Aufspannplatte 3 mit einer Auswerferplatte 4, eine zweite Aufspannplatte 5 mit einer Angussplatte 6, eine Einschubeinrichtung 7 und ein Trägerelement 8.
Fig. 2a und 2b zeigen eine schematische Darstellung des Spritzgusswerkzeugs 2 zur Herstellung von Kunststoffbauteilen.
Das Spritzgusswerkzeug 2 kann auch als Werkzeug für eine Spritzgussmaschine bezeichnet werden. Bei den Kunststoffbauteilen kann es sich um Bauteile, wie z.B. Gehäusekomponenten von Werkzeugmaschinen, handeln.
Die Auswerferplatte 4, wie in 2b gezeigt, ist im Wesentlichen als rechteckiger Block ausgebildet und enthält eine Einschuböffnung 9 und einen Faserkanal 10. In Fig. 2a ist die Angussplatte 6 mit einem Zentrierflansch Z gezeigt.
Die Einschuböffnung 9 ist im Wesentlichen rechteckig ausgestaltet und erstreckt sich in Richtung B in der Auswerferplatte 4. In die Einschuböffnung 9 kann das Trägerelement 8 eingeführt werden. Das Trägerelement 8 weist eine gewisse Spielpassung auf, wenn es sich in der Einschuböffnung 9 befindet.
Das Trägerelement 8 ist im Wesentlichen als rechteckiger Block ausgestaltet. An einem vorderen Ende 8a enthält das Trägerelement 8 eine Durchgangsbohrung 11 zur Aufnahme wenigstens eines Faserbündels 12. Um die Durchgangsbohrung 1 1 herum sind Heizelemente 13 in Form eines Heizdrahtes positioniert (vgl. Fig. 3). Die Heizelemente 13 dienen zum Erwärmen bzw. Erhitzen des Faserbündels 12 in der Durchgangsbohrung 11. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 11 ist kreisrund und beträgt 2 bis 3 mm. Die Durchgangsbohrung 11 ist in Richtung C ca. 22 mm lang. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Durchgangsbohrung 1 1 einen kreisrunden Durchmesser von 2,5 mm. Bei dem Faserbündel 12 handelt es sich um ein Bündel aus Kohlenstofffasern mit einer thermoplastischen Matrix. Jede Faser des Faserbündels 12 ist ca. 20 mm lang. Die Faser des Faserbündels 12 ist dabei ungefähr 5 bis 10% kürzer als die Länge der Durchgangsbohrung 1 1. Der Durchmesser des Faserbündels 12 ist kreisrund, beträgt ca. 2 bis 3 mm und ist an den Durchmesser der Durchgangsbohrung 11 angepasst. Mit anderen Worten: der Durchmesser des Faserbündels 12 ist stets kleiner als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 11 . Der Durchmesser des Faserbündels 12 muss jedoch nicht zwangsläufig kreisrund sein, sondern kann auch einen rechteckigen bzw. quadratischen Durchmesser aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass ein anderer Werkstoff als Kohlenstoff verwendet wird, wie z.B. Glas oder Aramide. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Fasern länger oder auch kürzer als 22 mm sind. Wie in Fig. 2b gezeigt erstreckt sich die Durchgangsöffnung 1 1 in Richtung A durch das Trägerelement 8. Der Faserkanal 10 erstreckt sich entlang der gesamten Breite der Auswerferplatte 4 und entgegen der Richtung A. Der zylindrische Faserkanal 10 dient dazu, ein Faserbündel 12 durch die Auswerferplatte 4 und bis zu einer Kavität 14 zu bringen. Die Kavität 14 befindet sich zwischen der Auswerferplatte 4 und der Angussplatte 6, wenn sich die Auswerferplatte 4 und die Angussplatte 6 in einem zusammengefügten Zustand befinden (vgl. Fig. 2b).
Die Einschuböffnung 9 und der Faserkanal 10 kreuzen sich so, dass sich die Durchgangsbohrung 1 1 des Trägerelements 8 in einer Flucht mit dem Faserkanal 10 bzw. die Durchgangsbohrung 11 in der Mitte der Querschnittsfläche des Faserkanals 10 befindet, wenn sich das Trägerelement 8 bis zum Anschlag in der Einschuböffnung 9 befindet (vgl. Fig. 4).
Die Einschubeinrichtung 7 enthält ein zylindrisches Einschubelement 15. Das Einschubelement 15 kann auch als Stift bezeichnet werden. An einem freien Ende des Einschubelements 15 befindet sich ein Anschlag 15a. Die Querschnittsfläche des Einschubelements 15 entspricht im Wesentlichen einer Querschnittsfläche des Faserkanals 10, sodass das Einschubelement 15 in dem Faserkanal 10 reversibel bewegbar ist und ein in dem Faserkanal 10 befindliches Faserbündel 12 von dem Einschubelement 15 durch den Faserkanal 10 und in die Kavität 14 transportierbar ist.
Die Angussplatte 6 ist im Wesentlichen als rechteckiger Block ausgebildet und enthält einen Angusskanal 16 sowie eine Kavitätsaussparung 17. Des Weiteren ist der Zentrierflansch Z an einer Seite der Angussplatte 6 vorgesehen. Der Zentrierflansch Z dient dazu die Angussplatte 6 in einer bestimmten Ausrichtung und Anordnung zur Spritzgussmaschine 1 zu positionieren. Durch den Angusskanal 16 kann flüssiger Kunststoff durch die Angussplatte 16 zu der Kavitätsaussparung 17 und damit zu der Kavität 14, die sich zwischen der Auswerferplatte 4 und der Angussplatte 6 in einem zusammengefügten Zustand befindet, gelangen.
S p ritzq uss ve rf a h re n :
Für den Herstellungsprozess von Bauteilen in dem Spritzgussverfahren werden zunächst die Auswerferplatte 4 und die Angussplatte 6 so zusammengebracht, dass sich die Kavität 14 zwischen der Auswerferplatte 4 und Angussplatte 6 bildet. Die Auswerferplatte 4 wird dazu in Richtung C bewegt (vgl. Fig. 2a und 2b).
Das Trägerelement 8 befindet sich entgegen der Richtung B außerhalb der Einschuböffnung. In die Durchgangsbohrung 1 1 des Trägerelements 8 wird ein Faserbündel 12 positioniert (vgl. Fig. 3). Die Fasern des Faserbündels 12 sind leicht gewellt und nicht komplett gestreckt, wenn sich die Fasern in der Durchgangsbohrung 1 1 des Trägerelements 8 befinden.
Das Einschubelement 15 befindet sich so weit in Richtung A, dass das Einschubelement 15 nicht in die Einschuböffnung 9 ragt.
Mit Hilfe der Heizelemente 13 wird das Faserbündel 12 in dem Trägerelement 8 erwärmt bzw. erhitzt.
Als nächstes wird das Trägerelement 8 zusammen mit dem Faserbündel 12 in der Durchgangsbohrung 1 1 bis zum Anschlag in die Einschuböffnung 9 geschoben, sodass das Faserbündel 12 in der Durchgangsbohrung 1 1 in der Mitte des Faserkanals 10 positioniert ist (vgl. Fig. 4). Der flüssige Kunststoff K wird jedoch erst in den Angusskanal 16 eingeführt, wenn sich das Faserbündel 12 an der Kavität 14 befindet (vgl. Fig. 6). Der Kunststoff K wird erwärmt, um flüssig zu sein. Die Vorrichtung 18 zum Einführen des flüssigen Kunststoffs ist in Figur 1 gezeigt. Das Einschubelement 8 wird in Richtung C bewegt, sodass das Ende 8a des Einschubelements 8 schließlich an dem Faserbündel 12 anliegt (vgl. Fig. 4 und 5).
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird das Faserbündel 12 entlang dem Faserkanal 10 in Richtung C zu der Kavität 14 geschoben. Der flüssige Kunststoff K hat nun die Kavität 14 zur Hälfte gefüllt. Der flüssige Kunststoff K strömt weiter in Richtung A und in Richtung D. Je nach dem wo die Fasern des Faserbündels 12 schließlich in dem Kunststoff K positioniert sein sollen, verändert sich der Zeitpunkt des Einfließens des flüssigen Kunststoffs K. Um die Fasern weiter vorn in Richtung C in dem Kunststoff K des Bauteils zu positionieren, werden die Fasern bereits in die Kavität 14 gebracht, wenn sich noch wenig flüssiger Kunststoff K in der Kavität 14 befindet. Um die Fasern weiter hinten entgegen der Richtung C in dem Kunststoff K des Bauteils zu positionieren, werden die Fasern erst in die Kavität 14 gebracht, wenn sich schon mehr flüssiger Kunststoff K in der Kavität 14 befindet.
Wie in Fig. 7 dargestellt treffen schließlich die Enden der Fasern auf den flüssigen Kunststoff K in der Kavität 14, wobei sich der flüssige Kunststoff K weiter in Richtung A und D bewegt. Das Einschubelement 8 drückt das Faserbündel 12 weiter in Richtung C.
Die einzelnen Fasern des Faserbündels 12 werden schließlich von dem flüssigen Kunststoff K mitgezogen, wenn sich der flüssige Kunststoff K weiter in Richtung D und die Fasern in einem Bogen Richtung E bewegen. Das Einschubelement 8 bewegt sich weiterhin in Richtung C (vgl. Fig. 8).
Schließlich sind die Fasern des Faserbündels 12 vollständig von dem flüssigen Kunststoff K erfasst und in die Kavität 14 gezogen worden. Der flüssige Kunststoff K bewegt sich weiterhin in Richtung A und D. Durch den weiterhin fließenden bzw. strömenden flüssigen Kunststoff K werden die Fasern des Faserbündels 12 in dem flüssigen Kunststoff K positioniert. Das Einschubelement 8 ist nun vollständig, d.h. bis der Anschlag an die Auswerferplatte 4 angrenzt, in dem Faserkanal 10 eingeführt (vgl. Fig. 10). Es ist jedoch auch möglich, dass die Fasern des Faserbündels 12 flüssigen Kunststoff K in der Kavität 14 verdrängen und sich so in einen Bereich der Kavität 14 bewegen, in dem noch kein flüssiger Kunststoff K vorhanden ist.
Es ist des Weiteren auch möglich, dass das Faserbündel 12 erst dann in die Kavität 14 eingeschoben wird, wenn die Kavität 14 fast vollständig mit dem flüssigen Kunststoff K gefüllt ist und nur noch das Volumen des Faserbündels 12 zur vollständigen Füllung der Kavität 14 in die Kavität 14 eingeschoben werden kann. Das Restvolumen der Kavität 14 bis zur vollständigen Füllung entspricht dabei dem Volumen des Faserbündels 12.
Wenn der flüssige Kunststoff K die Kavität 14 vollständig ausfüllt, bewegt sich der Kunststoff K nicht mehr und die Fasern sind an der Endposition angelangt (vgl. Fig. 1 1 ). Um die Endposition der Fasern zu steuern, kann die Position des Faserkanals 10 in der Auswerferplatte 4 variiert werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der Zeitpunkt ab wann das Einschubelement 8 das Faserbündel 12 durch den Faserkanal 10 zu der Kavität 14 schiebt, die Geschwindigkeit des Faserbündels 12 in dem Faserkanal 10 und/oder des flüssigen Kunststoffs K in der Kavität 14 oder der Durchmesser des Faserbündels 12 variiert wird.
Es ist zu beachten, dass die Fasern nicht vollständig gestreckt sind, wenn sich diese in dem flüssigen Kunststoff K und in der Endposition befinden.
Nachdem der Kunststoff K abgekühlt und ausgehärtet ist, werden die Auswerferplatte 4 und die Angussplatte 6 wieder voneinander getrennt. Hierzu wird die Auswerferplatte 4 in Richtung A bewegt. Die Kavität 14 zwischen der Auswerferplatte 4 und der Angussplatte 6 wird freigelegt und das im Spritzgussverfahren hergestellt Bauteil kann durch Schwenken in Richtung F und Ziehen in Richtung C aus der Auswerferplatte 4 genommen werden (vgl. Fig. 12).

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Verwenden eines Spritzgusswerkzeugs (2) zur Herstellung von Kunststoffbauteilen, insbesondere Bauteile von Werkzeugmaschinen, wobei das Spritzgusswerkzeug (2) wenigstens eine Angussplatte (6), eine Einschubeinrichtung (8) sowie eine Auswerferplatte (4) enthält und wobei zwischen der Angussplatte (6) und der Auswerferplatte (4) wenigstens eine Kavität (14) vorgesehen ist, wenn sich die Angussplatte (6) und die Auswerferplatte (4) in einem zusammengefügten Zustand befinden, und die Auswerferplatte (4) wenigstens einen Faserkanal (10) enthält, durch den mit Hilfe der Einschubeinrichtung (8) zumindest ein Faserbündel (12) mit einer thermoplastischen Matrix entlang wenigstens eines Teils der Angussplatte (6) zu der Kavität (14) transportierbar ist,
gekennzeichnet mit den Verfahrensschritten,
- Zusammenführen der Angussplatte (6) und der Auswerferplatte (4),
- Erwärmen des wenigstens einen Faserbündels (12) zusammen mit der thermoplastischen Matrix,
- Positionieren des wenigstens einen Faserbündels (12) an der Kavität (14) mit Hilfe der Einschubeinrichtung (7),
- Einleiten eines flüssigen Kunststoffs (K) in die Kavität (14) durch wenigstens einen Angusskanal (16) der Angussplatte (6), und
- Einleiten des wenigstens einen Faserbündels (12) in die Kavität (14), sodass das Faserbündel (12) durch den Strom des flüssigen Kunststoffs (K) in der Kavität (14) positioniert wird.
Spritzgusswerkzeug (2) zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgusswerkzeug (2) wenigstens eine Angussplatte (6) sowie eine Auswerferplatte (4) enthält und wobei zwischen der Angussplatte (6) und der Auswerferplatte (4) wenigstens eine Kavität (14) vorgesehen ist, wenn sich die Angussplatte (6) und die Auswerferplatte (4) in einem zusammengefügten Zustand befinden, und die Auswerferplatte (4) wenigstens einen Faserkanal (10) enthält, durch den zumindest ein Faserbündel (12) entlang wenigstens eines Teils der Angussplatte (6) zu der Kavität (14) transportierbar ist. Spritzgusswerkzeug (2) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschubeinrichtung (7) mit einem zylindrischen Einschubelement (15) vorgesehen ist, wobei die Querschnittsfläche des Einschubelements (15) im Wesentlichen einer Querschnittsfläche des Faserkanals (10) entspricht, sodass das Einschubelement (15) in dem Faserkanal (10) reversibel bewegbar ist und ein in dem Faserkanal (10) befindliches Faserbündel (12) von dem Einschubelement (15) durch den Faserkanal (10) und in die Kavität (14) transportierbar ist.
Spritzgusswerkzeug (2) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerferplatte (4) wenigstens ein Trägerelement (8) mit einer Durchgangsbohrung (1 1 ) zur Aufnahme wenigstens eines Faserbündels (12) enthält, wobei das Trägerelement (8) zusammen mit dem Faserbündel (12) in der Durchgangsbohrung (11 ) so in die Auswerferplatte (4) einführbar ist, dass das Faserbündel (12) in dem Faserkanal (10) positioniert ist, wobei das Trägerelement (8) wenigstens ein Heizelement (13) zum Erwärmen eines in dem Trägerelement (8) positionierten Faserbündels (12) enthält.
Kunststoffbauteile, insbesondere Bauteile von Werkzeugmaschinen, hergestellt in dem Verfahren nach Anspruch 1.
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