WO2014202053A1 - Bauteil für eine spritzgiessmaschine oder eine spritzgiessform - Google Patents

Bauteil für eine spritzgiessmaschine oder eine spritzgiessform Download PDF

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WO2014202053A1
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injection molding
ceramic coating
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casting compound
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Werner Schütze
Alexander Slaza
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Phitea GmbH
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    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation

Definitions

  • the invention relates to a component for an injection molding machine or an injection mold and a method for producing such a component. Furthermore, the invention relates to an injection molding machine having at least one such component and to an injection mold having at least one such component.
  • Injection molding machines and injection molds are used to produce a wide variety of moldings.
  • a casting compound is injected via at least one injection unit of an injection molding machine into at least one cavity of an injection mold.
  • the object of the invention is to extend the service life of injection molding or injection molds significantly over conventional service life and thus ensure a more cost-effective operation of injection molding or injection molds.
  • a component according to claim 1 an injection molding machine according to claim 8, an injection mold according to claim 9 and by a method according to claim 10.
  • a component for an injection molding machine or an injection mold is proposed, which during an injection molding at least partially comes into direct contact with the casting compound used, characterized by a base body made of metal and arranged on the base body, multilayer ceramic coating, wherein the ceramic coating is arranged on the side of the base body, which faces the casting compound during an injection molding process.
  • the component according to the invention comes into contact with the molding compound used in each case exclusively via its ceramic coating.
  • a ceramic coating is significantly less friction and less wear than metallic surfaces of conventional components formed. This results in the ceramic coating even with the use of highly abrasive, for example, glass-containing, casting compounds to a significantly lower abrasion.
  • the service life of an injection molding machine or injection mold equipped with one or more components according to the invention is considerably longer than conventional injection molding machines or injection molds, in particular at least doubled, so that an injection molding machine or injection mold equipped according to the invention can be operated significantly more cost-effectively.
  • the main body made of metal can be formed in the new production of an injection molding machine or an injection mold. Furthermore, it is possible to use as basic body a metallic component of an already existing injection molding machine or injection mold. In the latter case, retrofitting of already existing components of injection molding machines or injection molds with the ceramic coating thus takes place. Such retrofitting makes possible the cost-effective reuse of the components of existing injection molding machines or injection molds. If corresponding components of injection molding machines or injection molds were made entirely of a ceramic material, retrofitting existing injection molding machines or injection molds would no longer be considered. Already existing injection molding machines or injection molds would have therefore be partially or completely replaced. In addition, new processes for the production of all-ceramic components would have to be created. Both are associated with a not inconsiderable expense that can be circumvented in the use of at least one component according to the invention.
  • the reduction of the friction between the casting compound used in each case and the ceramic coating also has the advantage that the energy required for carrying out an injection molding process energy is reduced, which also has a favorable effect on the cost-effectiveness of the operation of a correspondingly equipped injection molding or injection mold.
  • use of the component according to the invention can be carried out at use temperatures of up to about 1000 ° C., which is not possible with conventional components made of hardened steel.
  • the ceramic coating may also be composed of three or more layers.
  • the layers may differ from one another in the nature of the materials used to make them. As a result, the properties of the ceramic layers can be optimally adapted to the respective application.
  • the ceramic layers tungsten carbide, molybdenum sulfide, cubic boron nitride, boron carbide and / or tetrahedral amorphous carbon (taC). These materials have been found to be particularly suitable for the production of the ceramic coating, in particular in each of the above-mentioned respects.
  • the ceramic coating has layer thicknesses of between 20 and 200 nanometers, preferably between 30 and 150 nanometers.
  • the coating is composed of at least 3 layers, one of which has tungsten carbide or molybdenum sulfide.
  • one layer contains tungsten carbide and another contains molybdenum sulfide.
  • a first layer on the main body of the component taC and tungsten carbide has a layer thickness of 80 to 120 nanometers.
  • at least the outer layers facing the injection-molding compound have a layer thickness of from 20 to 60 nanometers, of which at least one contains taC and molybdenum sulfide.
  • the outer layers are thinner than the layer (s) facing the base material.
  • the coating is composed of more than 10 layers and preferably contains an outer layer facing the injection-molding composition taC, an underlying layer of taC and molybdenum sulfide.
  • a layer facing the base material preferably contains tungsten carbide, which layer is preferably thicker than the outside. Due to the multi-layer coating, it has been found that the cracking that occurs, for example, when using the material by abrasion, leads to a crack branching which avoids a failure of the component.
  • the ceramic coating has a hardness of about 4000 to about 10000 HV (Vickers hardness), preferably of about 5000 HV.
  • Such degrees of hardness can not be achieved with metallic surfaces of components of conventional injection molding machines or injection molds.
  • Such high degrees of hardness are associated with a high resistance to abrasion.
  • the casting material facing side of the ceramic coating has a coefficient of friction of about 0.05 to about 0.2, preferably about 0.1. Also such low friction coefficients are not attainable with metallic surfaces of components of conventional injection molding machines or injection molds. Due to the low friction coefficients, an injection molding machine or injection mold equipped with a correspondingly formed component can be operated much more energy-efficiently.
  • a friction-reducing structuring is formed on the surface of the ceramic coating facing the casting compound.
  • this surface of the ceramic coating can be made even less friction.
  • a friction-reducing structuring for example, a ripple structure or a peg-shaped structure can be used. It has surprisingly been found that such a structuring of the surface considerably reduces the friction between the ceramic coating and the molding compound used in each case.
  • a ripple structure may be V-shaped. But even an interrupted double ripple structure or a simple ripple structure can be configured in a V-shape.
  • the structuring also particularly preferably exposes a layer located below the uppermost layer and, moreover, structuring also liberates the constituents contained in this layer, such as, for example, introduced molybdenum sulfide.
  • the structuring depth is preferably designed so that at least one, preferably two or more layers lying below the outer layer are partially exposed. It has been shown that the material properties of different layers can be optimally combined by this special type of structuring. According to a particular embodiment and in particular in the case of a layer with taC, structuring with cone-shaped bulges has proved to be particularly advantageous.
  • lobes preferably have a diameter of 1 to 40 microns, as this both reduces the friction, and improves the separation behavior.
  • a track width of preferably 300 to 400 nanometers has proven to be particularly advantageous.
  • the plan is to structure below 10 nanometers, for smooth surfaces of less than 100 nanometers, low friction surfaces below 1 micron, and a surface with good release ratios below 10 microns.
  • layer sequences are repeated and, more preferably, patterned after each sequence of differently composed layers. As a result, even when the layers or a sequence of layers wear over a long period of time, the positive property of the coating is retained since the next sequence of layers takes over the task of the worn-out sequence.
  • the layers are particularly preferably applied at below 100 ° C., preferably below 90 ° C. As a result, the degree of hardness of the substrate material is maintained, which has proven to be advantageous. From the prior art, the coating is usually carried out at 350 to 400 ° C.
  • Claim 8 proposes an injection molding machine having at least one component which, during an injection molding process, at least partially comes into direct contact with the casting compound used, characterized in that the component is designed in accordance with one of the aforementioned embodiments or any combination thereof. This is associated with the advantages mentioned above with respect to the component.
  • Claim 9 proposes an injection mold with at least one component which, during an injection molding process, at least partially comes into direct contact with the casting compound used, characterized in that the component is designed according to one of the aforementioned embodiments or any combination thereof. This is associated with the advantages mentioned above with respect to the component.
  • the basic body can be made new.
  • an already existing metallic component of an injection molding machine or injection mold can be used as the main body.
  • the ceramic coating may be applied to the body by a coating using the PLD process.
  • the ceramic coating can be arranged in successive steps by the application of individual sub-layers, for example, with layer thicknesses of about 50 to 100 nanometers, to the base body.
  • a relaxation phase is preferably carried out. As a result, a firm hold of the individual sub-layers is ensured on the material of the respective underlying layer or the base body.
  • tungsten carbide, molybdenum sulfide and / or cubic boron nitride, boron carbide and / or taC is preferably used.
  • a further advantageous embodiment provides that at least partially a friction-reducing structuring is formed on the surface of the ceramic coating facing the casting compound. This can be done for example by laser ablation. For this purpose, a femtosecond laser can be used. It has been shown that thereby causing characteristic formation of the Surface is particularly well suited and has particularly advantageous benefits described.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a component according to the invention
  • Figure 2 is a schematic and perspective view of another
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of that shown in FIG.
  • Figure 4 is a schematic plan view of a further embodiment of an inventive component.
  • Figure 5 is a schematic representation of a structuring with peg-shaped
  • Figure 1 shows a detail of a schematic representation of an embodiment of an inventive component 1 for an injection molding machine, not shown, or an injection mold, not shown, which comes during an injection molding at least partially in direct contact with the respective casting material used.
  • the component 1 has a basic body 2 made of metal and a ceramic coating 3 arranged on one body and arranged on the basic body 2.
  • the ceramic coating 3 is on the side of the Base body 2 is arranged, which faces the casting compound during an injection molding process.
  • the ceramic coating 3 is formed of diamond-like amorphous carbon and has a layer thickness of 1, 5 microns and a hardness of 3000 HV.
  • the casting compound during an injection molding facing side 4 of the ceramic coating 3 has a coefficient of friction of 0.1.
  • a friction-reducing structuring 5 in the form of a ripple structure is formed on the surface 4 of the ceramic coating 3 facing the casting compound during an injection molding process.
  • Figure 2 shows a schematic and perspective view of another embodiment of an inventive component 1 in the neck.
  • the surface 4 of the ceramic coating 3 has a friction-reducing structuring 5 in the form of a double-ripple structure.
  • the track width S for the rib structure is between 100 and 800 nanometers, preferably between 250 and 600 nanometers, and particularly preferably between 300 and 500 nanometers.
  • the two layers lying below the outermost layer are partially exposed and the functional substances present in these layers, such as, for example, molybdenum sulfide, are also accessible.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the exemplary embodiment shown in FIG. 2 along the section line II-II shown in FIG.
  • the edge angle ⁇ of the double ripple structure is about 30 °.
  • Figure 4 shows a schematic plan view of a further embodiment of an inventive component 1 in a cutout.
  • the surface 4 of the ceramic coating 3 has a friction-reducing structure 5 in the form of an interrupted double-ripple structure.
  • the mountains B and the valleys T are V-shaped at an angle ⁇ of 90 ° toward each other and meet.
  • a ripple substructure is formed by a mountain B and two valleys T.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a structuring with peg-shaped bulges.
  • the pins have a diameter of about 20 to 30 microns. Even with this structuring, at least the layer lying directly under the outermost layer with its functional substances is partially exposed.
  • the surface has different properties.
  • a pin diameter of 20 to 30 microns tends to be hydrophobic and therefore also has an advantageous effect on separation processes of materials such. B. during an injection molding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (1) für eine Spritzgießmaschine oder eine Spritzgießform, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (2) aus Metall und eine an dem Grundkörper (2) angeordnete, mehrschichtig aufgebaute keramische Beschichtung (3), wobei die keramische Beschichtung (3) auf der Seite des Grundkörpers (2) angeordnet ist, die während eines Spritzgießprozesses der Gießmasse zugewandt ist.

Description

Titel: Bauteil für eine Spritzgießmaschine oder eine Spritzgießform Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Spritzgießmaschine oder eine Spritzgießform und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine wenigstens ein solches Bauteil aufweisende Spritzgießmaschine und eine wenigstens ein solches Bauteil aufweisende Spritzgießform.
Spritzgießmaschinen und Spritzgießformen werden zur Herstellung verschiedenster Formkörper eingesetzt. Bei dieser Herstellung wird eine Gießmasse über wenigstens eine Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine in zumindest eine Kavität einer Spritzgießform eingespritzt.
Bauteile von Spritzgießmaschinen oder Spritzgießformen, die während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommen, sind herkömmlich aus gehärtetem Stahl gebildet. Je nach dem Grad der Abrasivität der jeweilig eingesetzten Gießmasse, kommt es zu einem mehr oder weniger starken Abrieb und Verschleiß an diesen Bauteilen von Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen. Folglich wird die Standzeit herkömmlicher Spritzgießmaschinen bzw. herkömmlicher Spritzgießformen bei Verwendung von stark abrasiven Gießmassen deutlich verkürzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Standzeiten von Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen deutlich gegenüber herkömmlichen Standzeiten zu verlängern und somit einen kosteneffektiveren Betrieb von Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil gemäß Anspruch 1 , eine Spritzgießmaschine gemäß Anspruch 8, eine Spritzgießform gemäß Anspruch 9 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Mit Anspruch 1 wird ein Bauteil für eine Spritzgießmaschine oder eine Spritzgießform vorgeschlagen, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, gekennzeichnet durch einen Grundkörper aus Metall und eine an dem Grundkörper angeordnete, mehrschichtig aufgebaute keramische Beschichtung, wobei die keramische Beschichtung auf der Seite des Grundkörpers angeordnet ist, die während eines Spritzgießprozesses der Gießmasse zugewandt ist.
Das erfindungsgemäße Bauteil kommt während eines Spritzgießprozesses ausschließlich über seine keramische Beschichtung in Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse. Eine keramische Beschichtung ist deutlich reibungsärmer und verschleißärmer als metallische Oberflächen herkömmlicher Bauteile ausgebildet. Hierdurch kommt es an der keramischen Beschichtung selbst bei dem Einsatz von hochabrasiven, beispielsweise Glas enthaltenden, Gießmassen zu einer deutlich geringeren Abrasion. Hierdurch wird die Standzeit einer mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Bauteilen ausgestatteten Spritzgießmaschine bzw. Spritzgießform deutlich gegenüber herkömmlichen Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen verlängert, insbesondere mindestens verdoppelt, so dass eine erfindungsgemäß ausgestattete Spritzgießmaschine bzw. Spritzgießform deutlich kosteneffektiver betreibbar ist.
Der Grundkörper aus Metall kann bei der Neuherstellung einer Spritzgießmaschine bzw. einer Spritzgießform ausgebildet werden. Des Weiteren ist es möglich, als Grundkörper eine metallische Komponente einer bereits vorhandenen Spritzgießmaschine bzw. Spritzgießform zu verwenden. In letzterem Fall erfolgt somit eine Nachrüstung bereits vorhandener Bauteile von Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen mit der keramischen Beschichtung. Eine solche Nachrüstung macht die kostengünstige Weiterverwendung der Komponenten von bereits vorhandenen Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen möglich. Würden entsprechende Bauteile von Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen vollständig aus einem keramischen Werkstoff hergestellt, würde eine Nachrüstung von bereits vorhandenen Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen nicht mehr in Frage kommen. Bereits vorhandene Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen müssten daher teilweise oder vollständig ersetzt werden. Zudem müssten neue Verfahren zur Herstellung von vollkeramischen Bauteilen geschaffen werden. Beides ist mit einem nicht unerheblichen Kostenaufwand verbunden, der bei dem Einsatz von wenigstens einem erfindungsgemäßen Bauteil umgangen werden kann.
Die Verringerung der Reibung zwischen der jeweilig verwendeten Gießmasse und der keramischen Beschichtung hat zudem den Vorteil, dass der für die Durchführung eines Spritzgießprozesses erforderliche Energiebedarf reduziert wird, was sich ebenfalls günstig auf die Kosteneffektivität des Betriebs einer entsprechend ausgestatteten Spritzgießmaschine bzw. Spritzgießform auswirkt.
Des Weiteren kann durch eine geeignete Auslegung der keramischen Beschichtung ein Einsatz des erfindungsgemäßen Bauteils bei Einsatztemperaturen von bis zu etwa 1000° C erfolgen, was mit herkömmlichen Bauteilen aus gehärtetem Stahl nicht möglich ist.
Die keramische Beschichtung kann auch aus drei oder mehr Schichten aufgebaut sein. Die Schichten können sich durch die Art der für ihre Herstellung verwendeten Werkstoffe voneinander unterscheiden. Hierdurch lassen sich die Eigenschaften der keramischen Schichten optimal an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die keramischen Schichten Wolframcarbid, Molybdänsulfid, kubisches Bornitrid, Borcarbid und/oder tetraedisch amorphen Kohlenstoff (taC) auf. Diese Werkstoffe habe sich insbesondere in jeder der oben genannten Hinsichten als besonders geeignet für die Herstellung der keramischen Beschichtung gezeigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die keramische Beschichtung Schichtdicken von zwischen 20 und 200 Nanometern, vorzugsweise zwischen 30 und 150 Nanometern auf. Durch die Anordnung derartiger keramischer Beschichtungen an einer Komponente einer herkömmlichen Spritzgießmaschine bzw. Spritzgießform zur Ausbildung einer Baueinheit im vorliegenden Sinne wird die Dimensionierung der Komponente nur unwesentlich verändert, so dass die Komponente in gleichem Maße einsetzbar bleibt, jedoch reibungsärmer und verschleißärmer ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist die Beschichtung aus wenigstens 3 Schichten aufgebaut, von denen eine Wolframcarbid oder Molybdänsulfid aufweist. Bevorzugt enthält eine Schicht Wolframcarbid und eine weitere enthält Molybdänsulfid.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält eine erste Schicht auf dem Grundkörper des Bauteils taC und Wolframcarbid und hat eine Schichtdicke von 80 bis 120 Nanometern. Vorzugsweise haben wenigsten die äußeren, der Spritzgießmasse zugewandten Schichten, eine Schichtdicke von 20 bis 60 Nanometern, von denen wenigsten eine taC und Molybdänsulfid enthält. Vorzugsweise sind also die äußeren Schichten dünner, als die dem Grundmaterial zugewandte(n) Schicht(en).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung aus mehr als 10 Schichten aufgebaut und bevorzugt enthält eine der Spritzgießmasse zugewandte äußere Schicht taC, eine darunter liegende Schicht aus taC und Molybdänsulfid. Eine dem Grundmaterial zugewandte Schicht enthält bevorzugt Wolframcarbid, wobei diese Schicht bevorzugt dicker ist, als die Äußeren. Durch die Multi-Layer- Beschichtung hat sich herausgestellt, dass es bei der Rissbildung, die beispielsweise bei der Verwendung des Materials durch Abrasion entsteht, zu einer Rissverzweigung kommt, welche ein Versagen des Bauteils vermeidet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die keramische Beschichtung eine Härte von etwa 4000 bis etwa 10000 HV (Vickershärte), vorzugsweise von etwa 5000 HV, aufweist. Derartige Härtegrade sind bei metallischen Oberflächen von Komponenten herkömmlicher Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen nicht erreichbar. Solch hohe Härtegrade gehen mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Abrasion einher.
Es wird weiter als vorteilhaft erachtet, wenn die der Gießmasse zugewandte Seite der keramischen Beschichtung einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,05 bis etwa 0,2, vorzugsweise etwa 0,1 , aufweist. Auch solch niedrige Reibungskoeffizienten sind bei metallischen Oberflächen von Komponenten herkömmlicher Spritzgießmaschinen bzw. Spritzgießformen nicht erreichbar. Durch die geringen Reibungskoeffizienten ist eine mit einem entsprechend ausgebildeten Bauteil ausgestattete Spritzgießmaschine bzw. Spritzgießform deutlich energieeffizienter betreibbar.
Ferner wird vorgeschlagen, dass an der der Gießmasse zugewandten Oberfläche der keramischen Beschichtung zumindest teilweise eine reibungsmindernde Strukturierung ausgebildet ist. Hierdurch kann diese Oberfläche der keramischen Beschichtung noch reibungsärmer ausgebildet werden. Als reibungsmindernde Strukturierung kommt beispielsweise eine Ripple-Struktur oder eine zapfenförmige Strukurierung in Frage. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass eine solche Strukturierung der Oberfläche die Reibung zwischen der keramischen Beschichtung und der jeweilig verwendeten Gießmasse erheblich verringert. Als Struktur können unterschiedliche Ausführungsformen einer Ripple-Struktur, einer Riffle Struktur, einer Doppelripple-Struktur, einer unterbrochenen Doppelripple-Struktur oder eine Strukturierung mit zapfenförmigen Ausbuchtungen vorgesehen sein. Eine Doppelripple-Struktur kann v-förmig ausgebildet sein. Aber auch eine unterbrochene Doppelripple-Struktur oder eine einfache Ripple-Struktur kann v-förmig ausgestaltet sein. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch die Kantenerosion wesentlich verringert wird und auf die ganze Form ausgedehnt bleiben und keine Rückstände in der Form verbleiben. Besonders bevorzugt legt die Strukturierung aber auch eine unter der obersten Schicht liegende Schicht frei und darüber hinaus legt eine Strukturierung auch die in dieser Schicht enthaltenen Bestandteile, wie z.B. eingebrachtes Molybdänsulfid frei. Bevorzugt ist die Strukturierungstiefe so ausgebildet, dass wenigstens ein, bevorzugt zwei oder mehr unter der äußeren Schicht liegende Schichten teilweise freigelegt werden. Es hat sich gezeigt, dass durch diese spezielle Art der Strukturierung die Materialeigenschaften unterschiedlicher Schichten optimal kombiniert werden können. Gemäß einer besonderen Ausführungsform und insbesondere bei einer Schicht mit taC hat sich eine Strukturierung mit zapfenförmigen Ausbuchtungen besonders vorteilhaft erwiesen. Diese Ausbuchtungen haben bevorzugt einen Durchmesser von 1 bis 40 Mikrometern, da hierdurch sowohl die Reibung mindert, als auch das Ablöseverhalten verbessert. Für Ripplestrukturen hat sich eine Spurbreite von vorzugsweise 300 bis 400 Nanometern als besonders vorteilhaft herausgestellt. Für spiegelnde Eigenschaften ist vorgesehen, eine Strukturierung von unter 10 Nanometern vorzunehmen, für glatte Oberflächen von unter 100 Nanometern, reibungsarme Oberflächen unter 1 Mikometer und eine Oberfläche mit guten Ablöseverhältnissen unter 10 Mikrometer.
Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mehr als 10 Schichten zum Einsatz kommen, ist auch nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass sich Schichtabfolgen wiederholen und besonders bevorzugt nach jeder Abfolge der unterschiedlich zusammengesetzten Schichten strukturiert wird. Dadurch bleibt selbst bei Abnutzung der Schichten bzw. einer Abfolge von Schichten über einen langen Zeitraum die positive Eigenschaft der Beschichtung erhalten, da die nächste Abfolge von Schichten die Aufgabe der abgenutzten Abfolge übernimmt.
Besonders bevorzugt werden die Schichten bei unter 100°C bevorzugt unter 90°C aufgebracht. Dadurch wird der Härtegrad des Untergrundmaterials beibehalten, was sich als vorteilhaft herausgestellt hat. Aus dem Stand der Technik wird die Beschichtung meist bei 350 bis 400°C durchgeführt.
Mit Anspruch 8 wird eine Spritzgießmaschine mit wenigstens einem Bauteil vorgeschlagen, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in einen unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgebildet ist. Hiermit sind die oben mit Bezug auf das Bauteil genannten Vorteile verbunden.
Mit Anspruch 9 wird eine Spritzgießform mit wenigstens einem Bauteil vorgeschlagen, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in einen unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil gemäß einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben ausgebildet ist. Hiermit sind die oben mit Bezug auf das Bauteil genannten Vorteile verbunden.
Mit Anspruch 10 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für eine Spritzgießmaschine oder eine Spritzgießform vorgeschlagen, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Grundkörpers aus Metall;
Anordnen einer mehrschichtig aufgebauten keramischen Beschichtung an der Seite des Grundkörpers, die während eines Spritzgießprozesses der Gießmasse zugewandt ist
- Strukturieren der Oberfläche, sodass wenigstens eine direkt unter der äußersten Schicht liegende Schicht teilweise freigelegt wird.
Mit diesem Verfahren sind insbesondere die oben mit Bezug auf das Bauteil genannten Vorteile verbunden.
Der Grundkörper kann neu angefertigt werden. Alternativ kann eine bereits vorhandene metallische Komponente einer Spritzgießmaschine bzw. Spritzgießform als Grundkörper verwendet werden.
Die keramische Beschichtung kann durch eine Beschichtung unter Verwendung des PLD-Verfahrens, auf den Grundkörper aufgebracht werden. Hierbei kann die keramische Beschichtung in aufeinander folgenden Schritten durch das Aufbringen von einzelnen Unterschichten, beispielsweise mit Schichtdicken von etwa 50 bis 100 Nanometer, an dem Grundkörper angeordnet werden. Nach dem Aufbringen einzelner Unterschichten erfolgt vorzugsweise eine Entspannungsphase. Hierdurch wird ein fester Halt der einzelnen Unterschichten an dem Material der jeweilig darunter angeordneten Schicht bzw. dem Grundkörper sichergestellt.
Als Material zur Ausbildung der keramischen Beschichtung wird vorzugsweise Wolframcarbid, Molybdänsulfid und/ oder kubisches Bornitrid, Borcarbid und/oder taC verwendet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass an der der Gießmasse zugewandten Oberfläche der keramischen Beschichtung zumindest teilweise eine reibungsmindernde Strukturierung ausgebildet wird. Dies kann beispielsweise durch Laserablation erfolgen. Hierzu kann ein Femtosekundenlaser eingesetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch bewirkte charakteristische Ausbildung der Oberfläche sich besonders gut eignet und besonders vorteilhaft die beschriebenen Vorzüge aufweist.
Weitere Einzelheiten gehen aus den Zeichnungen anhand der folgenden Beschreibung hervor.
Dabei sollen die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Bauteil,
Figur 2 eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Bauteil,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung des in Figur 2 gezeigten
Ausführungsbeispiels entlang der Schnittlinie II-II, und
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Bauteil.
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Strukturierung mit zapfenförmigen
Ausbuchtungen.
Figur 1 zeigt im Ausschnitt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 für eine nicht dargestellte Spritzgießmaschine oder eine nicht dargestellte Spritzgießform, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt. Das Bauteil 1 weist einen Grundkörper 2 aus Metall und eine an dem Grundkörper 2 angeordnete, einschichtig aufgebaute keramische Beschichtung 3 auf. Die keramische Beschichtung 3 ist auf der Seite des Grundkörpers 2 angeordnet ist, die während eines Spritzgießprozesses der Gießmasse zugewandt ist.
Die keramische Beschichtung 3 ist aus diamantähnlichem amorphem Kohlenstoff gebildet und weist eine Schichtdicke von 1 ,5 Mikrometer und eine Härte von 3000 HV auf. Die der Gießmasse während eines Spritzgießprozesses zugewandte Seite 4 der keramischen Beschichtung 3 weist einen Reibungskoeffizienten von 0,1 auf. An der der Gießmasse während eines Spritzgießprozess zugewandten Oberfläche 4 der keramischen Beschichtung 3 ist eine reibungsmindernde Strukturierung 5 in Form einer Ripple-Struktur ausgebildet.
Figur 2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 im Ausschnitt. Die Oberfläche 4 der keramischen Beschichtung 3 weist eine reibungsmindernde Strukturierung 5 in Form einer Doppelripple-Struktur auf. Die Spurbreite S beträgt für die Rippestruktur zwischen 100 und 800 Nanometer, bevorzugt zwischen 250 und 600 Nanometern und besonders bevorzugt zwischen 300 und 500Nanometern. Dabei sind die unter der äußersten Schicht liegenden zwei Schichten teilweise freigelegt und auch die in diesen Schichten vorhandenen Funktionsstoffe wie beispielsweise Molybdänsulfid zugänglich.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiels entlang der in Figur 2 gezeigten Schnittlinie II-II. Der Kantenwinkel ß der Doppelripple-Struktur beträgt etwa 30°.
Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 in einem Ausschnitt. Die Oberfläche 4 der keramischen Beschichtung 3 weist eine reibungsmindernde Strukturierung 5 in Form einer unterbrochenen Doppelripple-Struktur auf. Bei dieser Struktur verlaufen die Berge B und die Täler T v-förmig unter einem Winkel α von 90° aufeinander zu und treffen sich. In dieser Ausführungsform ist eine Ripple-Unterstruktur durch einen Berg B und zwei Täler T gebildet. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Strukturierung mit zapfenförmigen Ausbuchtungen. Bei dieser Ausführungsform haben die Zapfen einen Durchmesser von etwa 20 bis 30 Mikrometern. Auch bei dieser Strukturierung ist zumindest die direkt unter der äußersten Schicht liegende Schicht mit Ihren Funktionsstoffen teilweise freigelegt. Je nach Zapfendurchmesser weist die Oberfläche unterschiedliche Eigenschaften auf. Ein Zapfendurchmesser von 20 bis 30 Mikrometern wirkt eher hydrophob und wirkt sich deshalb auch vorteilhaft bei Ablöseprozessen von Materialien z. B. während eines Spritzgießverfahrens aus.
Bezugszeichenliste:
1 Bauteil
2 Grundkörper
3 keramische Beschichtung
4 Oberfläche
5 reibungsmindernde Strukturierung

Claims

Ansprüche:
1. Bauteil (1) für eine Spritzgießmaschine oder eine Spritzgießform, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (2) aus Metall und eine an dem Grundkörper (2) angeordnete, mehrschichtig aufgebaute keramische Beschichtung (3), wobei die keramische Beschichtung (3) auf der Seite des Grundkörpers (2) angeordnet ist, die während eines Spritzgießprozesses der Gießmasse zugewandt ist.
2. Bauteil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der der Gießmasse zugewandten Oberfläche (4) der keramischen Beschichtung (3) zumindest teilweise eine reibungsmindernde Strukturierung (5) ausgebildet ist, welche wenigstens eine unter der äußeren Schicht liegende zweite Schicht teilweise freilegt.
3. Bauteil (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Gießmasse zugewandten Oberfläche (4) der keramischen Beschichtung (3) zumindest teilweise eine reibungsmindernde Strukturierung (5) mit einer Spurbreite zwischen 100 und 800 Nanometern ausgebildet ist.
4. Bauteil (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung (3) Wolframcarbid, Molybdänsulfid und/oder tetragonal-amorphen Kohlenstoff-taC aufweist.
5. Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Schichten (3) eine Schichtdicke von 20 bis 200 Nanometern, vorzugsweise 40 bis 100 Nanometern, aufweisen.
6. Bauteil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus wenigstens 3 Schichten aufgebaut ist, von denen eine Wolframcarbid und eine weitere Molybdänsulfid enthält und die Strukturierung eine Oberfläche schafft, bei der wenigstens 2 Schichten teilweise freigelegt sind.
7. Bauteil (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Gießmasse zugewandte Seite der keramischen Beschichtung (3) einen Reibungskoeffizienten von 0,05 bis 0,2, vorzugsweise 0,1 , aufweist.
8. Spritzgießmaschine mit wenigstens einem Bauteil (1), das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in einen unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
9. Spritzgießform mit wenigstens einem Bauteil (1), das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in einen unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (1 ) für eine Spritzgießmaschine oder eine Spritzgießform, das während eines Spritzgießprozesses wenigstens teilweise in unmittelbaren Kontakt mit der jeweilig verwendeten Gießmasse kommt, aufweisend die Schritte:
- Bereitstellen eines Grundkörpers (2) aus Metall;
- Anordnen einer mehrschichtig aufgebauten keramischen Beschichtung (3) an der Seite des Grundkörpers (2), die während eines Spritzgießprozesses der Gießmasse zugewandt ist,
- Strukturieren der Oberfläche mit einem Laser, wodurch wenigstens eine unter der äußersten Schicht angeordnete zweite Schicht teilweise freilegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Material zur Ausbildung der keramischen (3) Beschichtung Wolframcarbid, Molybdänsulfid, und/oder. taC verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung (3) unter Verwendung eines PVD- oder PLC- Verfahrens ausgebildet wird und die Beschichtung unter 100°C erfolgt.
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