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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
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Ein derartiges Verfahren ist durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Grundsätzlich lassen sich mit bekannten Spritzgusswerkzeugen nach dem bekannten Herstellungsverfahren auch Kunststoffteile mit unterschiedlichen Dicken herstellen. Beispiele derartiger Kunststoffteile sind Seitenschutzleisten für Kraftfahrzeuge. Problematisch bei derartigen Kunststoffteilen ist, dass sich aufgrund der abschnittsweise unterschiedlichen Dicke der komplementär zur Raumform der Kunststoffteile ausgebildeten Spritzgussform in diesen unterschiedlich dicken Formabschnitten ein unterschiedliches Fließverhalten beim Einspritzen der Kunststoffmasse einstellt. Dies kann z. B. zu am fertigen Kunststoffteil sichtbaren und unerwünschten Fließlinien führen. Weiterhin führen die unterschiedlichen Dicken des herzustellenden Kunststoffteils dazu, dass beim Aushärten der Kunststoffmasse sich ein unterschiedlicher Schwund einstellt. Dies führt dazu, dass sich am Übergang zwischen dickeren und dünneren Bereichen des herzustellenden Kunststoffteils auf der Sichtseite charakteristische Abzeichnungen, so genannte Einfallstellen, bilden, die ebenfalls unerwünscht sind, da sie den optischen Gesamteindruck des Kunststoffteils beeinträchtigen. Zur Verringerung des zuletzt genannten Problems der Einfallstellen ist es bekannt, die Kunststoffmasse nach dem Einspritzen im Spritzgusswerkzeug durch Volumenverkleinerung der Spritzgussform vorzuverdichten. Dieses Vorverdichten ist als Prägen bekannt. Hierdurch wird der nachfolgende Schwund insgesamt verringert. Ab einem gewissen Dickenunterschied kann auch durch das Prägen eine unerwünschte Bildung von Einfallstellen nicht vollständig verhindert werden.
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Die
JP 10058502 A beschreibt einen Spritzgussprozess zur Herstellung von Kühlschrankelementen. Die
US 2004/96539 A1 offenbart ein Spritzgusswerkzeug für die Fertigung von optischen Linsen. In der
US 454 534 ist die Fertigung einer Kupplung für Eisenbahnwaggons beschrieben. Die
DE 42 35 673 A1 offenbart eine Formvorrichtung zur Herstellung von Kunstharzformlingen für Kraftfahrzeuge.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Ausbildung von Fließlinien verhindert wird.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der Einsatz einer Überlaufkavität ermöglicht es wie beim zuerst genannten erfindungsgemäßen Verfahren, beim Einspritzen mit einer relativ großvolumigen Spritzgussform zu arbeiten, sodass eingleichmäßiges Befüllen der Spritzgussform ohne Gefahr von Fließlinien erreicht wird. Bei geöffneter Überlaufkavität kann dann das Volumen der Spritzgussform zunächst ohne Verdichtung der Kunststoffmasse verkleinert werden, was das Kunststoffteil insgesamt kostengünstiger und leichter macht. Zudem wird durch das Verkleinern des Spritzgussformvolumens ohne Verdichtung eine Vorbereitung der Kunststoffmasse für das nachfolgende Prägen erreicht. Anschließend erfolgt beim Prägen ein Verdichten der gesamten Kunststoffmasse, wodurch die Gefahr von Einfallstellen reduziert wird.
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Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe der Überlaufkavität ein großvolumiges Einspritzen mit nachfolgender Gewichtsreduzierung und Prägevorbereitung des Kunststoffteils erreicht. Nachfolgend erfolgt das abschnittsweise Prägen. Hierdurch werden nicht nur Fließlinien sicher verhindert, sondern auch Einfallstellen.
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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt durch ein Spritzgusswerkzeug in einer ersten Momentanposition bei der Herstellung einer Kunststoff-Seitenschutzleiste für ein Kraftfahrzeug; und
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2 bis 4 zur 1 ähnliche Darstellung des Spritzgusswerkzeugs in weiteren Momentanpositionen des Herstellungsverfahrens.
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Ein in der Zeichnung schematisch dargestelltes Spritzwerkzeug 1 hat ein einspritzdüsenseitiges erstes Werkzeugteil 2 und ein relativ zum ersten Werkzeugteil 2 längs einer Verlagerungsrichtung (Doppelpfeil 3) verlagerbares, auswerferseitiges zweites Werkzeugteil 4. In einer in 4 gezeigten Schließstellung des Spritzgusswerkzeugs 1 begrenzen die beiden Werkzeugteile 2, 4 eine Spritzgussform 5. Mit dem Spritzgusswerkzeug 1 können Seitenschutzleisten für Kraftfahrzeuge hergestellt werden. Die Schnittebene der 1 bis 4 steht senkrecht auf der Leisten-Längsachse.
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Das in den 1 bis 4 untere zweite Werkzeugteil 4 hat einen mittleren Werkzeugformabschnitt 6. Dieser begrenzt zusammen mit einem diesen umgebenden Formgrundkörper 7 des zweiten Werkzeugteils 4 jeweils abschnittsweise die Spritzgussform 5 auf Seiten des zweiten Werkzeugteils 4. Gegenüber dem Formgrundkörper 7 ist der Werkzeugformabschnitt 6 längs der Verlagerungsrichtung 3 zwischen einer in 4 gezeigten Einrückstellung und einer relativ zur Einrückstellung weiter in die Spritzgussform 5 hinein verlagerten, in den 1 bis 3 gezeigten Ausrückstellung verlagerbar. In die Ausrückstellung ist der Werkzeugformabschnitt 6 durch ein Federelement 8 vorgespannt. Letzteres ist gebildet durch einen Elastomerkörper, z. B. aus Hartgummi, der zwischen einem Formgrundkörper 7 des zweiten Werkzeugteils 4 und dem Werkzeugformabschnitt 6 angeordnet ist. Der Formgrundkörper 7 hat hierzu eine Ausnehmung 9, die das komplementär hierzu geformte Federelement 8 aufnimmt.
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Der Formgrundkörper 7 ist mehrteilig ausgeführt und hat neben einem Grundformabschnitt 11, der zur Spritzgussform 5 hin den Werkzeugformabschnitt 6 umgibt und zusammen mit diesem auf Seiten des zweiten Werkzeugteils 4 die Spritzgussform 5 begrenzt, noch einen Hauptkörper 12. Der Grundformabschnitt 11 ist als fester Einsatz im Hauptkörper 12 ausgeführt und ist in einer Ausnehmung 13 des Hauptkörpers 12 aufgenommen. Quer zur Verlagerungsrichtung 3 verjüngen sich der Formgrundkörper 7 und komplementär hierzu der Werkzeugformabschnitt 6 über Stufen 14, 15. Die Stufe 14 des Grundformabschnitts 11 dient als Widerlager des Werkzeugformabschnitts 6 gegen die Vorspannung des Federelements 8. Zwischen der Stufe 14 des Grundformabschnitts 11 und der Spritzgussform 5 weist der Grundformabschnitt 11 einen Führungsbereich 16 auf, über den der Werkzeugformabschnitt 6 bei der Verlagerung zwischen der Ausrückstellung und der Einrückstellung geführt ist.
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Die Verlagerung der beiden Werkzeugteile 2 und 4 zueinander von einer in 1 gezeigten Offenstellung zur in 4 gezeigten Schließstellung ist geführt über parallel zur Verlagerungsrichtung 3 ausgeformte, komplementär aneinander anliegende Kantenbereiche 17, 18. Diese Kantenbereiche 17, 18 werden auch als Tauchkante bezeichnet.
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Das Spritzgusswerkzeug 1 weist ferner eine Überlaufkavität 19 auf. Letztere steht mit der Spritzgussform 5 über einen Verbindungskanal 20 in Strömungsverbindung. Zwischen der Spritzgussform 5 und der Überlaufkavität 19 kann in den Verbindungskanal 20 als Absperrorgan ein Absperrstift 21 eingeführt werden. Letzterer ist in den 1 und 2 in einer Offenstellung, in der der Verbindungskanal 20 freigegeben ist, und in den 3 und 4 in einer Schließstellung, in der der Verbindungskanal 20 verschlossen ist, dargestellt. Diese Verlagerungsbewegung des Absperrstifts 21 ist geführt im Hauptkörper 12 und im Grundformabschnitt 11 des zweiten Werkzeugsteils 4. In der Schließstellung dringt ein führender Abschnitt 22 des Absperrstiftes 21 in eine komplementär hierzu geformte Sackausnehmung 23 im ersten Werkzeugteil 2 ein.
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Ein erstes nicht zur Erfindung gehörendes Herstellungsverfahren für die Kunststoff-Seitenschutzleisten, bei dem nur die Eigenschaften des Federelements 8 ausgenutzt werden, nicht aber die Überlaufkavität 19, läuft folgendermaßen ab: In der Offenstellung der 1, der Einspritzposition des Spritzgusswerkzeugs 1, wird zunächst in die Spritzgussform 5 fließfähige Kunststoffmasse eingespritzt. Eingespritzt wird solange, bis die Spritzgussform 5 vollständig gefüllt ist. In der Einspritzposition beträgt eine Werkzeugöffnung a der beiden Werkzeugteile 2, 4 zueinander 2 mm. Die Spritzgussform hat im Bereich des mittleren Werkzeugformabschnitts 6 eine Stärke A von 3,5 mm. Auch andere Stärken A sind möglich, z. B. im Bereich zwischen 2,5 mm und 4 mm. Im Bereich des seitlichen Grundformabschnitts 11 ist die Spritzgussform zum Teil wesentlich stärker und hat längs der Verlagerungsrichtung 3, z. B. längs der mit S in 1 angedeuteten Ebene, eine Stärke von mehr als 5 mm.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung des ersten, nicht zur Erfindung gehörenden Herstellungsverfahrens wird von einem gegenüber der Zeichnung abgewandelten Spritzgusswerkzeug 1 ausgegangen, bei dem weder die Überlaufkavität 19 noch der Verbindungskanal 20 vorliegen. Nach dem Einspritzen wird bei diesem ersten Verfahren das Spritzgusswerkzeug 1 bis hin zu einer in 3 dargestellten Formabschnitts-Prägeposition geschlossen. Hierzu werden die beiden Werkzeugteile 2, 4 zur Verkleinerung des Volumens der mit Kunststoffmasse gefüllten Spritzgussform 5 längs der Verlagerungsrichtung 3 aufeinander zu bewegt, bis die Werkzeugöffnung sich auf einen Wert b von 0,5 mm verringert hat. Die Stärke der Spritzgussform im Bereich des mittleren Werkzeugformabschnitts 6 hat sich entsprechend diesem Schließbetrag von 1,5 mm verringert auf einen Wert von B von 2,0 mm. Entsprechend hat sich auch die Stärke S der Spritzgussform im Bereich des seitlichen Grundformabschnitts 11 auf einen Wert von S' = S – 1,5 mm reduziert.
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In der Formabschnitts-Prägeposition nach 3 liegt der Werkzeugformabschnitt 6 immer noch in der Ausrückstellung vor, die er seit Beginn des ersten Herstellungsverfahrens nicht verlassen hat. In dieser Stellung wird der mittlere Abschnitt der Seitenschutzleiste im Bereich des Werkzeugformabschnitts 6 geprägt. Anschließend werden die beiden Werkzeugteile 2, 4 zur weiteren Verkleinerung des Volumens der Spritzgussform 5 bis hin zu einer in 4 dargestellten Formgrundkörper-Prägeposition aufeinander zu bewegt. Bei dieser Verlagerung von der Formabschnitts-Prägeposition in die Formgrundkörper-Prägeposition wird der mittlere Werkzeugformabschnitt 6 von der Ausrückstellung in die Einrückstellung verlagert. Längs der Verlagerungsrichtung 3 entspricht der Verlagerungsweg des Werkzeugformabschnitts 6 von der Ausrück- in die Einrückstellung exakt dem Verlagerungsweg der beiden Werkzeugteile 2 und 4 der relativ zueinander von der Formabschnitts-Prägeposition in die Formgrundkörper-Prägeposition, die mit der Schließstellung des Spritzgusswerkzeugs 1 zusammenfällt. Der Abstand der beiden Werkzeugteile 2 und 4 ist in der Formgrundkörper-Prägeposition daher 0. Die Stärke der Spritzgussform 5 im Bereich des mittleren Werkzeugformabschnitts 6 ist während der gesamten Verlagerungsbewegung der beiden Werkzeugteile 2 und 4 von der Formabschnitts-Prägeposition in die Formgrundkörper-Prägeposition konstant und beträgt weiterhin B = 2 mm. In der Formgrundkörper-Prägeposition kommen die Stufen 14, 15 des Grundformabschnitts 11 einerseits und des Werkzeugformabschnitts 6 andererseits voneinander frei und zwischen diesen liegt ein Abstand von 0,5 mm vor. Das Federelement 8 wird längs der Verlagerungsrichtung 3 um 0,5 mm komprimiert. Im Bereich des Grundformabschnitts 11 hat sich die Stärke der Spritzgussform, da hier kein elastisch verlagerbarer Formabschnitt wirkt, nochmals auf S'' = S' – 0,5 mm verringert. In der Formgrundkörper-Prägeposition werden also die seitlichen Abschnitte der Seitenschutzleiste mit größerer Materialstärke geprägt. Diese seitlichen Abschnitte dienen später zur Befestigung der Seitenschutzleiste an einer Fahrzeugkarosserie.
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Nach dem Aushärten der Kunststoffmasse liegt in der Spritzgussform 5 eine Seitenschutzleiste 24 mit einem Mittelabschnitt 25 und zwei seitlichen Befestigungsabschnitten 26 und 27 vor. Die Seitenschutzleiste 24 kann dann über nicht dargestellte Auswerfer des zweiten Werkzeugsteils 4 ausgeworfen werden.
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Durch das abschnittsweise Prägen der Seitenschutzleiste 24 während der Formabschnitts-Prägeposition zunächst im Mittelabschnitt 25 und in der Formgrundkörper-Prägeposition im Bereich der dickeren Befestigungsabschnitte 26, 27 wird eine gleichmäßige Verdichtung der Kunststoffmasse erreicht. Optische Abzeichnungen im Bereich von Dickenstufen der Seitenschutzleiste 24, so genannte Einfallstellen, werden hierdurch vermieden.
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Nachfolgend wird ein zweites, erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für eine Seitenschutzleiste beschrieben, bei welchem die Überlaufkavität 19 zum Einsatz kommt, nicht aber das Federelement 8. Bei einem abgewandelten Spritzgusswerkzeug zur Durchführung dieses zweiten Herstellungsverfahrens kann also auf das Federelement 8 und auf eine Beweglichkeit zwischen dem Werkzeugformabschnitt 6 und dem Formgrundkörper 7 verzichtet werden. In der in 1 dargestellten Einspritzposition ist der Absperrstift 21 in der Offenstellung. Somit ist der Verbindungskanal 20 zwischen der Spritzgussform 5 und der Überlaufkavität 19 freigegeben. Nach dem Einspritzen entsprechend dem Beginn des vorstehend schon beschriebenen Verfahrens werden bei geöffnetem Verbindungskanal 20 die Werkzeugteile 2 und 4 zur Verkleinerung des Volumens der Spritzgussform 5 bis zu einer in der 2 dargestellten Überlauf-Endposition aufeinander zu bewegt. Während dieses Aufeinanderzubewegens bleibt der Verbindungskanal 20 geöffnet, so dass entsprechend der Volumenverkleinerung der Spritzgussform 5 überschüssige Kunststoffmasse durch den Verbindungskanal 20 in die Überlaufkavität 19 gelangt. Durch den Einsatz der Überlaufkavität 19 wird das Befüllen der Spritzgussform 5 optimiert. In der Überlauf-Endposition liegt zwischen den Werkzeugteilen 2 und 4 eine Werkzeugöffnung c von 1 mm vor. Da das Federelement 8 nicht zum Einsatz kommt, hat sich die Stärke der Spritzgussform 5 bei der Verlagerung von der Einspritz- in die Überlauf-Endposition sowohl im Bereich des mittleren Werkzeugformabschnitts 6 als auch im Bereich der seitlichen Grundformabschnitte 11 um jeweils 1 mm verringert, so dass z. B. im Bereich des mittleren Werkzeugformabschnitts 6 eine Stärke C von 2,5 mm vorliegt.
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Anschließend erfolgt bei diesem zweiten Herstellungsverfahren ein Schließen der Strömungsverbindung zwischen der Spritzgussform 5 und der Überlaufkavität 19 durch Verlagern des Absperrstifts 21 in die Schließstellung. Dann werden die Werkzeugteile 2 und 4 zur weiteren Verkleinerung des Volumens der Spritzgussform 5 weiter aufeinander zu bewegt bis hin zur in 3 dargestellten Prägeposition. Diese weitere Verlagerung findet bei geschlossener Strömungsverbindung statt. Beim Übergang zwischen der Überlauf-Endposition nach 2 und der Prägeposition nach 3 findet ein gleichmäßiges Prägen durch den mittleren Werkzeugformabschnitt 6 und die seitlichen Grundformabschnitte 11 statt. Durch den Einsatz der Überlaufkavität 19 wird das Volumen der Spritzgussform 5 schon vor dem Prägen verkleinert. Hierdurch wird die hergestellte Seitenschutzleiste 24 leichter und kostengünstiger. Zudem wird durch die Volumenverkleinerung der Spritzgussform 5 vor dem Prägen die zu prägende Kunststoffmasse auf den Prägevorgang vorbereitet.
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Ein drittes, nachfolgend beschriebenes Herstellungsverfahren kombiniert den Einsatz des Federelements 8 mit dem Einsatz der Überlaufkavität 19. Bei diesem Verfahren werden die Momentanpositionen nach den 1 bis 4 in dieser Reihenfolge angefahren. Nach dem Einspritzen nach 1 wird also zunächst die Überlauf-Endposition nach 2 eingestellt und dann die Prägeposition nach 3, wie im Zusammenhang mit dem zweiten Herstellungsverfahren beschrieben. Dieser Prägeschritt des dritten Herstellungsverfahrens prägt zunächst im Bereich des Werkzeugformabschnitts 6, verdichtet also die herzustellende Seitenschutzleiste 24 im Bereich des Mittelabschnitts 25. Es liegt also die Formabschnitts-Prägeposition vor. Anschließend werden die Werkzeugteile 2 und 4, wie im Zusammenhang mit dem ersten Herstellungsverfahren beschrieben, noch weiter aufeinander zu bewegt, so dass die Formgrundkörper-Prägeposition nach 4 erreicht wird. In dieser Position prägen die seitlichen Grundformabschnitte 11 am Ort der herzustellenden Befestigungsabschnitte 26 und 27 der Seitenschutzleiste 24. Das dritte Herstellungsverfahren kombiniert also die Vorzüge des ersten und des zweiten Herstellungsverfahrens.
