DE2332525C2

DE2332525C2 - Spritzgießform zum Herstellen von Rückstrahlereinsätzen aus transparentem Kunststoff, mit Entlüftungskanälen

Info

Publication number: DE2332525C2
Application number: DE2332525A
Authority: DE
Inventors: Frank Albert Ann Arbor Mich. Pink
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1983-03-17
Also published as: US3811647A; DE2332525A1; IL42618A0; GB1409162A; IL42618A; CA1009415A

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießform zum Herstellen von Rückstrahlereinsätzen aus transparentem Kunststoff, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Rückstrahler haben insbesondere bei Kraftfahrzeugen die Aufgabe, auf sie auftreffendes Licht zu reflektieren, vorausgesetzt, daß die Einfallsrichtung der Lichtstrahlen gegen ihre Vorderseite nicht zu stark von der Normalen abweicht. Für gewöhnlich haben die dabei verwendeten Rückstrahlereinsätze eine glatte Vorderseite und eine genau definierte Rückseite, die aus einer Vielzahl von Würfelecken besteht. Jede Würfelekke setzt sich aus drei Facetten zusammen, die sich unter einem Winkel von vorzugsweise 90° schneiden und dadurch ein Prisma bilden. An der Vorderseite des Rückstrahlers einfallendes Licht wird an den Facettenflächen gebrochen und daran mehrfach abgelenkt, so daß es schließlich zur Vorderseite zurückkehrt und im wesentlichen parallel zur Einfallsrichtung wieder austritt.

Um die Herstellung derartiger Rückstrahlereinsätze zu ermöglichen, ist es bekannt, zunächst eine große Anzahl im Querschnitt sechseckiger Metalldorne oder -zapfen herzustellen, die ein jeder an einem Ende derart geschliffen und poliert sind, daß eine Würfelecke entsteht, die von drei einander schneidenden und in eine Spitze auslaufenden Facettenflächen gebildet ist. Die Dorne oder Zapfen werden dann Seite an Seite zusammengepackt und an ihren rückwärtigen Enden miteinander fest verbunden, so daß ein Bündel entsteht, bei welchem die Spitzen der Würfelecken in ein und derselben Ebene liegen. Die Sechskantseiten der Dorne oder Zapfen erleichtern das dichte Zusammenpacken zur festen Verbindung miteinander wie beispielsweise durch Schweißen. Das verschweißte Dorn- oder Zapfenbündel bildet einen Formeinsau zur Aufnahme in einem zweiteiligen Formgesenk, in welches eine Spritzmasse in Gestalt eines transparenten Kunststoffes wie Acrylharz eingespritzt wird.

Das Dorn- oder Zapfenbündel schafft aus sich heraus ein Spaltensystem, in welches Gase zur Entlüftung

is eintreten können, während das flüssige Spritzmaterial daran gehindert wird. Diese Spalte resultieren von der unverschweißten Anlage der Längskanten zwischen den Sechskantseiten der Zapfen oder Dorne, die von den gemeinsamen Innenecken ausgehende Lüftungskanäle bilden. Derartige Dorn- oder Zapfenbündel bilden deshalb von selbst eine Entlüftung der Formflächen, durch weiche Gase aus der Spritzmasse entweichen können, so daß eine dichte Anlage der Spritzmasse an der Formfläche ohne Gaseinschlüsse gewährleistet ist.

In vielen Fällen sind die Spalte zwischen den Dornen oder Zapfen nicht größer als 0,0025 mm.

Ein grundlegender Nachteil solcher Dorn- oder Zapfenbündel liegt jedoch in dem Erfordernis, daß eine jede Würfelecke für sich geläppt und poliert werden

JO muß, was außerordentlich aufwendig und damit teuer ist Um die Herstellungskosten zu senken, sind Versuche vorgenommen worden, Formeinsätze durch Elektroplattieren auf einem Meisterstück mit Sechskantzapfen herzustellen, mit dem Ergebnis, daß der so hergestellte Formeinsatz eine beträchtlich längere Lebensdauer hat. Der gegen die leitende Oberfläche des Dorn- oder Zapfenbündels elektroplattierte einstückige Formeinsatz besitzt jedoch keinerlei innere Spalte oder Durchlässe zur Abführung von Gasen, die sich in den Innenecken des Würfeleck«nmus.'';rs ansammeln können. Dies beeinträchtigt die Gießgenauigkeit erheblich, und die optische Güte wird vermindert, da die Facetten an den äußeren Punkten, welche normalerweise als die entscheidenden Lichtsammelbereiche der Würfelecken wirken, abgerundet werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Dorn- oder Zapfenbündel ist die Ansammlung von Rückständen an den Formoberflächen des Formeinsatzes, was nicht nur ein Problem bei Dorn- oder Zapfenbündeleinsätzen ist, sondern ebenso bei elektroplattierten Einsätzen entsteht. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Formen jedweder Art nach 25 000—100 000 Spritzvorgängen nachpoliert werden müssen. Jedes Nachpolieren vermindert die Qualität der Formoberfläche, da kleinste mikroskopisehe Kratzer auftreten, und die scharfen Kanten beginnen sich zu runden. Ferner birgt das erforderliche Zerlegen und wieder Zusammenfügen der Dorne oder Zapfen die Gefahr von Verletzungen in sich ohne Rücksicht darauf, wie sorgfältig sie gehandhabt werden.

Da die Spalte zwischen den Dornen oder Zapfen des Bündels durch die Schweißverbindung verschlossen sind, haben die Rückstände enthaltenden Gase keine Möglichkeit, kontinuierlich nach außen aus dem Forminneren abzuströmen. Es ist deshalb wichtig, daß sich die Menge an Rückständen, die sich an den Formflächen niederschlägt, verringert wird, um die Lebensdauer zu vergrößern und die Gefahr beim Hantieren mit dem Formeinsatz herabzusetzen.

Noch ein weiteres Problem tritt bei der Herstellung der Dorn- oder Zapfeneinsätze auf: es bereitet bei den für Kraftfahrzeuge verwendeten Rückstrahlereinsätzen nämlich Schwierigkeiten, eine optische Güte erster Klasse zu erzielen. In den Vereinigten Staaten von Amerika sind derartige Rückstrahlereinrichtungen gemäß den Richtlinien der Vereinigung der Autcmobilingenieure in zwei Klassen eingeteilt: Klasse A erfordert die Sichtbarkeit aus allen Entfernungen zwischen etwa 33 und 200 m, und Klasse B die <° Sichtbarkeit aus allen Entfernungen zwischen etwa 33 und 100 m, wenn die Rückstrahler mit dem Fernlicht eines Kraftfahrzeugs angestrahlt werden. Die Kraftfahrzeughersteller sind bestrebt. Rückstrahler der optischen Güte nach Klasse A herzustellen, was nur '5 durch vollendet genaue Winkellage und Ausrichtung der zusammenwirkenden Facetten ebenso wie durch vollständig ebene Facettenflächen mit einer Rauhigkeit von weniger als 1,5 · 10³A erreicht werden kann. Die Schwierigkeiten in der Erzielung einer solchen Güte bei der Verwendung von Dorn- oder Zapfenbündeleinsätzen lassen sich abschätzen, wenn folgendes in Betracht gezogen wird:

a) die kleinen Zapfenquerschnitte machen es schwierig, alle Zapfen gleichförmig und genau in Längsrichtung zueinander anzuordnen und ihre richtige Querorientierung beizubehalten, wenn sie miteinander verschweißt werden,

b) das häufige Hantieren beim Spritzen erhöht die w Gefahr einer Beschädigung der sehr genau geschliffenen optischen Facetten an den Zapfenenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile und Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Spritzgießform der eingangs genannten Art zu schaffen, die wirtschaftlich herzustellen und einfach zu handhaben ist und eine höchsten Ansprüchen genügende optische Güte durch scharf begrenzte Würfelecken in « dem gegossenen Rückstrahlereinsatz auch bei 100 000 und mehr Spritzvorgängen gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Formeinsatz ein durch Elektroplattieren hergestellter einstückiger Körper ist und die Entlüftungskanäle als von den Innenecken der Facetten ausgehende und mittels Laserstrahlen hergestellte Mikrobohrungen ausgebildet sind.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Entlüftungsbohrungen als Mikrobohrungen einen Durchmesser von höchstens 0,125 mm auf, was mit Hilfe der Laserstrahltechnik ohne weiteres eingehalten werden kann und eine einwandfreie Entlüftung der Formfläche des Formeinsatzes ohne die Gefahr einer Verstopfung durch die flüssige Spritzmasse gewährleistet.

Nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung münden die Entlüftungsbohrungen als Mikrobohrungen in je eine von der Rückseite des Formkerns ausgehende erweiterte M Gegenbohrung von mindestens dem zehnfachen Durchmesser der Mikrobohrungen, wie dies aus der Literaturstclle »Technische Information. Kunststoffe, Spritzgießen. Werkzeug 4.5 der Badische Anilin- und Soda-Fabrik AG, Juli 1970« für sich beim Spritzgießen ·" bekannt ist.

Schließlich bestehl nach einem letzten Ausgestaltungsmerkmal der Erfiiiuung der Formeinsatz zweckmäßig aus einer Nickellegierung, die sich besonders zur Anwendung der Laserstrahltechnik bei der Herstellung der Mikrobohrungen eignet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Spritzgießform mit in den Formhohlraum eingespritztem Kunststoff,

F i g. 2 in perspektivischer Darstellung einen Teil der Oberfläche des Formeinsatzes, wobei ein Entlüftungskanal im Schnitt angedeutet ist,

Fig.3 einen Querschnitt durch einen Teil des Formeinsatzes gemäß Linie 3-3 in F i g. 2,

F i g. 4 in vergrößerter Darstellung einen beiderseits weggebrochenen Bereich des Formeinsatzes im Schnitt, und

F i g. 5 eine Draufsicht auf einen Teil der facettenförmigen Oberfläche des Formeinsatzes.

Gemäß der Darstellung in F i g. 1 besteht die dort gezeigte Spritzgießform aus einem einstückigen Formeinsatz A und einem zweiteiligen Formgesenk B zur Aufnahme des Formeinsatzes A. Weh-.chin ist mit Cdas Spritzgußteil bezeichnet, das die von Jen Oberflächen der Formteile bestimmte Gestalt aufweist. Der Formeinsatz A besteht aus einem einstückigen Körper B1, der eine Vielzahl facettenartiger Vorsprünge B 2 zur Schaffung eines Reflexsystems an der einen Seite des Spritzgußteils sowie Entlüftungsbohrungen bei B 3 aufweist.

Der Formeinsatz A ist im Elektroplattierverfahren hergestellt, wobei die Masse des Einsatzes stufenweise auf einer Gegenfläche einer Meisterschablone aufgebaut ist. Die Meisterschablonenfläche (nicht dargestellt) kann auf herkömmliche Weise unter Verwendung einer Vielzahl von Metalldomen oder-zapfen hergestellt sein, von denen ein jeder Sechseck-Querschnitt besitzt und an einem Ende geläppt und poliert ist, so daß drei Facettenflächen gebildet werden, die sich zu einer Würfelecke ergänzen, durch welche eine theoretische Reflexachse 40 verlaufen würde, wenn der Zapfen aus nicht durchlässigem Material bestehen würde, so daß auf die Facetten auftreffendes Licht umgelenkt und entlang der Einfallsrichtung reflektiert würde. Die Zapfen liegen parallel aneinander an und haben ihre Würfelecken in einer gemeinsamen Ebene. An ihren rückwärtigen Enden sind die Zapfen durch Schweißung miteinander verbunden. Die Zapfen bilden hierdurch ein Zapfenbündel, das als Meisterschablone für das Elektroplattieren dient.

Die aus elektrisch leitendem Material bestehenden Zapfen werden als Kathode in einem elektrolytischen Behandlungsbad verwendet Durch die Anode, die aus einer Nickellegierung besteht, wird Gleichstrom zugeführt, wodurch sich das Anodenmetall abbaut und auf den Zapfen niederschlägt. Die Trennung der elektroformieren Legierung von den Zapfen wird durch vorhergehendes Überziehen des Zapfenbündels mit einem Material wie Graphit erreicht. Die Stromdichte (A/cm²), die Elektrizitätsmenge (Coulomb) und die Elektroplattierzeit werden derart geregelt, daß sich eine entsprechende Le^ierungsdicke über dem Zapfenbündel niederschlägt, die vorzugsweise in der Größenordnung von 12,7 bis 19 mm liegt. Der erhaltene elektroplattierte Einsatz besteht aus einem Stück und besitzt an einer Seite ein Würfeleckenmuster aus jeweils drei im gleichen Winkel um eine Würfelecke 38 angeordneten Faceiienflächen 32, 34, 36 mit sehr blanken Oberflächen, die geometrisch betrachtet scharf abgegrenzt ist. Als nächstes wird der clektroformierte

Formcinsatz A mit einer Basis zur Montage innerhalb eines Teils des Formgesenk ■■. Π versehen, wobei eine solche Basis mit Anlageschultcrn 10 sowie Gewindelöchern (nicht dargestellt) zur Aufnahme von Befestigungsschrauben versehen sein kann.

Wenn ein solcher einstückiger Formeinsatz A mit unbelüfteter Formfläche in einer Spritzgießform verwendet würde, würde sich nach einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer (vielleicht einer Mindestzahl von 25 000 Spritzgießzyklen) ein Niederschlag oder Film auf den Facettenflächen bilden. Dieser Film würde aus Fremdstoffen bestehen, die in Gasen mitgeführt werden, welche während des Gießvorgangs besonders in dem Bereich der Innenecken 12 der Facettenoberfläche eingefangen werden. Dieser Film kann sich sehr nachteilig auf das Spritzgießen auswirken, weil er sowohl die Genauigkeit als auch den !hermischen Ablauf beim Gießen beeinträchtigt.

UlT! di?5es Prnhlpm 7ii i'ihnrwindpn. sieht die

gegenwärtige Praxis in regelmäßigen Abständen ein Elektropolieren vor, das eine Behandlungszeit von angenähert 6 bis 8 Stunden für einen jeden einzelnen Kern erfordert und zur bildung kleinster mikroskopischer Kratzer an den Facettenflächen wie auch an den scharfen Kanten führen kann. Nach einer entsprechenden Anzahl solcher Reinigungsvorgänge beginnen die scharfen Kanten sich abzurunden und beseitigen die geometrische Genauigkeit. Diese Reinigungsvorgänge fördern zusätzlich die geometrische Verletzlichkeit dergestalt, daß die Facetten während des Ein- und Ausbaus der Einsätze trotz sorgfältiger Behandlung brechen oder beschädigt werden können. Die entstehenden Ausfallzeiten für die Formeinsätze in Verbindung mit den Kosten für die Reinigung können sich auf die Herstellungsverhältnisse erheblich auswirken.

Diese Probleme werden durch ein System von Entlüftungskanälen in Gestalt von Mikrobohrungen 14 mit einem vorbestimmten Kleinstdurchmesser gelöst, die sich von einer jeden Innenecke 12der Faceuenoberflächen zu je einer erweiterten Gegenbohrung 16 an der Rückseite 18 des Formeinsatzes A erstrecken. Hergestellt werden die Mikrobohrungen 14 durch die Anwendung des Laserstrahl-Bohrens, wobei unter >.Laser« ein fokussierter Lichtstrahl verstanden wird. der in einem kleinen Bereich absorbiert wird, wodurch ι dort die Temperatur derart steigt, daß das auszubohrende Material erwärmt wird, schmilzt und verdampft. Wie oben ausgeführt wurde, besteht der /weck dieser Bohrungen in der Ableitung der Gase, die im Formhohlraum eingeschlossen sind, wobei gleichzeitig

i" der Durchtritt von unter Druck stehenden plastifizieren Kunststoff wie eines weichen Acrylh.ir/es verhindert wird. Versuche haben gezeigt, daß zylindrische Bohrungen von etwa 0,1 mm Durchmesser mil einer Toleranz von ±3% diese Forderung erfüllen.

i> Beispielsweise können an bestimmten Formeinsätzen angenähert 600 Bohrlöcher erforderlich sein, wobei der Formeinsatz eine Größe von angenähert 180 · 50mnv' hat. Die Gegenbohrungen 16 werden in einem Durchmesser von vorzugsweise 1 mm mit Toleranzen

-'" von ±0,125 mm hergestellt. Die Stelle, an welcher die Gegenbohrungen 16 mit den Mikrobohrungen 14 zusammentreffen, befindet sich in einem Längsabstand 22 von angenähert 1 mm von der zugehörigen Innenecke 12, der somit zumindest das Zehnfache des

-'■> Durchmessers der Mikrobohrungen 14 ist. Zur Vervollständigung der Entlüftung aller Gegenbohrungen 16 des Formkerns ist die Innenfläche 26 des Formgesenkteils 24 ab; °stuft in einem Teil 26a, der zusammen mit der Innenfläche 42 des anderen Formgesenkteils 44 den

⁾⁰ Formhohlraum begrenzt, einen Teil 266, der den Formeinsatz A aufnimmt, und einen Bodenteil 28, in welchen die in den Gegenbobrungen 16 gelangenden Bestandteile gesammelt und durch einen nach außen führenden Kanal 30 abgeführt werden

Somit gelingt es, die Facetten schärfer zu begrenzen, besonders in der Nachbarschaft der Würfelecken, wo die Reflexeigenschaften des Rückstrahlereinsatzes am größten sind und ihre größte Brillianz besitzen. Die Facetten können über einen größeren Bereich des

"> einfallenden Lichtes wirksamer arbeiten, als es bisher möglich war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spritzgießform zum Herstellen von Rückstrahlereinsätzen aus transparentem Kunststoff, mit einen": zweiteiligen Formgesenk und einem dessen Inneres in einen Formhohiraum und einen nach außen offenen Entlüftungsraum teilenden flachen Fonneinsatz, dessen dem Formhohlraum zugewandte Oberfläche aus einer Vielzahl sich zu Würfelecken ergänzenden quadratischen Facetten mit zwischen diesen gebildeten Innenecken besteht, wobei der Formeinsatz eine Vielzahl den Formhohlraum mit dem Entlüftungsraum verbindender Entlüftungskanäle von solcher Weite enthält, daß die in den Formhohiraum eingespritzte flüssige Kunststoffmasse am Durchtritt gehindert wird, darin eingeschlossene Luft und flüchtige Gase jedoch aus dem Formhohiraum in den Entlüftungsraum entweichen können, dadurch gekennzeichnet, daß der Formeinsatz (A) ein durch Elektroplattieren hergestellter esrwtückiger Körper ist und die Entlüftungskanäie als von den !nnencckcn (!2) der Facetten ausgehende und mitteis Laserstrahlen hergestellte Mikrobohrungen (14) ausgebildet sind.

2. Spritzgießform nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobohrungen (14) einen Durchmesser von höchstens 0,125 mm aufweisen.

3. Spritzgießform nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobohrungen (14) in an sich bekannter Weise in je eine von der Rückseite (18) des Formkerns (A) ausgehende erweiterte "tegenbohrung (16) von mindestens dem zehnfachen Durchmesser der Mikrobohrungen (14) münden.

4. Spritzgießform nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formeinsatz (A) aus einer Nickellegierung besteht.