DE10326794A1

DE10326794A1 - Verfahren zum Umspritzen eines Formteiles

Info

Publication number: DE10326794A1
Application number: DE2003126794
Authority: DE
Inventors: Manfred Leitold; Thomas Dr. Simon
Original assignee: EICHSFELDER SCHRAUBENWERK GmbH; KUNSTSTOFF FROEHLICH GmbH; Kunststoff-Frohlich GmbH
Current assignee: EICHSFELDER SCHRAUBENWERK GmbH; KUNSTSTOFF FROEHLICH GmbH; Kunststoff-Frohlich GmbH
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: DE10326794B4

Abstract

Um ein Verfahren zum Umspritzen eines metallischen Formteiles (1) mit Kunststoff (6), wobei das Formteil (1) in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges (2) eingelegt, mittels Zentrierstiften (3, 4) positioniert und auf Abstand von der umgebenden Wandung 85) der Kavität gehalten wird, nachfolgend der Kunststoff (6) in die Kavität eingespritzt wird, so dass der Hohlraum zwischen dem Formteil (1) und der Wandung (5) der Kavität gefüllt wird, und anschließend das umspritzte Formteil (1) nach dem Öffnen des Spritzgießwerkzeuges (2) aus der Kavität entnommen wird, zu schaffen, das es ermöglicht, auf eine Korrosionsbeschichtung des Formteiles zu verzichten, wird vorgeschlagen, dass die Zentrierstifte (3, 4) federnd an das Formteil (1) angedrückt werden und beim Spritzvorgang durch die eingespritzte Kunststoffmasse (6) vom Formteil (1) abgehoben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umspritzen eines Formteiles, insbesondere eines metallischen Formteiles, mit spritzgießfähigem Kunststoff, wobei das Formteil in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges eingelegt, mittels Zentrierstiften positioniert und auf Abstand von der umgebenden Wandung der Kavität gehalten wird, nachfolgend der spritzgießfähige Kunststoff in die Kavität eingespritzt wird, so dass der Hohlraum zwischen dem Formteil und der Wandung der Kavität gefüllt wird, und anschließend das umspritzte Formteil nach dem Öffnen des Spritzgießwerkzeuges aus der Kavität entnommen wird, wobei nach dem Einspritzen des Kunststoffes die Zentrierstifte von dem Formteil entfernt werden, so dass sich ein Hohlraum zwischen dem Ende des Zentrierstiftes und dem Formteil ergibt, der nachfolgend durch Kunststoffmasse mindestens teilweise gefüllt wird.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Formteile, beispielsweise metallische Formteile, mit spritzgießfähigem Kunststoff zu ummanteln, beispielsweise mit thermoplastischem Material. Um den Spritzvorgang ordnungsgemäß durchführen zu können, ist eine Kavität vorgesehen, in der Zentrierstifte angeordnet sind, mittels derer das Formteil innerhalb der Kavität des Werkzeuges auf Abstand von der Wandung des Werkzeuges gehalten wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Formteil nach dem Einlegen in die Kavität nahezu vollständig mit Kunststoff zu umspritzen. Allerdings bleiben die Bereiche, an denen die Zentrierstifte eingreifen, frei von Kunststoffmasse. Das Formteil selbst weist häufig Kerben oder dergleichen auf, in die die Spitzen der Zentrierstifte eingreifen, so dass eine sichere und exakte Halterung ermöglicht ist.
Da das Formteil aber nicht vollständig mit Kunststoff umspritzt ist, ist es zur Vermeidung beispielsweise von Korrosionserscheinungen oder dergleichen, die am Formteil auftreten können, erforderlich, das gesamte Formteil, welches beispielsweise aus Stahl besteht, mit einem Korrosionsschutzüberzug zu versehen, beispielsweise zu verzinken. Dieses mit Korrosionsschutzbeschichtung versehene Formteil wird anschließend mit Kunststoff umspritzt, wobei dann an den Angriffsstellen der Zentrierstifte zwar das Material des Formteiles freiliegt, aber durch die korrosionsschützende Umhüllung des Formteiles gegen Korrosion geschützt ist.
Diese herkömmliche Verfahrensweise führt zu relativ hohen Kosten, weil zusätzlich zu dem Herstellungsvorgang des Formteiles und zu dem Umspritzvorgang des Formteiles auch noch eine Korrosionsbeschichtung auf das Formteil aufgebracht werden muss.
Aus der GB 1 425 837 ist eine Verfahrensweise gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Hierbei wird der Zentrierstift nach dem Einspritzen des Kunststoffes vom Formteil zurückgezogen, so dass in den gebildeten Freiraum Spritzmasse nachfließen kann und das eingelegte Formteil vollständig mit Kunststoffmasse umhüllt werden kann.
Nachteilig bei einer solchen Ausbildung ist, dass separate Stellelemente für die Betätigung der Zentrierstifte vorgesehen sein müssen, die in Abhängigkeit vom Spritzvorgang unter Beachtung bestimmter Parameter betätigt werden müssen. Gerade beim Spritzgießen mit hoher Spritzgießgeschwindigkeit ist eine solche Verfahrensweise äußerst schwierig zu beherrschen, wobei zudem der apparative Aufwand erheblich ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das beziehungsweise die es ermöglicht, das Zurückziehen der Zentrierstifte mit geringem Aufwand prozesssicher zu betreiben.
Zur verfahrensmäßigen Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Zentrierstifte federnd an das Formteil angedrückt werden und beim Spritzvorgang durch die eingespritzte Kunststoffmasse vom Formteil abgehoben werden.
Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird zunächst das Formteil in herkömmlicher Art mittels der Zentrierstifte in der Kavität des Spritzwerkzeuges gehalten. Dabei stützen sich die Zentrierstifte unter Federvorspannuung an dem eingelegten Formteil ab. Nach dem Schließen des Spritzwerkzeuges wird Kunststoffmasse eingespritzt, so dass der zwischen der Wandung der Kavität und dem Formteil bestehende Hohlraum (ein Abstandsspalt von beispielsweise 200 μum oder mehr) vollständig mit Kunststoffmasse gefüllt wird. Beim Spritzvorgang werden die Zentrierstifte durch die Spritzmasse selbst aus der Lage, in der sie das Formteil halten, zurückgedrückt, so dass das Formteil quasi in der Schmelzmasse schwimmt und vollständig von Schmelzmasse umschlossen werden kann.
In an sich bekannter Weise kann zudem vorgesehen sein, dass der Zentrierstift und/oder die den Zentrierstift umgebenden Teile oder Führungen des Spritzgieß-Werkzeuges beheizt werden, bis die Füllung des vom Zentrierstift freigegebenen Hohlraumes erfolgt ist.
Hierdurch wird vermieden, dass die Kunststoffmasse im Bereich der Zentrierstifte vorzeitig erstarrt. Durch die Beheizung wird die Kunststoffmasse in noch teigigem oder zähflüssigem Zustand gehalten, so dass die Füllung des Hohlraums zwischen Zentrierstiftspitze und Formteil in einfacher Weise erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in handelsüblichen Einkomponenten-Spritzgießmaschinen ohne maschinentechnische Modifikation zum Einsatz gelangen und unterscheidet sich damit grundsätzlich von Sonderverfahren wie beispielsweise den Mehrkomponenten-Spritzguss.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung bestehend aus einem Spritzgießwerkzeug mit einer Kavität zum Einlegen des Formteiles, wobei die Wandung des Spritzgießwerkzeuges durchgreifende Zentrierstifte angeordnet sind, mittels derer das Formteil auf Abstand von der umgebenden Wandung gehalten ist, wobei die Zentrierstifte axial verschieblich angeordnet sind und zum Formteil hin und von diesem weg verstellbar sind.
Zur Lösung der oben definierten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass zwischen dem dem Formteil abgewandten Ende der Zentrierstifte und einer Gegenlagerfläche der Aufnahme des jeweiligen Zentrierstiftes eine Schraubenfeder angeordnet ist, mittels derer der Zentrierstift gegen das Formteil andruckbar ist, und dass der Zentrierstift in dem Bereich, der zwischen der Wandung des Werkzeuges und dem am Formteil abstützbaren Ende liegt, Strömungsflächen und/oder Differenzdruckflächen aufweist, so dass der Zentrierstift durch die eingespritzte Kunststoffmasse vom Formteil abhebbar und entgegen der Kraft der Schraubenfeder verstellbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, dass das Formteil lagerichtig mittels der Zentrierstifte in der Kavität des Spritzgießwerkzeuges gehalten wird. Sobald der Spritzvorgang eingeleitet wird, werden die Zentrierstifte durch die Kunststoffmasse vom Formteil abgehoben und entgegen der Kraft der Schraubenfeder verstellt. Durch die Anordnung von Strömungsflächen und/oder Differenzdruckflächen an den Zentrierstiften wird die gewünschte Bewegung der Zentrierstifte aufgrund der eindringenden Schmelze gefördert, wobei durch die Strömungsflächen oder Differenzdruckflächen eine Kraftkomponente von der einströmenden Schmelze abgeleitet wird, die in Zurückschubrichtung des Stiftes wirkt.
Vorzugsweise sind dabei die Differenzdruckflächen oder Strömungsflächen in Fließrichtung des Kunststoffes angeschrägt, um die gewünschte Rückstellbewegung sicherzustellen.
Die Kunststoffspritzmasse wird mit einem Druck von über 1000 bar in die Kavität eingespritzt. Besonders vorteilhaft ist die angegebene Vorrichtung bei der Beschichtung von Formteilen mit Spritzmasse in einer Wandstärke von 200 μm und mehr, insbesondere bei dünnen Wandstärken der Kunststoffspritzmasse, die das Formteil umhüllt.
Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass die Schraubenfeder in der vom Formteil abgehobenen Lage des Zentrierstiftes auf Block zusammengedrückt ist.
Durch diese Ausbildung wird eine Begrenzung der Rückschiebebewegung der Zentrierstifte erreicht, da der Weg auf den Stellweg begrenzt ist, der einerseits durch die Arbeitslage bestimmt ist, in der die Zentrierstifte sich an dem Formteil abstützen und andererseits durch die auf Block zusammengedrückte Feder, wenn der Zentrierstift sich in der maximalen zurückgeschobenen Stellung befindet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Zentrierstift zur Bildung der Strömungsflächen und/oder Differenzdruckflächen eine kegelige Spitze und/oder eine gegenüber dem Schaft radial vorragende, mit Abstand von der Spitze des Zentrierstiftes beginnende und sich über die gesamte restliche Schaftlänge erstreckende Fläche aufweist.
In an sich bekannter Weise ist zudem vorgesehen, dass die Zentrierstifte und/oder die die Zentrierstifte umgebende Wandung oder Führung insbesondere elektrisch beheizbar sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung wird zudem darin gesehen, dass die Zentrierstifte jeweils von einer Führungshülse umgeben sind, die aus einer Grundstellung, in der die Stirnfläche der Führungshülse etwa bündig in der Wandfläche der Kavität liegt, in eine Arbeitsstellung verschieblich ist, in der sie dem Formteil angenähert ist, und dass die Führungshülse mittels einer Stelleinrichtung verschieblich ist, die in Abhängigkeit der Zurückverstellung der Zentrierstifte eine Vorverstellung der Führungshülse bewirkt.
Durch diese Ausbildung ist es möglich, das Formteil lagesicher in der Kavität des Spritzwerkzeuges zu halten. Nach dem Füllen der Kavität mit Kunststoffmasse beziehungsweise schon während des Füllvorganges, wird der Zentrierstift zurückgedrückt. Anschließend oder gleichzeitig kann die Führungshülse in Richtung auf das Formteil vorgeschoben werden, so dass durch die Stirnfläche der Führungshülse die noch teigige Kunststoffmasse mechanisch in den Hohlraum gedrückt wird, der zwischen dem Zentrierstift und dem Formteil gebildet ist.
Die Betätigung der Führungshülse kann durch entsprechende mechanische, pneumatische oder hydraulische Elemente erfolgen. Die Führungshülse kann aber auch mittelbar durch die Zentrierstifte vorgeschoben werden, in dem die Rückschubbewegung der Zentrierstifte auf die Führungshülse umgeleitet und in eine Vorschubbewegung der Führungshülse umgesetzt wird.
Schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
1 ein in eine Kavität eines Kunststoffspritzwerkzeuges eingelegtes metallisches Formteil im Schnitt gesehen;
2 die Einzelheit II der 1 im vergrößerten Maßstab;
3 die Einzelheit der 2 in einer anderen Verfahrensstufe;
4 die Einzelheit IV der 1 in vergrößertem Maßstab;

5 u. 6 die Einzelheit in anderen Verfahrensstufen.

Anhand der Zeichnungsfiguren wird das Verfahren zum Umspritzen eines Formteiles 1 verdeutlicht. Das Formteil 1 ist ein metallisches Teil aus Stahl. Dieses Formteil 1 ist in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges 2 eingelegt, wobei das Formteil mittels Zentrierstiften 3, 4 positioniert und auf Abstand von der umgebenden Wandung 5 der Kavität gehalten wird.

In 2 ist der Hohlraum zwischen der Wandung 5 und dem Formteil 1 noch nicht gefüllt. In der Darstellung gemäß 1 und 3 ist dieser Hohlraum durch Kunststoffmasse 6 gefüllt, wobei die Einspritzung der Kunststoffmasse beispielsweise bei 7 erfolgen kann. Gegen Ende des Spritzzyklusses werden die Zentrierstifte 3, 4 vom Formteil entfernt, wie durch die Richtungspfeile 7 angegeben. Hierdurch entsteht zwischen dem Formteil 1 und der Spitze des Zentrierstiftes 3 beziehungsweise 4 ein Hohlraum, der durch Nachdruck von Kunststoffmasse 6 mit Kunststoffmasse gefüllt wird, so dass das Formteil 1 vollständig von Kunststoffmasse umhüllt ist. Diese mögliche Verfahrensweise ist in der Darstellung gemäß 1 bis 3 verdeutlicht. Bei der Darstellung gemäß 1 links und 4 bis 6 wird der durch Zurückziehen des Zentrierstiftes 4 gebildete Hohlraum dadurch mit Kunststoffmasse 6 gefüllt, dass mechanisch die noch teigige Kunststoffmasse in den Hohlraum gedrückt und der Hohlraum so verfüllt wird, wie dies in 6 veranschaulicht ist.

Je nach Erfordernis ist es möglich, die Zentrierstifte 3, 4 und/oder umgebende Teile oder Führungen der Zentrierstifte 3, 4 zu beheizen, um die Erstarrung der Kunststoffmasse zu verzögern, bis die Füllung des vom Zentrierstift 3, 4 freigegebenen Hohlraums erfolgt ist.

Bei der Ausführungsvariante nach 1 links und 4 bis 6 sind die Zentrierstifte 4 von einer Führungshülse 8 umgeben. Die Führungshülse 8 ist in 4 und 5 in der Grundstellung gezeigt, in der die Stirnfläche der Führungshülse 8 etwa bündig in der Wandfläche 5 der Kavität liegt. Nach Füllen des Hohlraumes zwischen Formteil 1 und Wandung der Kavität 5 mit Kunststoffmasse 6 wird der Zentrierstift 4 entsprechend dem Bewegungspfeil 7 in 6 zurückgezogen und die Hülse 8 wird in Richtung der Bewegungspfeile 9 entgegen der Rückzugsbewegung des Zentrierstiftes 4 vorgeschoben, wodurch die noch teigige Kunststoffmasse 6 mechanisch in den Hohlraum zwischen der Spitze des Zentrierstiftes 4 und dem Formteil 1 gedrückt wird.

Die Verfahrensweise, die in 2 und 3 dargestellt ist, kann auch mit der Verfahrensweise überlagert werden, die in 4 bis 6 gezeigt ist.

Im Ergebnis wird auf diese Weise eine vollständige Ummantelung des Formteiles 1 mit Kunststoffmasse 6 erreicht. Nach dem Öffnen des Spritzgießwerkzeuges kann das Formteil aus der Kavität entnommen werden.

Um die Rückschubbewegung der Zentrierstifte beim Einspritzen der Schmelzmasse 6 zu automatisieren, sind die Zentrierstifte 3, 4 federnd an das Formteil 1 angedrückt, wobei zwischen dem dem Formteil 1 abgewandten Ende der Zentrierstifte 3, 4 und einer Gegenlagerfläche 11 eine Schraubenfeder 10 angeordnet ist. Mittels dieser Schraubenfeder 10 wird der jeweilige Zentrierstift 3, 4 gegen das Formteil 1 angedrückt. Die einströmende Schmelze 6 dringt in den geringen Spalt, der sich zwischen der Spitze des Zentrierstiftes 3, 4 und dem Formteil 1 bildet, ein und wirkt somit mit einer Kraftkomponente auf den Zentrierstift 3, 4 ein, so dass dieser entgegen der Kraft der Feder 10 in die entsprechende Aufnahme zurückgedrängt wird, wie dies beispielsweise in

3 veranschaulicht ist. Anstelle der Spitze oder zusätzlich zu der Spitze können die Zentrierstifte 3, 4 noch Strömungsflächen und/oder Differenzdruckflächen aufweisen, die beim Einspritzen von Kunststoffschmelze 6 dazu führen, dass der jeweilige Zentrierstift 3, 4 sich entgegen der Kraft der Schraubenfeder 10 bewegen. In der Endlage, wenn der jeweilige Zentrierstift 3, 4 soweit wie möglich in die entsprechende Aufnahme zurückgedrückt ist, ist die Schraubenfeder auf Block zusammengedrückt. Hierdurch ist eine Wegbegrenzung für die Bewegung der Zentrierstifte 3, 4 erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Verfahren zum Umspritzen eines Formteiles (1), insbesondere eines metallischen Formteiles (1), mit spritzgießfähigem Kunststoff (6), wobei das Formteil (1) in die Kavität eines Spritzgießwerkzeuges (2) eingelegt, mittels Zentrierstiften (3, 4) positioniert und auf Abstand von der umgebenden Wandung (5) der Kavität gehalten wird, nachfolgend der spritzgießfähige Kunststoff (6) in die Kavität eingespritzt wird, so dass der Hohlraum zwischen dem Formteil (1) und der Wandung (5) der Kavität gefüllt wird, und anschließend das umspritzte Formteil (1) nach dem Öffnen des Spritzgießwerkzeuges (2) aus der Kavität entnommen wird, wobei nach dem Einspritzen des Kunststoffes (6) die Zentrierstifte (3, 4) von dem Formteil (1) entfernt werden, so dass sich ein Hohlraum zwischen dem Ende des Zentrierstiftes (3, 4) und dem Formteil (1) ergibt, der nachfolgend durch Kunststoffmasse (6) mindestens teilweise (6) gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierstifte (3, 4) federnd an das Formteil (1) angedrückt werden und beim Spritzvorgang durch die eingespritzte Kunststoffmasse (6) vom Formteil (1) abgehoben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierstift (3, 4) und/oder die den Zentrierstift (3, 4) umgebenden Teile oder Führungen (8) des Spritzgießwerkzeuges (2) beheizt werden, bis die Füllung des vom Zentrierstift (3, 4) freigegebenen Hohlraumes erfolgt ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bestehend aus einem Spritzgießwerkzeug (2) mit einer Kavität zum Einlegen des Formteiles (1), wobei die Wandung des Spritzgießwerkzeuges (2) durchgreifende Zentrierstifte (3, 4) angeordnet sind, mittels derer das Formteil (1) auf Abstand von der umgebenden Wandung (5) gehalten ist, wobei die Zentrierstifte (3, 4) axial verschieblich angeordnet sind und zum Formteil (1) hin und von diesem weg verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem dem Formteil (1) abgewandten Ende der Zentrierstifte (3, 4) und einer Gegenlagerfläche (11) der Aufnahme des jeweiligen Zentrierstiftes (3, 4) eine Schraubenfeder (10) angeordnet ist, mittels derer der Zentrierstift (3, 4) gegen das Formteil (1) andruckbar ist, und dass der Zentrierstift (3, 4) in dem Bereich, der zwischen der Wandung des Werkzeuges und dem am Formteil (1) abstützbaren Ende liegt, Strömungsflächen und/oder Differenzdruckflächen aufweist, so dass der Zentrierstift (3, 4) durch die eingespritzte Kunststoffmasse (6) vom Formteil (1) abhebbar und entgegen der Kraft der Schraubenfeder (10) verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (10) in der vom Formteil (1) abgehobenen Lage des Zentrierstiftes (3, 4) auf Block zusammengedrückt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierstift (3, 4) zur Bildung der Strömungsflächen und/oder Differenzdruckflächen eine kegelige Spitze und/oder eine gegenüber dem Schaft radial vorragende, mit Abstand von der Spitze des Zentrierstiftes (3, 4) beginnende und sich über die gesamte restliche Schaftlänge erstreckende Fläche aufweist.
Vorrichtung nach Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierstifte und/oder die die Zentrierstifte (3, 4) umgebende Wandung oder Führung (8) insbesondere elektrisch beheizbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierstifte (4) jeweils von einer Führungshülse (8) umgeben sind, die aus einer Grundstellung, in der die Stirnfläche der Führungshülse (8) etwa bündig in der Wandfläche (5) der Kavität liegt, in eine Arbeitsstellung verschieblich ist, in der sie dem Formteil (1) angenähert ist, und dass die Führungshülse (8) mittels einer Steileinrichtung verschieblich ist, die in Abhängigkeit der Zurückverstellung der Zentrierstifte (4) eine Vorverstellung der Führungshülse (8) bewirkt.