DE4105687C2 - Spritzgießverfahren und Einrichtung zur Herstellung eines Spritzgießteils mit einer Bohrung bzw. Ausnehmung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Spritzgießteiles mit einer Bohrung bzw. Ausnehmung. Die Erfindung betrifft ferner eine Spritzgießeinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

In einer Spritzgießform für Kunststoffteile besteht der herkömmliche Weg zur Herstel­ lung einer Bohrung bzw. Durchgangsausnehmung in einem Spritzgießteil entweder darin, einen Stift in einem Formhohlraum vor dem Spritzgießen zu befestigen, der so gestaltet ist, daß er eine der Bohrungsinnenoberflächen, die hergestellt werden soll, entsprechende Außenoberfläche besitzt oder indem sich an das Herausnehmen des Gegenstandes aus der Form ein Bohrungsschritt anschließt.

Bei dem vorerwähnten Verfahren der Befestigung eines Stiftes in einem Formhohl­ raum strömt jedoch das geschmolzene Kunststoffmaterial in den Formhohlraum rund um den Stift und fließt aus entgegengesetzten Richtungen zusammen und bildet eine linienförmige Markierung oder Verbindungs- bzw. Gießmarkierung. Bisher war es un­ möglich, diese Gießmarkierung vollstandig zu beseitigen. Außerdem weist die Gieß­ markierung nicht nur ein schlechtes Aussehen auf, sondern bildet auch eine Schwachstelle verminderter Festigkeit und erfordert eine verstärkende Verdickung des Spritzgießteiles in diesem Bereich.

Das vorerwähnte Verfahren des anschließenden Bohrens wird ausgeführt, um solch eine Gießmarkierung zu vermeiden. Das anschließende Bohren der Bohrung wird durchgeführt, nachdem die Form abgekühlt ist und der Gegenstand aus der Form herausgenommen wurde. Obwohl dieses Verfahren sehr weitverbreitet ist und eine Gießmarkierung ausbleibt, ist es kein sehr günstiges Verfahren, da es zusätzliche Schritte nach dem Spritzgießen erfordert, beträchtliche Produktionskosten nach sich zieht und eine Erhöhung des Anteiles fehlerhafter Gegenstände, die Risse oder Krat­ zer aufweisen, bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgießverfahren und eine Spritz­ gießvorrichtung zur Herstellung eines Spritzgießteiles mit einer Bohrung bzw. einer Ausnehmung anzugeben, welches keine Gießmarkierungen erzeugt und keine Nach­ bearbeitung der spritzgegossenen Oberfläche im Bereich der Bohrung bzw. Ausneh­ mung erfordert.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Spritz­ gießverfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Hinsichtlich der Spritzgießeinrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ei­ ne Spritzgießeinrichtung mit den in Patentanspruch 8 angegebenen Merkmalen ge­ löst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung von Hauptteilen einer Form zur Ausführung eines Spritzgießverfahrens nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie II-II nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie III-III in Fig. 2.

Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 ist in dieser eine Form gezeigt, die einen einzigen Formhohlraum aufweist, wobei diese Form verwendet wird, um ein Spritzgießverfah­ ren zur Herstellung einer Ausnehmung bzw. Durchgangsausnehmung oder Bohrung in einem Kunststoffspritzgießteil auszuführen. Die Form weist eine bewegliche Form­ hälfte 19, eine feste Formhälfte 20, einen beweglichen Formeinsatz 12, der lösbar in der festen Formhälfte 20 montiert ist, einen festen Formeinsatz 13, der lösbar in der festen Formhälfte 20 montiert ist, einen Angußkegel 24, einen Anschnitt 33, einen Verteiler 25, der den Angußkegel 24 mit dem Anschnitt 33 verbindet, einen Stempel 2 zur Bohrungsherstellung und einen Vorspannstempel 6 zur Bohrungsherstellung auf. Die bewegliche Formhälfte 19 kann von der festen Formhälfte 20 weg bewegt werden, um die Form zu öffnen. Die feste Formhälfte 20 ist an einer Vorrichtung (nicht gezeigt) befestigt. In dem gezeigten Zustand befindet sich die bewegliche Formhälfte 19 in Kontakt mit der festen Formhälfte 20. Kunststoff 1 wird in den Formhohlraum 21 ein­ gespritzt,um einen Gegenstand 23 herzustellen. Der Teil des Spritzgießteiles 23, der an der herzustellenden Bohrung 22 angeordnet ist, ist durch das Bezugszeichen 30 bezeichnet. Der Stempel 2 zur Herstellung der Bohrung ist gleitbar in eine Bohrung 31 eingesetzt, die in dem beweglichen Formeinsatz 12 ausgebildet ist, der einen Teil der beweglichen Formhälfte 19 bildet. Die Bohrung 31 ist so ausgebildet, daß sie mit der Bohrung 32 in axialer Richtung übereinstimmt, in der die bewegliche Formhälfte 19 geöffnet und geschlossen wird.

Die Bohrung 31 ist so angeordnet, daß der Abschnitt 30 des Spritzgießteiles durch den Stempel 2 abgetrennt wird. Der feste Formeinsatz 13 wirkt mit dem beweglichen Formeinsatz 12 zusammen, um den Formhohlraum 21 zu bilden. Der feste Formein­ satz 13, der einen Teil der festen Formhälfte 20 bildet, ist mit einer Bohrung 32 verse­ hen, die in axialer Übereinstimmung mit der Bohrung 31 angeordnet ist, wobei in die­ ser axialen Richtung die bewegliche Formhälfte 19 geöffnet und geschlossen wird. Der Vorspannstempel 6 ist gleitbar in die Bohrung 32 eingesetzt, derart, daß seine Oberfläche 26 in Kontakt mit dem Kunstharz 1 bringbar ist, das zwischen die beiden Oberflächen der zwei Stempel 2 und 6 eingefüllt wird.

Die Form enthält außerdem einen hydraulischen Servozylinder 18 und einen hydrauli­ schen Vorspannzylinder 7, an denen der Stempel 2 zur Bohrungsherstellung und der Vorspannstempel 6 zur Bohrungsherstellung jeweils gehalten sind. Wenn der Stempel 2 mit hoher Frequenz schwingt bzw. vibriert, wird die Schwingung über das Kunstharz 1, das zwischen die beiden Stempel 2 und 6 eingefüllt ist, synchron mit der Bewegung des Stempels 2 auf den Stempel 6 übertragen, so daß dann, wenn der Stempel 2 mit hoher Frequenz schwingt, der Vorspannstempel 6 in vergleichbarer Weise ebenfalls vibriert bzw. schwingt. Der Stempel 2 wird unabhängig von dem beweglichen Form­ einsatz 12 angetrieben. Der Vorspannstempel 6 kann sich relativ zu dem festen Formeinsatz 13 bewegen.

Wie ebenfalls in Fig. 1 gezeigt ist, sind eine Auswerferplatte 27, ein Angußverteiler-Aus­ werferstift 14, angeordnet an der Stelle des Anschnittes, ein Gießkegel-Aus­ werferstift 15, ein Spritzgießteil-Auswerferstift 16, eine hydraulische Servozylin­ derstange 3, ein Verbindungsadapter 9 für den hydraulischen Servozylinder und ein Servoventil 8 vorgesehen. Ein Ende jedes der Auswerferstifte 14,15 und 16 ist an der Auswerferplatte 27 befestigt. Die Auswerferstifte 14 bis 16 erstrecken sich durch die bewegliche Formhälfte 19 oder den Stempel 2 zur Bohrungsherstellung und durch die hydraulische Servozylinderstange 3. In der Querschnittsdarstellung von Fig. 2 sind die Stellen der Auswerferstifte 14 bis 16 jeweils durch die Bezugszeichen 14′, 15′ und 16′ angegeben.

Fig. 3 zeigt die Verbindung des Stempels 2 zur Bohrungsherstellung mit dem hydrauli­ schen Servozylinder 18. Der Stempel 2 ist mit der hydraulischen Servozylinderstange 3 durch den Verbindungsadapter 9 für den hydraulischen Servozylinder verbunden. Der Zylinder 18 ist fest in der beweglichen Formhälfte 19 befestigt und wird durch eine - nicht gezeigte - Vorrichtung und das Servoventil 8 betätigt. Somit können der Ver­ bindungsadapter 9 und der Stempel 2 mit hoher Frequenz vibriert bzw. in Schwingung versetzt oder hin- und herbewegt werden.

Der hydraulische Vorspannzylinder 7 ist fest in der festen Formhälfte 20, betätigt durch eine Vorrichtung (nicht gezeigt), befestigt. Die Bewegung des Stempels 2 zur Bohrungsherstellung wird so auf den Vorspannstempel 6 zur Bohrungsherstellung über das eingespritzte Kunstharz 1 zwischen den beiden Stempeln 2, 6 übertragen, derart, daß der Vorspannstempel 6 veranlaßt wird, sich in einer Weise synchron mit dem Stempel 2 zu bewegen. Die Zylinder 18 und 19 können auch jeweils außerhalb der Formhälfte 19 und 20 montiert bzw. angeordnet sein.

Wenn begonnen wird, den Kunststoff von dem vorderen Ende der Düse einer hier nicht gezeigten Spritzgießmaschine in den Angußkegel 24 einzuspritzen, strömt der Kunststoff 1 durch den Angußkegel 24, den Verteiler 25 und den Anschnitt 33. Anschlie­ ßend füllt der Kunststoff 1 den Formhohlraum 21.

Während des Einspritzens oder der Haltezeit werden der Stempel 2 zur Bohrungs­ herstellung und der Vorspannstempel 6 zur Bohrungsherstellung in den gezeigten Stellungen durch den hydraulischen Servozylinder 18 bzw. durch den hydraulischen Vorspannzylinder 7 gehalten. Nach Abschluß des Einfüllvorganges wird der Abküh­ lungsschritt durchgeführt, während der Druck aufrechterhalten bleibt. Da Kunststoffe kontrahieren, wenn sie abgekühlt werden, muß zusätzlicher Kunststoff während des Halteschritts bzw. Verdichtungsschritts in den Formhohlraum 21 eingeführt werden. Der Kunststoff wird abgekühlt und verfestigt sich rund um den Anschnitt 33, so daß eine Abdichtung des Anschnittes 33 vervollständigt wird. Da der Querschnitt des An­ schnittes 33 kleiner ist als ein Querschnitt an einer beliebigen anderen Stelle inner­ halb des Formhohlraumes 21, kühlt der Kunststoff am Anschnitt 33 schneller ab als der Kunststoff, welcher das Spritzgießteil bildet. Daher geht nach der Abdichtung des Anschnittes 33 die Wirkung der Verdichtung bzw. des Haltens verloren. Infolgedessen wird das Spritzgießteil 23 in keiner Weise beeinflußt oder beeinträchtigt, wenn der Kunststoff zur Bildung einer Ausnehmung oder Bohrung in Verbindung mit oder nach Abschluß der Abdichtung, d. h. sowohl während des Halteschrittes als auch während des anschließenden Abkühlschrittes, veranlaßt wird. Nachdem der Anschnitt 33 voll­ ständig abgedichtet worden ist,wird der Servozylinder 18 durch eine hier nicht gezeig­ te Vorrichtung mit hoher Frequenz in Vibration bzw. in Schwingung versetzt. Die hin- und hergehende Bewegung des Zylinders 18 versetzt mit hoher Frequenz den Ver­ bindungsadapter 9 des hydraulischen Servozylinders und den Stempel 2 zur Boh­ rungsherstellung in Schwingung. Die Schwingungsenergie erwärmt und erweicht den Kunststoff an der Grenze zwischen dem Formhohlraum 21 und den beiden Stempeln 6 und 2.

Wenn der Kunststoff in dem vorerwähnten Grenzbereich erweicht, werden die Stem­ pel 2 und 6 zur Bohrungsherstellung verlagert, um die Bohrung 22 in dem Kunststoff­ teil 23 auszubilden. Da das Erweichen und Trennen des Kunstharzes in wenigen Se­ kunden abgeschlossen sind, können die beiden Schritte gleichzeitig mit dem Abküh­ len des Spritzgießteiles ausgeführt werden. Auf diese Weise wird die Produktivität ge­ genüber der Produktivität bei dem Spritzgießen nach dem Stand der Technik nicht beeinträchtigt oder verschlechtert.

Nachdem das Entfernen des Angusses und die Abkühlung abgeschlossen sind, wer­ den die bewegliche Formhälfte 19 und der bewegliche Formeinsatz 12 veranlaßt, sich voneinander weg zu bewegen, um die Form zu öffnen, in gleicher Weise, wie das beim normalen Spritzgießen der Fall ist. Das Spritzgießteil 23, der Anschnitt 33 und der Angußverteiler 25 werden herausgenommen. Somit ist der Spritzgießprozeß abge­ schlossen. Der Stempel 2 zur Bohrungsherstellung und der Vorspannstempel 6 zur Bohrungsherstellung werden in ihre Ausgangspositionen durch Vorrichtungen (nicht gezeigt) vor dem nächsten Formschließen oder Verspannen der Formhälften zurück­ geführt. Auf diese Weise werden die Vorbereitungen für den nächsten Spritzgießzy­ klus ausgeführt.

Außerdem kann nach dem Schritt zur Bohrungsherstellung und vor dem Öffnen der Formhälften der Stempel 2 zur Bohrungsherstellung mit hoher Frequenz durch den Servozylinder 18 über den Verbindungsadapter 9 des hydraulischen Servozylinders 18 für eine kurze Zeitspanne vibriert bzw. in Schwingungen versetzt werden, so daß die Kunstharzinnenoberfläche der Bohrung 22 in Kontakt mit dem Stempel 2 ist und gegen die Seitenoberfläche des schwingenden Stempels 2 reibt. Im Ergebnis dessen wird die Innenoberfläche der Bohrung 22 noch glatter endbearbeitet. Es ist auch mög­ lich, den Stempel 2 zur Bohrungsherstellung langsam für eine kurze Zeitspanne hin- und herzubewegen, um dieselbe glatte Innenoberfläche der Bohrung 22 zu erhalten.

Eine weitere Modifikation des Spritzgießverfahrens wird nunmehr erläutert. Dieses Spritzgießverfahren verwendet die Form, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, in der glei­ chen Weise, wie das Verfahren, das bereits erläutert wurde. Wenn begonnen wird, geschmolzenen Kunststoff in den Angußtrichter 24 von dem Vorderende der Düse ei­ ner hier nicht gezeigten Spritzgießmaschine einzuspritzen, strömt der geschmolzene Kunststoff 1 durch den Angußkegel 24, den Verteiler 25, den Anschnitt 33, um den Formhohlraum 21 auszufüllen. Wenn der Füllvorgang abgeschlossen ist, beginnt der Kunststoff sich abzukühlen, während der Druck aufrechterhalten bleibt. Wenn der Kunststoff beginnt, sich abzukühlen und an dem Anschnitt 33 zu erstarren, bevor der Anschnitt 33 abgedichtet ist, nimmt die Viskosität des Kunststoffes am Anschnitt 33 stark zu. In diesem Zustand ist es möglich, die Kontraktion bzw. Schwingung durch den Haltevorgang zu kompensieren, der Kunststoff ist jedoch ausreichend weich, um abgetrennt zu werden.

Der Kunststoff hat üblicherweise den kleinsten Querschnitt am Anschnitt 33 und kühlt dort zuerst ab und erstarrt an dieser Stelle zuerst. Daher ist der Kunststoff zu hart, um in den Formhohlraum 21 mit dem Haltedruck eingedrückt zu werden, jedoch ausrei­ chend weich, um während der Zeitdauer, die mit dem Ablauf einer bestimmten Zeit­ spanne vom Beginn des Halte- bzw. Verdichtungsschrittes beginnt, geschnitten bzw. abgetrennt zu werden. Während dieser Zeitspanne wird der Stempel 2 zur Bohrungs­ herstellung in axialer Richtung, in der die bewegliche Formhälfte 19 geöffnet und ge­ schlossen wird, durch den hydraulischen Servozylinder 18 in den Formhohlraum hin­ ein bewegt, um die Bohrung 22 herzustellen. Nachdem der Stempel 2 für die Boh­ rungsherstellung verlagert ist, wird der Zylinder 18 betätigt um den Stempel 2 mit ho­ her Frequenz für eine lediglich kurze Zeit in Schwingung zu versetzen. Gerade wenn der Kunststoff in der Bohrung 22 entfernt ist, ist die durch diese Materialentfernung freigelegte Oberfläche noch weich, und die Seitenoberflächen der Stempel 2 und 6 für die Bohrungsherstellung sind in Kontakt mit und reiben gegen die freiliegende In­ nenoberfläche der Bohrung 22, um die Innenoberfläche der Bohrung 22 des Kunst­ stoffspritzgießteiles einer Feinbehandlung in der Art eines Läppens zu unterziehen. Somit wird die Innenoberfläche der Bohrung so endbearbeitet, daß sie einen Glanz erhält. Der Schneid- bzw. Trennschritt und das anschließende Reiben werden in nur wenigen Sekunden abgeschlossen, so daß die Produktivität nicht gegenüber der Pro­ duktivität eines Spritzgußvorganges nach dem Stand der Technik leidet. Da der Kunststoff mit der Bohrung versehen wird, wenn die Wirkung der Nachdruckzeit be­ endet ist, wird das Spritzgießteil hierdurch in keiner Weise nachteilig beeinflußt.

Abhängig von der Art des Kunststoffes kann der Stempel 2 zur Bohrungsherstellung langsam hin- und herbewegt werden, um die Seitenoberfläche des Stempels 2 zur Bohrungsherstellung gegen die Innenoberfläche der Bohrung 22 zu reiben, anstelle dem Stempel 2 während des Reibschrittes nach dem Bohrungsherstellungsschritt ei­ ne hochfrequente Schwingung aufzuprägen. Auch in diesem Fall wird eine gute glän­ zende Innenoberfläche der Bohrung 22 erhalten. Nach den Schritten der Bohrungs­ herstellung und des Innenreibens wird die Form in der gleichen Weise wie bei einem herkömmlichen Spritzgießprozeß geöffnet. Das Spritzgießteil, der Anschnitt und der Angußverteilerwerden anschließend aus dem Formhohlraum 21 herausgenommen, so daß der Spritzgießvorgang beendet wird. Der Stempel 2 zur Bohrungsherstellung und der Vorspannstempel 6 werden in ihre ursprünglichen Stellungen durch Vorrich­ tungen (nicht gezeigt) zurückgeführt, ehe das nächste Formschließen folgt. Auf diese Weise werden Vorbereitungen für den nächsten Spritzgießvorgang getroffen.

Claims (9)

1. Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Spritzgießteiles (23) mit einer Bohrung oder Ausnehmung (22), mit den Verfahrensschritten:
Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff (1) in einen Formhohlraum (21) einer Form (19, 20),
Abkühlen des eingespritzten Kunststoffs bis zur Erstarrung des Anschnitts, danach
Aufbringen einer hochfrequenten Schwingung auf einen mit dem eingespritzten Kunststoff im Bereich der herzustellenden Bohrung oder Ausnehmung in Anlage be­ findlichen beweglichen Stempel (2,6) zur Erweichung des Kunststoffs und Eindrücken des Stempels (2,6) in den Kunststoff (1) zur Ausbildung der Bohrung oder Ausneh­ mung.

2. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (2, 6) nach Ausbildung der Bohrung oder Ausnehmung eine hin- und hergehende Be­ wegung zur Feinbearbeitung der Bohrung oder Ausnehmung ausführt.

3. Spritzgießverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hin- und hergehende Bewegung des Stempels eine hochfrequente Schwingung ist.

4. Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Spritzgießteiles (23) mit einer Bohrung oder Ausnehmung (22), mit den Verfahrensschritten:
Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff (1) in einen Formhohlraum (21) einer Form (19, 20),
Abkühlen des eingespritzten Kunststoffes bis zur Erstarrung des Anschnittes,
Eindrücken des Stempels (2, 6) in den Kunststoff (1) zur Ausbildung der Bohrung oder Ausnehmung und anschließend
Feinbearbeiten der Bohrung oder Ausnehmung durch hin- und hergehende Bewe­ gung des Stempels (2, 6).

5. Spritzgießverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hin- und hergehende Bewegung des Stempels (2, 6) eine hochfrequente Schwingung ist.

6. Spritzgießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eingespritzte Kunststoff zweiseitig mit einem Paar gegenüberliegender Stempel (2, 6) beaufschlagt wird.

7. Spritzgießverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (2, 6) zueinander synchron in Schwingung versetzt werden.

8. Spritzgießeinrichtung zum Herstellen eines Spritzgießteiles mit einer Bohrung bzw. Ausnehmung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 4, mit gegenüberliegenden Formteilen, in denen zwei gegenüberliegende, entlang ei­ ner gemeinsamen Achse längsbewegliche Stempel (2, 6) gleitbar aufgenommen sind, wobei der eine Stempel (2) mit einer eine Längsbewegung oder hochfrequente Schwingung des Stempels (2) erzeugenden Antriebsvorrichtung und der andere Stempel (6) mit einer Vorspanneinrichtung verbunden ist.

9. Spritzgießeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stempel (2, 6) jeweils in einer Bohrung (31, 32) parallel zu einer Formschließrichtung in den zugeordneten Formteilen verschieblich gelagert sind, wobei die Antriebsvorrich­ tung ein hydraulischer Servozylinder (18) und die Vorspanneinrichtung ein hydrauli­ scher Vorspannzylinder (7) ist.