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