Spritzausserzeuanisses mit einem langen, dünnen Kanal

Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung von Spritzgusserzeugnissen mit langen, dünnen Kanälen.

Technischer Hintergrund

Spritzgusswerkzeuge zur Herstellung Spritzgusserzeugnisse umfassen in der Regel eine Matrizenhalteplatte, welche mindestens eine kavitätsbildende Matrize aufweist, und eine Kernhalteplatte, welche mindestens eine Kerneinheit mit kavitätsbildendem Kern aufweist. Die Matrize definiert dabei typischerweise eine äussere Oberfläche des Spritzgusserzeugnisses. Der Kern definiert dabei typischerweise eine innere Oberfläche des Spritzgusserzeugnisses.

Zur Herstellung von Spritzgusserzeugnissen, die einen länglichen, dünnen Kanal aufweisen ist ein entsprechend langer, dünner Kernstift erforderlich. Der minimale Durchmesser des Kernstiftes - und somit der minimale Durchmesser des Kanals - ist jedoch begrenzt, weil ein zu dünner Kernstift nicht genügend biegesteif ist und beim Einspritzen der Kunststoffschmelze aus der zentralen Lage in der Matrize weggedrückt wird. Dieses Wegdrücken führt zu ungleichmässigen Wandstärken des Kanals bis hin zu Durchbrüchen in der Kanalwand, wenn der Kernstift gegen die Matrizenwand gedrückt wird .

Die Herstellung eines Spritzgusserzeugnisses mit einem dünnen, länglichen Kanal, z. B. mit einer Länge von mehreren Zentimetern und mit einem Innendurchmesser von ca. 1 mm, ist daher, ohne erheblichen Ausschuss zu erzeugen, kaum möglich. Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spritzgusswerkzeug und ein Verfahren anzugeben, mit welchem Spritzgusserzeugnisse mit länglichen, dünnen Kanälen herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Spritzgusswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Das Spritzgusswerkzeug mit einer kavitätsbildenden Matrize und einem kavitätsbildenden Kernstift, welche zusammen wenigstens einen Teil einer Kavität ausbilden, umfasst mindestens eine Kernzentrierungseinrichtung zur Zentrierung und Stützung des Kernstifts. Die Kernzentrierungseinrichtung umfasst mindestens einen in einer Bohrung der kavitätsbildenden Matrize geführten Haltestift, welcher in einer eingefahrenen Stellung den Kernstift mit einer Stirnfläche kontaktiert und in einer ausgefahrenen Stellung, derart zurückgezogen ist, dass die Stirnfläche nicht über eine Innenoberfläche der kavitätsbildenden Matrize hinausragt, in welcher die Bohrung endet.

Mit dem mindestens einen Haltestift kann ein Wegdrücken des Kernstifts verhindert werden, indem der Haltestift gegen den Kernstift anliegt und diese so in einer zentrierten Lage innerhalb der Matrize stützt. Die Herstellung von Spritzgusserzeugnissen mit langen, dünnen Kanälen wird ermöglicht, indem die Haltestifte kurz bevor der Spritzvorgang zu Ende ist, in die ausgefahrene Stellung oder eine teilweise ausgefahrene Stellung, in welcher die Stirnfläche vom Kernstift beabstandet ist und vollständig über die Innenoberfläche der kavitätsbildenden Matrize hinausragt, gezogen werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kavität um den Kernstift nahezu vollständig gefüllt. Die immer noch flüssige Schmelze füllt die durch das Ausfahren der Haltestifte entstandenen Lücken und der Spritzvorgang wird abgeschlossen. Anschliessend kann das Spritgusserzeugnis entformt werden. Sofern der Haltestift sich in der teilweise ausgefahren Stellung befindet, wird dieser vor dem Entformen in die vollständig ausgefahrene Stellung gezogen.

Bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. In einigen Ausführungsformen kann die kavitätsbildende Matrize im Bereich der Bohrung derart ausgestaltet sein, dass die Stirnfläche des Haltestift in einer ausgefahrenen Stellung mit der kavitätsbildenden Oberfläche der Matrize bündig abschliesst, so dass in Entformungsrichtung des Spritzgusserzeugnis kein Hinterschnitt am Spritzgusserzeugnis oder in der kavitätsbildenden Matrize entsteht.

Durch den bündigen Abschluss der Stirnfläche des Haltestifts mit der Oberfläche der kavitätsbildenden Matrize ergibt sich kein Hinterschnitt, welcher ein Entformen des Spritzgusserzeugnissen verhindert oder zumindest stark erschweren würde. Auf diese Weise kann auf die teilweise ausgefahrene Stellung verzichtet werden und das Werkzeug ist einfacher im Aufbau. Würde nämlich die Stirnfläche nicht bündig abschliessen, würde bei einen Verfahren ohne teilweise ausgefahrener Stellung entweder eine Vertiefung in der Matrize entstehen oder eine Teil des Stifts würde in das Spritzgusserzeugnis hineinreichen. Beides verhindert ein einfaches Entformen des Spritzgusserzeugnisses.

In einigen Ausführungsformen kann die Stirnfläche komplementär zur einer Kontaktfläche des Kernstifts geformt sein und die Form der Umrandung der Kontaktfläche des Haltestifts der Form der Umrandung der Bohrung an der kavitätsbildenden Oberfläche der Matrize entsprechen.

In einigen Ausführungsformen kann der Haltestift ein vorderes Ende mit einer konkaven Einbuchtung zur Ausbildung der Stirnfläche aufweisen und ein Innenradius der Stirnfläche des Haltestifts komplementär zum Aussenradius des Kernstifts im Bereich der Kontaktfläche sein. D.h. die Stirnfläche weist eine Innenradius auf, welcher dem Aussenradius des Kernstifts entspricht und kann so den Kernstift vollflächig kontaktieren.

In einigen Ausführungsformen kann die kavitätsbildende Matrize eine Vertiefung, vorzugsweise eine parallel zum Kernstift ausgerichtete Rinne, aufweisen, deren Innenradius im Bereich der Bohrung dem Aussenradius des Kernstifts im Bereich der Kontaktfläche entspricht.

In einigen Ausführungsformen kann das Spritzgusswerkzeug zwei Kernzentrierungseinrichtungen mit jeweils einem Haltestift aufweisen. Bevorzugt sind die Haltestifte koaxial ausgerichtet und in Bezug auf die Längsachse des Kernstifts diametral angeordnet, so dass der Kernstift von zwei gegenüberliegenden Seiten gehalten ist. Ein Wegdrücken ist kaum mehr möglich.

Ist der Kernstift sehr lang oder sehr dünn, können mehrere Kernzentrierungseinrichtungen in Längsrichtung des Kernstift nacheinander angeordnet sein, oder die Kernzentrierungseinrichtung weist zwei Haltestift auf, welche in Längsrichtung des Kernstifts nacheinander angeordnet sind.

In einigen Ausführungsformen kann der Haltestift im rechten Winkel zum Kernstift verschiebbar angeordnet sein.

In einigen Ausführungsformen kann die Kernzentrierungseinrichtung einen vorderen Anschlag zur Begrenzung der eingefahrenen Stellung des Haltestifts und/oder einen hinteren Anschlag zur Begrenzung der ausgefahrenen Stellung des Haltestifts aufweisen.

In einigen Ausführungsformen kann die Kernzentrierungseinrichtung einen Sensor, vorzugsweise einen Kontaktsensor, aufweisen, welcher die ausgefahrenen Stellung des Haltestifts erkennt. Damit kann sichergestellt werden, dass das Werkzeug erst nach vollständigem Ausfahren aller Haltestifte geöffnet wird .

Typischerweise ist der Kernstift leicht konisch geformt, dass er einfach aus dem Spritzgusserzeugnis ausgezogen werden kann. Der Kernstift kann bei geschlossenem Werkzeug an einem oder ein beiden Enden gehalten sein.

Die Erfindung betrifft weiter ein Spritzgusserzeugnis mit einem durch einen Kernstift gebildeten Kanal, hergestellt mit dem voran beschriebenen Spritzgusswerkzeug . Das Spritzgusserzeugnis kann einen länglichen, vorzugsweise rohrförmigen, Kanalabschnitt aufweisen, an dessen Aussenseite einen in axialer Richtung des Kanalabschnitts verlaufender Vorsprung, z. B. in Form einer Rippe, angeordnet ist, wobei der Aussenradius des Vorsprungs dem Innenradius des Kanalabschnitts senkrecht zur Längsachse des Kanals entspricht. Abhängig von der Positionierung der Haltestifte können die Rippen in der Länge variieren. Bei einem exzentrischen Kanal, z.B. wenn eine Kanalabschnitt zwei unterschiedlichen Kanäle aufweist, können die Rippen/Vorsprünge entsprechen gegenüber der Längsachse seitlich verschoben angeordnet sein. Der Kanal des Spritzgusserzeugnisses kann durchgehend mit beidseitig axialen Durchgangsöffnungen ausgebildet sein oder er kann an einer Seite eine seitliche Durchgangsöffnung aufweisen.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgusserzeugnisses mit einem länglichen Kanal. Das Verfahren umfasst die Schritte : (a) Einfahren eines kavitätsbildenden Kernstifts in eine kavitätsbildende Matrize; (b) Verschieben mindestens eines Haltestifts in eine eingefahrene Stellung, um eine Kontaktfläche des Kernstifts mit einer komplementären Stirnfläche des Haltestift in Kontakt zu bringen; (c) Einspritzen mindestens einer Kunststoffschmelze bis wenigstens ein Bereich einer durch den Kernstift und die Matrize ausgebildete Kavität annähernd vollständig gefüllt ist; (d) Verschieben des mindestens einen Haltestifts in eine ausgefahrene Stellungen, in welcher die Stirnfläche bündig mit einer Innenoberfläche der kavitätsbildenden Matrize abschliesst oder eine teilweise ausgefahrene Stellung, in welcher die Stirnfläche vom Kernstift beabstandet ist und vollständig über die Innenoberfläche der kavitätsbildenden Matrize hinausragt; (e) Abschliessen des Einspritzens der mindestens einen Kunststoffschmelze bis die Kavität vollständig gefüllt ist; (f) gegebenenfalls Verschieben des mindestens einen Haltestifts in eine vollständig ausgefahrene Stellung, in welcher der Haltestift derart zurückgezogen ist, dass die Stirnfläche nicht über die Innenoberfläche der kavitätsbildenden Matrize hinausragt, sofern der Haltestift in der teilweise ausgefahrenen Stellung war; und (g) Entformen des Spritzgusserzeugnisses.

Kurze Erläuterung zu den Figuren Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der(n) Zeichnung(en) näher erläutert werden. Es zeigen : eine perspektivische Teilansicht eines Spritzgusserzeugnisses mit einem länglichen Kanalabschnitt;

eine Schnittdarstellung entlang I-I durch den Kanalabschnitt aus Fig . i ;

eine perspektivische Teilansicht des Spritzgusserzeugnisses aus Fig . 1 und zweier Haltestifte;

eine Schnittdarstellung entlang II-II aus Fig . 2;

eine Schnittdarstellung durch einen Kanalabschnitt mit zwei Kanälen;

unter (a) ein Schnittdarstellung eines Spritzgusswerkzeugs mit Zentrierungseinrichtung und unter (b) eine Detailansicht A aus Fig . 6(a);

unter (a) ein Schnittdarstellung entlang III-III des Spritzgusswerkzeugs aus Fig . 6 und unter (b) eine Detailansicht B aus Fig . 7(a); und

unter (a) ein teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht des Spritzgusswerkzeugs aus Fig . 6 und unter (b) eine Detailansicht C aus Fig . 8(a).

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Spritzgusserzeugnisses mit einem länglichen Kanalabschnitt 1. Fig . 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang I-I durch den Kanalabschnitt aus Fig. 1. Fig .3 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Spritzgusserzeugnisses aus Fig . 1 und zwei Haltestifte 31 wie sie im Spritzgusswerkzeug relativ zum Spritzgusserzeugnis angeordnet sind. Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang II-II aus Fig . 2.

Der Kanalabschnitt 1 bildet in der gezeigten Ausführungsform einen in axialer Richtung durchgehenden Kanal 4 mit beidseitigen Durchgangsöffnungen aus. An der Aussenseite 2 des Kanalabschnitts ist eine längliche, in axialer Richtung des Kanals 4 verlaufende Rippe 3 angeformt, deren Funktion weiter unten erläutert wird.

Der Kanal 4 weist üblicherweise eine leicht konische Form mit einer Neigung von ca. 2 Grad auf, so dass ein zur Ausbildung des Kanals 4 notwendiger kavitätsbildender Kernstift 11 (vgl. z.B. Fig . 6) nach dem Spritzgussvorgang einfach in eine Entformungsrichtung A herausgezogen werden kann. Der Kernstift 11 ist wenn möglich beidseitig im geschlossenen Werkzeug gehalten. Soll ein Kanal, welcher mehrere Zentimeter lang sein kann, mit einem geringen Durchmesser von z. B. ca. 1 mm gefertigt werden, ist der Kernstift 11 meist nicht genügend biegesteif und beim Spritzvorgang kann es vorkommen, dass dieser aus einer zentralen Lage weggedrückt wird . Um ein solches Wegdrücken zu verhindern, weist das Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des Spritzgusserzeugnisses mit länglichen Kanalabschnitt 1 zwei Kernzentrierungseinrichtungen 30 (vgl. z. B. Fig . 6) mit jeweils einem Haltestift 31 auf. In den Figuren 3 und 4 sind die Haltestifte 31 in derart dargestellt, wie sie im Spritzgusswerkzeug relativ zum Spritzgusserzeugnis angeordnet sind. Die beiden Haltestifte 31 sind im Bereich der angeformten Rippen 3 angeordnet. Diese Rippen 3 sind derart geformt, dass sie keine Hinterschnitte bilden und das Kunststofferzeugnis einfach entformt werden kann. Je nach Positionierung der Haltestifte können sie länger oder kürzer sein.

Um den Kernstift 11 in der zentralen Lage zu fixieren, werden die beiden Haltestifte 31 vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze in einer eingefahrenen Stellung an den Kernstift angelegt. Erst wenn die Kavität 12 (vgl. z. B. Fig. 6), welche den Kanalabschnitt 1 ausbildet beinahe vollständig gefüllt ist, werden die beiden Haltestifte 31 in eine ausgefahrenen Stellung bewegt und die dabei entstehende Lücke im Spritzgusserzeugnis wird mit der noch flüssigen Kunststoffschmelze gefüllt. In Fig. 4 ist dieser Vorgang schematisch dargestellt. Auf der linken Seite ist der Kernstift 11 in der eingefahrenen Stellung gezeigt. Auf der rechten Seite ist der Kernstift 11 in der ausgefahrenen Stellung gezeigt.

Damit die beiden Haltestifte 31 in der eingefahren Stellung mit dem Kernstift 11 satt abschliessen, weisen sie am vorderen Ende 33 eine konkav geformte Stirnfläche 32 auf, welche eine Innenradius aufweist, die dem Aussenradius des Kernstifts 11 resp. dem Innenradius 5 des Kanals 4 entspricht.

Damit die beiden Haltestifte 31 in der ausgefahrenen Stellung nicht in das Spritzgusserzeugnis eingetaucht bleiben und auch keinen Vertiefung in der kavitätsbildenden Matrize 10 ausbilden, weist die angeformte Rippe 3 einen Aussenradius 6 auf, welcher ebenfalls dem Innenradius 5 des Kanals 4 resp. dem Aussenradius des Kernstifts 11 resp. dem Innenradius der Stirnfläche 32 entspricht auf. Auf diese Weise schliesst die Stirnfläche 32 des Haltestifts 31 bündig mit der kavitätsbildenden Matrize ab. Ein Eintauchen der Haltestifte 31 oder eine Vertiefung resp. eine Hinterschnitt in der Kavitätswand wird verhindert.

Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Kanalabschnitt 1 mit zwei Kanälen. In Unterschied zum voran beschriebenen Spritzgusserzeugnis sind hier zwei Kanäle ausgebildet. Ein sichelförmiger Kanal 7, welcher aufgrund der Sichelform genügend biegesteif ist, und ein kreisrunder, exzentrisch angeordneter Kanal 4. Der Kanal 4 wird ebenfalls durch eine dünnen Kernstift ausgebildet, welcher beidseitig mit Haltestiften gestützt ist. Dazu weist der Kanalabschnitt zwei angeformte Vorsprünge 3 auf, deren Aussenradius 6 ebenfalls dem Innenradius 5 des Kanal 4 entspricht. Die beiden Vorsprünge oder Rippen 3 sind entsprechend der Verschieberichtung der Haltestifte zum Mittelpunkt des Kanalabschnitt versetzt angeordnet.

Auch wäre es denkbar zwei kreisrunde Kanäle auszubilden deren Kernstifte jeweils mit Haltestiften fixiert werden.

Fig. 6 zeigt unter (a) ein Schnittdarstellung eines Ausschnitts resp. von Teilen eines Spritzgusswerkzeugs mit zwei Kernzentrierungseinrichtungen 30 und unter (b) eine Detailansicht A aus Fig. 6(a). Eine kavitätsbildende Matrize 11 und der kavitätsbildende Kernstift 11 bilden die Kavität 12 für den Kanalabschnitt 1 der Spritzgusserzeugnisses aus. In der kavitätsbildenden Matrize 11 ist eine Vertiefung oder Rinne 16 ausgebildet, welche den Vorsprung oder die Rippe 3 des Kanalabschnittes 1 formt. In der kavitätsbildenden Matrize 10 ist für jede Kernzentrierungseinrichtung eine Bohrung 13 vorhanden, in welcher jeweils der Haltestift 31 geführt ist. Bei der in Fig . 6 oben dargestellten Kernzentrierungseinrichtung 30 befindet sich der Haltestift 31 in der eingefahrenen Position und kontaktier mit der Stirnfläche 32 die Kontaktfläche 14 des Kernstifts 11. In der unten dargestellten Kernzentrierungseinrichtung 30 befindet sich der Haltestift 31 in der ausgefahrenen Stellung und schliesst bündig mit der die Bohrung 13 umgebenden kavitätsbildenden Oberfläche 15 der Matrize 10 ab.

Die Kernzentrierungseinrichtung 30 umfasst weiter einen Kontaktsensor 36, welcher erkennt, ob der Haltestift 31 sich in der ausgefahrenen Stellung befindet. Erst wenn die Haltestifte 31 in der ausgefahrenen Stellung sind, kann das Spritzgusswerkzeug geöffnet und das Spritzgusserzeugnis entformt werden.

Fig. 7 zeigt unter (a) ein Schnittdarstellung entlang III-III des Spritzgusswerkzeugs aus Fig . 6 und unter (b) eine Detailansicht B aus Fig . 7(a). In dieser Darstellung sind u.a. ein vorderer Anschlag 34 und ein hinterer Anschlag 35 erkennbar. Diese begrenzen die maximale Verschiebung der Haltestifte 31, so dass diese in der eingefahrenen Stellung mit der Stirnfläche 32 exakt an den Kernstift 11 anliegen und in der ausgefahrenen Stellung die Stirnfläche 32 bündig mit der Oberfläche der kavitätsbildenden Matrize 10 abschliessen. In Fig . 7 ist der oben dargestellte Haltestift 31 in der eingefahrenen Stellung und der unten dargestellte Haltestift 31 in der ausgefahrenen Stellung .

Fig. 8 zeigt unter (a) ein teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht des Spritzgusswerkzeugs aus Fig . 6 und unter (b) eine Detailansicht C aus Fig. 8(a). In Fig. 8 ist der rechts dargestellte Haltestift 31 in der ausgefahrenen Stellung und der links dargestellte Haltestift 31 in der eingefahrenen Stellung . In dieser Darstellung ist erkennbar, wie die Stirnfläche 32 bündig mit der die Bohrung 13 umgebenden Oberfläche 15 der kavitätsbildenden Matrize 10 abschliesst. Der eingefahren Haltestift 31 liegt mit der Stirnfläche 32 auf der Kontaktfläche 14 des Kernstifts 11 auf. 1 Kanalabschnitt

2 Aussenseite des Kanalabschnitts

3 Vorsprung, Rippe

4 Kanal

5 Innenradius des Kanal

6 Aussenradius des Vorsprungs

7 sichelförmiger Kanal

10 kavitätsbildenden Matrize 11 kavitätsbildender Kernstift

12 Kavität

13 Bohrung

14 Kontaktfläche

15 kavitätsbildenden Oberfläche 16 Vertiefung, Rinne

30 Kernzentrierungseinrichtung

31 Haltestift

32 Stirnfläche

33 vorderes Ende

34 vorderer Anschlag

35 hinteren Anschlag

36 (Kontakt-)Sensor

37 konkave Einbuchtung

A Entformungsrichtung