Verfahren zum Herstellen von ringförmigen, zug- oder druckbelasteten Formkörpern aus Kunststoff.

Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von ringförmigen, zug- oder

druckbelasteten Formkörpern aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Armatur für unter Druck stehende Fluide gemäß dem Oberbegriff des

Anspruchs 8.

Stand der Technik:

Die DE 10 2005 042 579 A1 , die DE 37 32 703 A1 und die DE 37 40 531 A1 zeigen Verbundwasserzähler, deren Gehäuse eine obere Öffnung besitzen, durch die die messtechnischen Einbauten sich einsetzen und entnehmen lassen. Der druckdichte Verschluss der oberen Öffnung erfolgt durch einen Druckdeckel, der mit Hilfe von

Befestigungsschrauben mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist. Zwecks Druckfestigkeit besteht der Druckdeckel aus Metall. Das Messwerk sitzt auf dem Druckdeckel. Wenn der Druckdeckel amagnetisch ausgeführt ist, z. B. aus Messing, kann die Rotation der Turbine mit Hilfe von Permanentmagneten zum Messwerk übertragen werden.

Aus den verschiedensten Gründen wird seit vielen Jahren versucht, die mit Trinkwasser in Berührung kommenden Armaturen nicht mehr aus Metall, insbesondere nicht mehr aus Messing herzustellen, sondern aus Kunststoff. Kunststoffe haben jedoch einige

Eigenschaften, die eine besondere Anpassung an diese Verwendung nötig machen. Zum einen sind Kunststoffe deutlich weniger stabil als Metalle. Des Weiteren neigen

Kunststoffe dazu, unter der Einwirkung von Dauerdruck- oder Dauerzugkräften

nachzugeben. Des Weiteren diffundiert Wasser in die Kunststoffe ein und reduziert deren Festigkeit zusätzlich. Müssen aufgrund erhöhter Festigkeitsanforderungen die Kunststoffe mit Glas- oder Keramikfasern verstärkt werden, wird dadurch der Spritzvorgang erschwert.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Schließlich hat sich herausgestellt, dass die Art und Weise, wie sich die in die

Spritzgussform eingespritzte Kunststoffschmelze darin verteilt und an welcher Stelle die sogenannten Bindenähte liegen, ausschlaggebend für die Festigkeit des fertigen

Formkörpers ist. Spritzgussteile, bei denen die Bindenähte unglücklich positioniert sind, haben deutlich reduzierte Festigkeitswerte. Das ist unbefriedigend.

Bindenähte entstehen, wenn abgekühlte Fließfronten des in die Spritzgussform eingespritzten Kunststoffs aufeinandertreffen und sich deshalb nicht genügend stoffschlüssig verbinden können. Umfließt die Kunststoffschmelze beim Füllvorgang beispielsweise einen Kern, so kühlt die Schmelze an der Kernoberfläche ab, was zu einer starken Schwächung der Bindenaht führt.

Die Technik kennt einige Verfahren, um die Bindenahtqualität zu verbessern.

Eine erste Methode beruht darauf, die Fließfront gezielt aufzuheizen. So kann z.B. ein von der Kunststoffschmelze umflossener Kern beheizt werden, um das Abkühlen der

Schmelze zu verringern oder zu vermeiden. Des Weiteren ist es bekannt, die

Werkzeugoberfläche im Bereich der Bindenaht zum Zeitpunkt der Füllung kurzzeitig aufzuheizen. Dadurch wird die Schmelzfront erweicht und eine bessere Durchmischung des Materials im Bereich der Fließfront erreicht. Allerdings kann dadurch die Zykluszeit verlängert werden.

Bei Formteilen, die über mehrere Angüsse gleichzeitig gespritzt werden, lassen sich Bindenähte nicht vermeiden, da die verschiedenen Schmelzströme am Fließwegende aufeinanderstoßen. Durch den Einsatz des sogenannten Kaskaden-Spritzgießens wird die Kavität zu Beginn der Füllphase nur über eine Angussdüse gefüllt. Überströmt die Schmelzfront den nächsten Abschnitt, so wird die nächste Düse geöffnet und neue Schmelze in den vorhandenen Schmelzstrom eingespritzt. So können in mehreren Düsen große Fließwege überbrückt werden, ohne dass kalte Fließfronten aufeinanderstoßen. Allerdings ist eine aufwändige Steuerung der Angussdüsen nötig und die Zykluszeit wird verlängert.

Eine Verbesserung des Kaskaden-Spritzgießens lässt sich erreichen durch Verwendung entsprechend gesteuerter Heißkanaldüsen. Dazu wird die Kavität zunächst über alle Düsen gefüllt. Kurz vor der vollständigen Füllung oder während einer Nachdruckphase wird die restliche Kavität von nur noch einer Düse gefüllt. Dies führt zu einer

Durchströmung des Bindenahtbereiches zwischen den Düsen. Auch hier ist eine aufwändige Steuerung der Angussdüsen nötig.

Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Bindenahtqualität eines Formteils zu verbessern, ist das sogenannte Gegentakt-Spritzgießen. Dabei wird die Kavität über zwei

Spritzaggregate gefüllt, die voneinander unterschiedlich angesteuert werden können. Nach der Füllung durch beide Aggregate wird die Schnecke des einen Aggregats zurückgezogen, während das andere Aggregat weiter einspritzt. Dadurch wird der noch flüssige Kern der Bindenaht verschoben. Da für diese Vorgehensweise mehrere

Spritzaggregate mit einer entsprechenden Steuerung notwendig sind, ist dieses Verfahren sehr aufwändig.

In allen Fällen wird versucht, die Bindenaht zu durchströmen, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Dabei wird nach dem Zusammentreffen der Fließfronten der plastische Kern der Bindenaht verschoben. Die im Querschnitt sonst eben

verlaufende Bindenaht wird dadurch parabelförmig und ähnelt einer Nut-Feder- Verbindung. Am besten aber auch am aufwändigsten lässt sich dies durch die oben beschriebenen Verfahren Kaskaden-Spritzgießen und Gegentakt-Spritzgießen erreichen, die jedoch sehr aufwändig sind.

Darstellung der Erfindung:

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen unter Verwendung einer Spritzgussform mit einer Haupt-Kavität, in der das Formteil geformt wird, und wenigstens einem Kern anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung beruht darauf, ein Durchströmen der Bindenaht zu

ermöglichen, indem an den besonders kritischen Stellen Extra-Kavitäten bereitgestellt werden, in die Kunststoffschmelze hineinfließen kann, wobei der Kern der Bindenähte von heißer Kunststoffschmelze durchflössen wird und die oben erwähnte Parabelform entsteht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass durch geschicktes Positionieren der Extra-Kavitäten die Richtung der Fasern von faserverstärkten

Kunststoffen gesteuert werden kann, z. B. parallel zueinander und senkrecht zur

Kraftrichtung, wodurch die Druckfestigkeit des Kunststoffformteils erheblich gesteigert wird. Dabei werden nahezu die Eigenschaften des homogenen faserverstärkten

Kunststoffs erreicht.

Die dabei entstehenden Extra-Formkörper können anschließend entfernt werden.

Gegebenenfalls können diese Zusatzformkörper jedoch auch sinnvolle Funktionen erfüllen, bei denen es nicht auf Festigkeit ankommt.

Eine typische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Armaturen für druckbeaufschlagte Formkörper der Wasserinstallation, z. B. Gehäuse, Druckdeckel und Klemmringe von Wasserverbrauchszählern. Wesentlicher Vorteil hierbei ist, dass Gehäuse und/oder Druckplatte aus Kunststoff bestehen. Kunststoff ist amagnetisch, so dass die Drehungen des Messorgans mit Hilfe von Permanentmagneten auf das

Messwerk übertragen werden können. Außerdem übt der Kunststoff keinen nachteiligen Einfluss auf das zu messende Fluid, insbesondere Wasser, aus.

Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität eines Formkörpers hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Bindenaht seitlich versetzt zum Verbindungskanal gebildet wird. Insbesondere ist es von Vorteil, dass die Bindenaht in einem Abschnitt des

Formkörpers gebildet wird, der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Formkörpers in einem Bereich liegt, der mechanisch gering belastet ist.

Vorzugsweise wird ein Kunststoff-Einspritzpunkt in der Spritzgussform so positioniert, dass sich wenigstens eine Bindenaht in der Nähe des Verbindungskanals bildet.

Werden mehrere Kunststoff-Einspritzpunkte eingesetzt, werden diese so positioniert, dass sich die Bindenähte in der Nähe der Verbindungskanäle bilden.

Vorteilhafterweisen werden die mehreren Einspritzpunkte so angesteuert, dass die Bindenähte sich während des Einspritzens der Kunststoffschmelze neben den

Verbindungskanälen bilden und dass bei der anschließenden Druckerhöhung Kunststoffschmelze in die Extra-Kavitäten fließt; wobei die beim Füllen der Haupt-Kavität entstandenen Bindenähte durchströmt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Armatur für unter Druck stehende Fluide, insbesondere Wasser, mit einem Klemmring anzugeben, wobei der Klemmring aus Kunststoff besteht und eine hohe Festigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Armatur mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 8.

Dank der besonderen Form des Klemmrings mit den über Stiele angebundenen Extra- Formkörpern lassen sich hoch belastete Kunststoffformteile ohne schwächende

Bindenähte und mit optimalem Verlauf von Verstärkungsfasern herstellen. Die dabei entstandenen Extra-Körper und Stiele können anschließend entfernt werden.

Gegebenenfalls können diese Zusatzformkörper jedoch auch sinnvolle Funktionen erfüllen, bei denen es nicht auf Festigkeit ankommt.

Vorzugsweise umfasst die Armatur ein Gehäuse mit einer Öffnung und einen

Druckdeckel, der die Öffnung mit Befestigungsvorrichtungen lösbar verschließt, wobei der Druckdeckel eine Abdichtplatte und den Klemmring umfasst, wobei die Abdichtplatte einen umlaufenden Randflansch besitzt, die Abdichtplatte aus Kunststoff gespritzt ist und der Klemmring die Abdichtplatte auf das Gehäuse klemmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Randflansch der

Abdichtplatte nach außen abgeschrägt und der Klemmring dazu passend geformt. Diese Abschrägung sorgt dafür, dass der Druck, der von unten gegen die Abdichtplatte drückt, im Druckring Zugspannungen auslöst. Dank des Einfließens der Kunststoffschmelze in die Extraformkörper werden jedoch im Kunststoff enthaltene Verstärkungsfasern auch im Bereich der durchströmten Bindenaht genau richtig orientiert.

Ein wesentlicher Vorteil ist, dass die Abdichtplatte aus Kunststoff besteht. Kunststoff ist amagnetisch, so dass die Drehungen der Turbine mit Hilfe von Permanentmagneten auf das Messwerk übertragen werden können. Außerdem übt der Kunststoff keinen nachteiligen Einfluss auf das zu messende Fluid, insbesondere Wasser, aus, wenn ein lebensmittelechtes Material gewählt wird. Eine typische Anwendung der erfindungsgemäßen Armatur mit dem erfindungsgemäßen Klemmring sind Wasserzähler, z. B. Verbundwasserzähler mit einem Gehäuse, das eine seitliche, durch einen Druckdeckel zu verschließende Öffnung besitzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch

Fig. 1 eine erste Spritzgussform zur Herstellung eines ringförmigen, zug- oder

druckbelastbaren Formkörpers aus Kunststoff,

Fig. 2 eine zweite Spritzgussform zur Herstellung eines ringförmigen, zug- oder

druckbelastbaren Formkörpers aus Kunststoff,

Fig. 3 als Perspektive einen ringförmigen, zug- oder druckbelastbaren Formkörper,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Turbinenzähler,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Kombination aus Abdichtplatte und Klemmring und

Fig. 6 eine dritte Spritzgussform zur Herstellung eines ringförmigen, zug- oder

druckbelastbaren Formkörpers aus Kunststoff.

Ausführliche Darstelluno der Ausführungsbeispiele:

Fig. 1 zeigt rein schematisch eine erste Spritzgussform 2 mit einer Haupt-Kavität 42 zur Herstellung eines ringförmigen, zug- oder druckbelastbaren Formkörpers aus Kunststoff. Die Kunststoffschmelze wird an einem Einspritzpunkt 1 a in die Haupt-Kavität 42 eingespritzt und fließt mehr oder weniger gleichmäßig nach rechts und links. Dort, wo sich die beiden Teilströme treffen, entsteht eine Bindenaht 40. Da sich die Fronten der beiden Teilströme inzwischen etwas abgekühlt haben, besteht die Gefahr, dass die Bindenaht 40 eine deutlich reduzierte Festigkeit hat. Um dies zu verhindern, ist in die Spritzgussform 2 eine Extra-Kavität 46 eingearbeitet, die mit der Haupt-Kavität 42 über einen Verbindungskanal 47 verbunden ist. Die Extra-Kavität 46 ist zur Bindenaht 40 seitlich versetzt. Querschnitt und/oder Richtung des

Verbindungskanals 47 sind so gewählt, dass zunächst keine Kunststoffschmelze in den Verbindungskanal 47 eintritt. Dies geschieht erst, wenn der Spritzdruck erhöht wird, d. h. in der sog. Nachdrückphase. Während Kunststoffschmelze in die Extra-Kavität 46 eintritt, wird die Bindenaht 40 durchströmt und es bildet sich die oben erwähnte parabelartige Fließfront.

Fig. 2 zeigt die Verhältnisse bei einer zweiten Spritzgussform 2, wenn die

Kunststoffschmelze an vier Einspritzpunkten 1 a, 1 b, 1 c, 1d in die Haupt-Kavität 42 eingespritzt wird. Dabei wird über die Einspritzpunkte 1 a und 1 b zunächst weniger Material eingespritzt als an den Einspritzpunkten 1c und 1 d, um die Bindenähte 40 auf die gewünschte Seite neben die Verbindungskanäle 47 zu den Extra-Kavitäten 46 zu legen. Während der Nachdrückphase wird der Spritzdruck an den Einspritzpunkten 1 a und 1 b erhöht, so dass die Bindenähte 40 durchströmt werden, während sich die Extra-Kavitäten 46 füllen.

Bei einer in Figur 6 dargestellten dritten Spritzgussform 2 wird über die vier

Einspritzpunkte 1 a, 1 , 1 c, 1d jeweils gleich viel Material der Kunststoffschmelze in die Haupt-Kavität 42 eingespritzt. Die Position der Einspritzpunkte 1a, 1 b, 1c, 1 d ist so gewählt, dass die Bindenähte 40 auf der gewünschten Seite neben die

Verbindungskanäle 47 zu den Extra-Kavitäten 46 zu liegen kommen. Während der Nachdrückphase wird der Spritzdruck an allen Einspritzpunkten 1 a, 1 b, 1c, 1d erhöht, so dass die Bindenähte 40 durchströmt werden, während sich die Extra-Kavitäten 46 füllen.

Die Figur 3 zeigt einen in einer Spritzgussform ähnlich der in Fig. 2 bzw. Fig. 6 dargestellten hergestellten Klemmring 12. Der Klemmring 12 besitzt vier kräftemäßig hoch beanspruchte Befestigungsöffnungen 14. Zur Herstellung der Befestigungsöffnungen 14 sind in der Hauptkavität 42 vier Kerne (in Fig. 2 bzw. Fig. 6 nicht dargestellt) erforderlich. Um eine möglichst gleichmäßige Füllung der Hauptkavität 42 zu erreichen, sind die vier Einspritzpunkte 1 a, 1 b, 1 c, 1d vorgesehen. Die hier eingespritzte Kunststoffschmelze umfließt die Kerne auf beiden Seiten, um sich auf der Rückseite zu vereinigen und dort die Bindenähte zu bilden, durch die es zu der bekannten Reduzierung der Festigkeit kommt, was im Bereich der Befestigungsöffnungen jedoch denkbar unerwünscht ist und durch die vier Extra-Kavitäten 46 verhindert wird.

Um das Durchströmen der Bindenaht zu ermöglichen, sind die Verbindungskanäle 47 gegenüber den in der Füllphase der Haupt-Kavität 42 auf Grund des Umströmens der Kerne sowie des Zusammenströmens von Material benachbarter Einspritzpunkte 1a, 1c; 1c, 1 b; 1 b, 1d; 1 d, 1 a entstehenden Bindenähten seitlich versetzt.

Durch diese Maßnahmen gelingt es, die Bindenähte in der Nachdrückphase, wenn die Kunststoffschmelze durch die Verbindungskanäle 47 in die Extra-Kavitäten 46 gedrückt wird, so zu durchströmen, dass die Festigkeit des fertigen Formkörpers 12 auch im Bereich der Befestigungsöffnungen 14 nur unwesentlich reduziert ist.

Die in den Extra-Kavitäten gebildeten Extra-Formkörper 16 und Stiele 17 werden vor der Weiterverwendung des Formkörpers 12 abgetrennt. Alternativ besteht die Möglichkeit, den Extra-Formkörpern 16 eine Form zu geben, die eine Weiterverwendung, z. B. als Typenschild, Handgriff oder dergleichen, möglich macht.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Turbinenzähler. Man erkennt ein Gehäuse 10 mit Einlass 2, Auslass 3 und einem zylindrischen, gegebenenfalls auch konischen Durchflusskanal 4. An der Oberseite besitzt das Gehäuse 10 eine Öffnung 6, die durch einen Druckdeckel 60 lösbar verschlossen ist. Über dem Druckdeckel 60 erkennt man ein Messwerk 5.

Unterhalb des Druckdeckels 60 befindet sich im Durchflusskanal 4 ein Halteeinsatz 20, der alle für die Verbrauchsmessung erforderlichen Komponenten trägt, insbesondere eine Turbine 30, die vom durchfließenden Fluid in Drehung versetzt wird und deren Drehungen mit Hilfe von Permanentmagneten durch den Druckdeckel 60 hindurch zum Messwerk 5 übertragen werden.

Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, ist der Druckdeckel 60 zweiteilig ausgebildet und aus Kunststoff gespritzt. Er besteht aus einer Abdichtplatte 11 mit umlaufendem Randflansch 13 und einem separaten Klemmring 12 mit vier Befestigungsöffnungen 14. Dank der Aufteilung des herkömmlichen, einstückigen Druckdeckels in Abdichtplatte 1 1 und Klemmring 12 lässt sich jedes Teil unter optimalen Bedingungen aus Kunststoff spritzen. Enthält der Kunststoff Verstärkungsfasern, um die Druckfestigkeit des zweiteiligen Druckdeckels 60 zu verbessern, so werden diese Verstärkungsfasern in der

Nachdrückphase beim Durchströmen der Bindenähte mitgenommen und in Richtung der Extrakavitäten orientiert. Um die dadurch erreichte Zugfestigkeit insbesondere im Bereich der Befestigungsöffnungen ausnutzen zu können, ist der Randflansch 13 der

Abdichtplatte 11 nach außen schräg abfallend ausgebildet (siehe Figur 5). Wird das Innere des Gehäuses 10 unter Druck gesetzt, so wirkt der Druck von unten gegen die Abdichtplatte 11 , die den Druck über den Randflansch 13 auf den Klemmring 12 überträgt. Dabei wandelt die Schräge des Randflansches 13 die Druckkräfte in Zugkräfte um, die von den parallel orientierten Verstärkungsfasern optimal abgetragen werden.