DE19940662A1 - Kunststofformteil mit verbesserter Oberflächenbeschaffenheit - Google Patents

Abstract

Ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit wird in einer Form geformt, welche wenigstens eine metallische Basis, einen Formhohlraum und wenigstens eine selbstschmierende Oberflächenschicht aufweist, die das Kunststoffbauteil in dem Formungshohlraum definiert. Die selbstschmierende Oberflächenschicht schließt eine poröse metallische Haut ein, die vollständig verbunden ist mit und sich erstreckt von der inneren Oberfläche der wenigstens einen metallischen Basis, und Schmiermittelteilchen, die auf der Haut und in den Poren der Haut angeordnet sind. Die Schmiermittelteilchen sind aneinander gebunden, um eine geschlossene Oberfläche der wenigstens einen selbstschmierenden Oberflächenschicht zu bilden, so daß das geformte Kunststoffbauteil eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit aufweist. Die metallische Haut schließt eine Vielzahl von beabstandeten, sinusförmigen Vorsprüngen einer autokatalytischen Nickellegierung ein. Die Schmiermittelteilchen sind vorzugsweise Teilchen eines Fluorpolymers geringer Reibung mit einer Größe im Submikrometerbereich. Die Form kann eine Spritzgußform, eine Preßform, eine Blasform oder eine Vakuumform sein. Ist die Form eine Spritzgußform, so können andere Teile der Form wie beispielsweise ein Ausstoßstift, ein Kernstift, eine Kühlleitung und ein Strömungspfad eines Harzes ebenfalls eine im wesentlichen identische selbstschmierende Oberflächenschicht aufweisen, die einstückig auf diesen ausgebildet ist, um ...

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Kunststofformteile und ins­ besondere auf Kunststofformteile mit verbesserter Oberflächen­ beschaffenheit.

Stand der Technik

Kunststoffbauteile können in einer großen Vielzahl von Formen geformt werden wie beispielsweise Spritzgußformen, Preßformen, Vakuumformen, RIM-Formen und Blasformen. Ein allgemeines Pro­ blem bei der Formung von Kunststoffbauteilen ist, daß das verfestigte Kunststoffbauteil oft an der das Bauteil definie­ renden Oberfläche der Form anhaftet. Als Resultat hiervon werden die Zykluszeiten der Formung unnötig ausgeweitet. Des­ weiteren müssen die den Gegenstand definierenden Oberfläche sowie auch der Strömungsweg des Harzes innerhalb der Form in periodischen Abschnitten gereinigt und/oder geschmiert werden, um sicherzustellen, daß nachfolgend geformte Kunststoffbautei­ le nicht mit Kunststoff kontaminiert sind, welcher zuvor in­ nerhalb der Form angehaftet war. Dieses Problem ist insbeson­ dere aktuell, wenn die Farbe des Kunststoffbauteils geändert wurde.

Ein Weg der Reduzierung dieses Anhaftungsproblems ist, ein Entformungsspray oder Schmiermittel zu verwenden, wobei das Spray auf den Oberflächenschichten deponiert wird, welche die den Gegenstand definierenden Hohlraum definieren. Die Verwen­ dung eines derartigen Sprays ist jedoch nicht nur zeitauf­ wendig sondern auch teuer.

Ein anderer Weg der Reduzierung der Anhaftung innerhalb des den Gegenstand definierenden Hohlraumes ist, ein Entformungs­ mittel in den Kunststoff selber zu inkorporieren. Die Verwen­ dung eines derartigen Entformungsmittels bringt jedoch andere Probleme mit sich, einschließlich des Aufwandes für die Inkor­ porierung eines derartigen Entformungsmittels in das Kunst­ stoffmaterial.

Ein anderer Weg der Reduzierung des Problems der Anhaftung ist die Verwendung eines erhöhten Formungsdruckes. Die Verwendung eines erhöhten Formungsdruckes bringt jedoch weitere Probleme bei dem Formungsprozeß mit sich.

Das US-Patent von Iwami et al. 5,468,141 offenbart einen Kern­ block, der eine isolierende Entformungsschicht auf einer Hohl­ raumseite desselben einschließt, wobei die isolierende Entfor­ mungsschicht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluorkohlenstoffharzen, zusammengesetzten Fluor­ kohlenstoffharzmaterialien, zusammengesetzten Silikonharzmate­ rialien und Metallplattierungen mit Dispersionen von Fluorkoh­ lenstoffharzen. Das Patent bezieht sich auf die Entwicklung einer neuen Formungstechnologie, um zufriedenstellende Gegen­ stände bei einem relativ niedrigen Druck zu erhalten.

Das US-Patent von Baumgartner et al. 5,535,980 offenbart eine Matritzenform mit einer isolierenden Schicht und einer zweiten Schicht von Metallpartikeln, die in einem Harz suspendiert sind, welches auf der isolierenden Schicht aufgetragen ist. Das Patent bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Metalloberfläche auf einer Schicht mit niedriger ther­ mischer Leitfähigkeit.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflächenbeschaf­ fenheit bereitzustellen, wobei das Kunststoffbauteil in einer Form mit wenigstens einer selbstschmierenden Oberflächen­ schicht geformt wird, welches wenigstens eine im wesentlichen nicht haftende Oberfläche bereitstellt, um die Notwendigkeit, das Innere der Form mit einem Schmiermittel zu besprayen, minimiert.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflä­ chenbeschaffenheit bereitzustellen, welches in einer Form mit wenigstens einer selbstschmierenden Oberfläche geformt ist, welche die Formung des Kunststoffbauteils bei reduzierten Zykluszeiten erlaubt.

Desweiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Ober­ flächenbeschaffenheit bereitzustellen, wobei das Kunststoff­ bauteil in einer Form mit wenigstens einer selbstschmierenden Oberflächenschicht geformt ist, welche eine optimale Kombina­ tion von Entformung (Nichtanhaftung), niedriger Reibung, troc­ kener Schmierung, Korrosionsbeständigkeit, Abriebbeständigkeit und Härteeigenschaften aufweist, welche typischerweise nicht durch herkömmliche Plattierung, Festfilmschmiermittel und Beschichtungen bereitgestellt oder aufrechterhalten werden kann.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflä­ chenbeschaffenheit bereitzustellen, wobei das Kunststoffbau­ teil in einer Form mit wenigstens einer selbstschmierenden Oberflächenschicht geformt ist, welche die Verwendung eines reduzierten Formungsdruckes, verbesserten Kunststofffluß und Druckfluß innerhalb der Form gestattet und den Kunststofffluß und Nissen-Linien (nit-lines) reduziert.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflä­ chenbeschaffenheit bereitzustellen, wobei das Kunststoffbau­ teil in einer Form geformt wurde, die eine vergleichsweise dünne, selbstschmierende Oberflächenschicht aufweist, die auf wenigstens einer inneren, das Bauteil definierenden Oberfläche der Form ausgebildet ist.

Weiterhin ist es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflächenschicht bereitzustellen, wobei das Kunststoffbau­ teil in einer Form geformt ist, welche eine selbstschmierende Oberflächenschicht aufweist, die den Bedarf der Formulierung des Kunststoffs der Kunststoffkomponenten eliminiert oder reduziert, ein Entformungsmittel aufzuweisen.

Desweiteren ist es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit bereitzustellen, wobei das Kunst­ stoffbauteil innerhalb einer Form geformt ist, welche eine selbstschmierende Oberflächenschicht aufweist, die auf im wesentlichen allen Komponenten der Form einschließlich Hohl­ raum, Kern, Seitenschieber, Heber, Kernstiften, Leitungen bzw. Verteilern, Mischungsblöcken, Düsen, Angußbuchsen, Rippen, Vorsprüngen usw. ausgebildet ist. Die Oberflächenschicht kann auf einem oder mehreren Ausstoßstiften der Form ausgebildet sein, die wiederum helfen, den Formungshohlraum zu definieren, in welchem das Kunststoffbauteil geformt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflä­ chenbeschaffenheit bereitzustellen, wobei das Kunststoffbau­ teil innerhalb einer Form mit einer selbstschmierenden Ober­ flächenschicht geformt wird, welche eine Wasserleitung de­ finiert, in welcher Verunreinigungen innerhalb des Wassers, die durch die Wasserleitung fließen, sich nicht innerhalb der Wasserleitung anhäufen, um das ordnungsgemäße Funktionieren der Form sicherzustellen, wodurch das Kunststoffbauteil in der Form ordnungsgemäß geformt wird.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist desweite­ ren, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit bereitzustellen, wobei das Plastik­ bauteil in einer Form mit einer äußeren selbstschmierenden Oberflächenschicht geformt ist, welche gestattet, daß das Äußere der Form sehr schnell gereinigt und hierdurch die For­ mungszeit herabgesetzt werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflä­ chenbeschaffenheit bereitzustellen, wobei das Kunststoffbau­ teil innerhalb einer Form mit einer selbstschmierenden Ober­ flächenschicht geformt ist, welche während der Verwendung der Form nicht abblättert.

Desweiteren ist es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung ein geformtes Kunststoffbauteil mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffheit bereitzustellen, wobei das Kunst­ stoffbauteil in einer Form mit einer selbstschmierenden Ober­ flächenschicht geformt ist, welche kompatibel ist für die Verwendung in Spritzgußformen, RIM, Druckformen und Vakuumfor­ men und wobei der Kunststoff Kunststoffe wie beispielsweise DYM, ABS, Santopren (Wz), Polypropylen, SMC, TPO, TPU und andere Kunststoffzusammensetzungen wie beispielsweise Polyu­ rethan oder Polyharnstoff aufweisen kann.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgaben und anderer Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird ein Kunststoffbauteil bereitge­ stellt, das in einer Form mit wenigstens einer metallischen Basis, einem Formungshohlraum und wenigstens einer selbst­ schmierenden Oberflächenschicht, die eine im wesentlichen gleichförmige Dicke hat und welche das Kunststoffbauteil in­ nerhalb des Formungshohlraums definiert geformt wurde. Die wenigstens eine selbstschmierende Oberflächenschicht schließt eine poröse metallische Haut ein, die einteilig verbunden ist mit und sich erstreckt von einer inneren Oberfläche der wenig­ stens einen metallischen Basis und Teilchen mit schmierenden Eigenschaften, die auf der Haut und in den Poren der Haut angeordnet sind. Die schmierenden Teilchen sind miteinander verbunden, um eine abgeschlossene Oberfläche auf der wenig­ stens einen Oberflächenschicht auszubilden. Auf diese Weise erhält das geformte Kunststoffbauteil eine verbesserte Ober­ flächenbeschaffenheit.

Vorzugsweise weist die innere Oberfläche der wenigstens einen metallischen Basis im wesentlichen die gleiche Gestalt wie die abgedichtete Oberfläche auf.

Desweiteren weist die Oberflächenschicht vorzugsweise eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke in dem Bereich von 0,0007 bis 0,001 Inch auf. Desweiteren beträgt vorzugsweise die im we­ sentlichen gleichförmige Dicke ungefähr 0,001 Inch.

Die metallische Haut umfaßt typischerweise eine Vielzahl von sinusförmig geformten Vorsprüngen. Desweiteren ist die metal­ lische Haut vorzugsweise eine Nickellegierung wie beispiels­ weise eine autokatalytische Nickellegierung.

Die schmierenden Teilchen sind vorzugsweise Teilchen eines Fluorpolymers mit geringer Reibung mit einer Größe im Submi­ krometerbereich.

Das Kunststoffbauteil kann spritzgußgeformt, preßgeformt oder blasgeformt sein, wenn die Form ein Paar von metallischen Basisteilen aufweist und wobei jedes der metallischen Basis­ teile eine selbstschmierende Oberflächenschicht wie oben be­ schrieben hat. Ist das Kunststoffbauteil vakuumgeformt, so braucht nur eine einzige metallische Basis mit einer einzigen oben beschriebenen selbstschmierenden Oberflächenschicht be­ reitgestellt werden.

Der Kunststoff des Kunststoffbauteils kann solche Kunststoffe wie beispielsweise DYM, ABS, Santopren (Wz), Polypropylen, SMC (mit Glas gefüllt), TPO, TPU und andere Kunststoffzusammenset­ zungen enthalten.

Ist die Form eine Spritzgußform mit einem Ausstoßstift, so weist der Ausstoßstift ebenfalls eine selbstschmierende Ober­ flächenschicht wie oben beschrieben auf, welche hilft, den Formungshohlraum zu definieren.

Desweiteren kann die Form, wenn diese eine Spritzgußform dar­ stellt, einen Kernstift mit einer selbstschmierenden Ober­ flächenschicht wie oben beschrieben aufweisen, welche eben­ falls hilft, den Formungshohlraum zu definieren.

Die Form kann eine Kühlleitung aufweisen, die in der wenig­ stens einen metallischen Basis ausgebildet ist, wobei die Kühlleitung eine selbstschmierende Oberflächenschicht wie ebenfalls oben beschrieben aufweist.

Wenn die Form einen Strömungspfad für ein Harz aufweist, wel­ cher sich von einer äußeren Oberfläche der Form zu dem For­ mungshohlraum erstreckt, so kann der Strömungspfad des Harzes ebenfalls eine selbstschmierende Oberflächenschicht wie oben beschrieben aufweisen. Auch die äußere Oberfläche der Form kann ebenfalls eine selbstschmierende Oberflächenschicht wie oben beschrieben aufweisen.

Die Vorteile, die sich durch die geformten Kunststoffbauteile mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit ergeben, sind vielfältig. Beispielsweise kann die verbesserte Oberflächen­ beschaffenheit unter Verwendung geringerer Formungsdrucke, reduzierter Zykluszeiten und ohne die Notwendigkeit der Ver­ wendung von Entformungsmitteln entweder auf der das Bauteil definierenden Oberfläche der Form oder innerhalb des Kunst­ stoffs selber bereitgestellt werden.

Die oben genannten Aufgaben und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfol­ genden detailierten Beschreibung der besten Ausführungsweise der Erfindung, wenn diese in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird, schnell ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer Spritzgußform zur Formung von Kunststoffbau­ teilen mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffen­ heit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Preßform teil­ weise im Querschnitt zur Formung eines geformten Kunststoffbauteils mit einer verbesserten Oberflächen­ beschaffenheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vakuumform zur Formung eines geformten Kunststoff­ bauteils mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffen­ heit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Blasform zur Formung eines geformten Kunststoffbau­ teils mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt ein Verfahrensdiagramm, welches die unterschied­ lichen Schritte zur Formung einer oder mehrerer selbstschmierender Oberflächenschichten auf und in einer Form veranschaulicht, welche anschließend zur Formung eines geformten Kunststoffbauteils mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit der vorliegen­ den Erfindung verwendet wird;

Fig. 6 ist eine Ansicht im teilweisen Aufriß und im Quer­ schnitt einer metallischen Basis einer Form mit zwei selbstschmierenden Oberflächenschichten, wobei die Form zur Formung eines geformten Kunststoffbauteils mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 7 ist eine Ansicht im teilweisen Aufriß und im Quer­ schnitt eines Ausstoßstiftes einer Form mit einer selbstschmierenden Oberflächenschicht, die auf diesem ausgebildet ist und welche verwendet wird, um geformte Kunststoffbauteile mit einer verbesserten Oberflächen­ beschaffenheit der vorliegenden Erfindung herzustel­ len;

Fig. 8 zeigt eine Ansicht im teilweisen Aufriß und im Quer­ schnitt eines Kernstiftes mit einer selbstschmierenden Oberflächenschicht zur Verwendung in einer Form zur Formung eines geformten Kunststoffbauteils mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung des Profils eines Kunststoffteils, welches in einer Form ohne einer selbstschmierenden Oberflächenschicht geformt wurde;

Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung, die das Profil eines Kunststoffteils veranschaulicht, welches in einer Form mit einer selbstschmierenden Oberflächen­ schicht geformt wurde;

Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht im teilweisen Auf­ riß einer porösen metallischen Haut, die sinusförmig geformte Vorsprünge einschließt, welche vollständig verbunden sind mit und sich erstrecken von einer Ober­ fläche einer metallischen Basis einer Form; und

Fig. 12 zeigt eine Ansicht im teilweisen Aufriß und im Quer­ schnitt von Schmiermittelteilchen, die auf einem Paar von benachbarten sinusförmig geformten Vorsprüngen der Haut und in einer Pore zwischen diesen angeordnet sind, wobei die Schmiermittelteilchen miteinander verbunden sind, um eine geschlossene Oberfläche auszu­ bilden, so daß geformte Kunststoffbauteile, die in einer Form mit einer Oberflächenschicht geformt wur­ den, eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit auf­ weisen.

Beste Ausführungsweise der Erfindung

Im folgenden wird auf die Figuren Bezug genommen. In den Fig. 1 bis 4 sind unterschiedliche Werkzeuge oder Formen veran­ schaulicht, welche mit selbstschmierenden Oberflächenschichten versehen sein können, um geformte Kunststoffbauteile mit ver­ besserter Oberflächenbeschaffenheit der vorliegenden Erfindung auszubilden. Fig. 1 veranschaulicht eine herkömmliche Maschine oder ein Werkzeug zum Spritzgießen, das allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Form 10 schließt eine erste Formhälfte oder metallische Basis ein, die allgemein mit 12 bezeichnet ist, und eine zweite Formhälfte oder metallische Basis, die allgemein mit 14 bezeichnet ist, welche zusammen einen Gegenstand oder einen ein Bauteil definierenden Form­ hohlraum 16 definieren. Jedes der metallischen Basisteile 12 und 14 schließt ein oder mehrere Kühlleitungen 18 ein, durch welche eine Kühlungsflüssigkeit wie beispielsweise Wasser fließt, um die Form 10 während der Verwendung zu kühlen.

Die Form 10 weist auch einen Strömungspfad für ein Harz auf, welcher sich von einer äußeren außenliegenden Oberfläche 20 der ersten Formhälfte 12 durch einen Angußkanal 22 zu dem den Gegenstand definierenden Formhohlraum 16 erstreckt. Der Strö­ mungsweg des Harzes kann auch einen Hauptkanal und einen An­ gußkanal aufweisen, welche beide aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt sind.

Die Form 10 weist zudem einen oder mehrere Ausdruckstifte 24 auf, die gleitbar innerhalb der zweiten Formhälfte 14 gesi­ chert sind und welche ebenfalls helfen, die den Gegenstand definierenden Hohlraum 16 in der geschlossenen Stellung der Form 10 wie in Fig. 1 angezeigt, zu definieren. Der Ausdruck­ stift 24 arbeitet in einer gut bekannten Weise, um einen ge­ formten Gegenstand oder Bauteil aus dem den Gegenstand de­ finierenden Hohlraum 16 in der offenen Stellung der Form 10 zu entfernen.

Bezugnehmend auf Fig. 2 ist eine Preßform veranschaulicht, die allgemein mit 30 bezeichnet ist. Die Preßform 30 weist eine erste und eine zweite Formhälfte auf, die jeweils allgemein mit 32 und 34 bezeichnet sind, zwischen denen heiße Einlage­ rohlinge von glasverstärkten thermoplastischen Platten zwi­ schen die kalten Formungsoberflächen 36 und 38 jeweils der ersten und der zweiten Formhälften 32 und 34 gepreßt werden.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist dort schematisch eine Vakuumform veranschaulicht, die allgemein mit 40 bezeichnet ist. Die Form 40 umfaßt typischerweise Passagen 42, welche sich zwischen jeweils inneren und äußeren Oberflächen 44 und 46 der Form 40 erstrecken und durch welche ein Vakuum gezogen wird, so daß eine beheizte Kunststoffplatte sich an die innere Oberfläche 44 der Form 40 anpaßt.

Bezugnehmend auf Fig. 4 ist dort eine Blasform dargestellt, die allgemein mit 50 bezeichnet ist und die ein Paar von Form­ hälften 52 und 54 umfaßt, welche einen einen Gegenstand oder ein Bauteil definierenden Hohlraum 56 definieren. Wie auf dem vorliegenden Gebiet allgemein bekannt ist, umfaßt das Blasfor­ men die Extrusion eines geschmolzenen Rohres eines Harzes, der als "Külbel (parison)" bezeichnet wird, in die Form 50. Die Form 50 schließt dann um den Külbel, wobei der Boden des Külbeles durch Zusammenpressen geschlossen wird. Ein Gas wie beispielsweise Luft wird dann in die Form 50 durch eine Öff­ nung 58 eingeführt, was bewirkt, daß das Rohr sich gegen die innere Oberfläche der ersten und der zweiten Formhälften 52 und 54, die den den Gegenstand definierenden Hohlraum 56 de­ finieren, ausdehnt.

Bezugnehmend auf Fig. 5 ist ein Verfahrensdiagramm zur Her­ stellung einer Spritzgußform, die im allgemeinen mit 60 be­ zeichnet ist, dargestellt. Es ist jedoch zu verstehen, daß das Verfahren nach Fig. 5 bei einer Preßform, einer Vakuumform oder einer Blasform wie beispielsweise den in den Fig. 2, 3 und 4 jeweils veranschaulichten, durchgeführt werden kann.

Die Spritzgußform 60 ist im allgemeinen von dem gleichen Typ wie die in Fig. 1 veranschaulichte Spritzgußform 10, wobei die Form 60 erste und zweite Formhälften, die jeweils allgemein mit 62 und 64 bezeichnet sind, eine Vielzahl von Kühlungs­ leitungen 66, die in jeder der Formhälften 62 und 64 angeord­ net sind, und eine Vielzahl von Ausstoßstiften 68 aufweist. Obwohl nicht in der Fig. 5 dargestellt, umfaßt die Spritzguß­ form 60 typischerweise einen oder mehrere ein Bauteil oder einen Gegenstand definierende Hohlräume und Strömungspfade für ein Harz, welche sich von einer äußeren außenliegenden Ober­ fläche 70 der Form 60 auf die eine oder mehrere der einen Gegenstand definierenden Hohlräume erstrecken.

Der erste Schritt in dem Verfahren der Überführung der Spritz­ gußform 60 in eine Form, welche in der Lage ist, ein Kunst­ stoffbauteil mit verbesserten Oberflächeneigenschaften in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu formen, ist in dem Block 72 angedeutet. Wie in dem Block 72 angedeutet ist, werden alle inneren und äußeren Oberflächen der Form 60, für welche es erwünscht ist, daß diese eine selbstschmierende Oberflächenschicht aufweisen, um die Formung eines Kunststoff­ bauteils mit verbesserten Oberflächeneigenschaften zu erleich­ tern, gereinigt, um saubere "metallisch jungfräuliche" Ober­ flächen zu erhalten. In Abhängigkeit von dem Niveau der Konta­ minierung des Werkzeuges wird die Form 60 typischerweise einer Lösungsmittelentfettung, einer Hochtemperaturbehandlung ge­ folgt von einer weiteren Lösungsmittelentfettung unterworfen. Die Ausheiztemperatur liegt typischerweise in dem Bereich von 650° bis 750°F. Wiederum kann in Abhängigkeit von dem Grad der Kontaminierung die Reinigung, welche in dem Block 72 erfolgt, eine leichte mechanische Reinigung nach der Hochtemperaturbe­ handlung einschließen. Eine derartige leichte mechanische Reinigung kann feine Glasmedien unter niedrigen Arbeitsdrucken verwenden.

Bezugnehmend auf Block 74, wird, nachdem die gewünschten inne­ ren und äußeren Oberflächen der Form 60 gereinigt worden sind, eine Haut einer autokatalytischen Nickellegierung auf den zuvor gereinigten Oberflächen durch Eintauchen der Form 60 in eine flüssige Lösung, die die gelöste autokatalytische Nickel­ legierung enthält, kontrolliert aufgewachsen oder niederge­ schlagen. Die genaue Zusammensetzung der Nickellegierung ist abhängig von dem besonderen bei der Herstellung der Form 60 verwendeten Metall.

Vorzugsweise wird die Form 60 vollständig in eine Lösung ent­ haltend die autokatalytische Nickellegierung eingetaucht, welche bei einer erhöhten Temperatur gehalten wird, die typi­ scherweise in dem Bereich von 650° bis 750°F liegt. Typischer­ weise liegt die Dicke der resultierenden Haut der autokataly­ tischen Nickellegierung in dem Bereich von 0,0007 Inch bis 0,001 Inch und beträgt vorzugsweise ungefähr 0,001 Inch. Die resultierende Haut der Nickellegierung hat eine im wesentli­ chen gleichförmige Dicke von +/- 0,0003 Inch. Demzufolge folgt die resultierende Haut der Nickellegierung sehr dicht den ur­ sprünglichen inneren und äußeren Oberflächen der Form 60.

Bezugnehmend auf Block 76 besteht der nächste Schritt in dem Verfahren darin, auf einem Harz basierende Teilchen mit schmierenden Eigenschaften und einer Größe im Submikrometer­ bereich wie beispielsweise Fluoropolymere auf die zuvor auf die Formoberflächen bei Block 74 ausgebildete poröse metalli­ sche Haut aufzubringen. Typischerweise sind die Teilchen Hoch­ temperaturfluoropolymere mit niedriger Reibung. Es können jedoch auch andere schmierende Teilchen verwendet werden, solange wie die schmierenden Teilchen nicht die Oberfläche des resultierenden Kunststoffbauteils kontaminieren.

Bezugnehmend auf Block 78 wird die Form 60 anschließend er­ hitzt, wie beispielsweise in einem Ofen, um dem Fluoropolymer zu ermöglichen, in die Poren der metallischen Haut zu diffun­ dieren und eine abdichtende Oberfläche zu bilden. Auf diesem Wege werden die Fluoropolymere in die Poren der Haut einge­ schmolzen und werden in dem Ofen gesintert, um eine gebundene oder dichte Oberfläche bereitzustellen. Der resultierende feste Schmiermittelfilm kann als ein dünner Film eines Harzes beschrieben werden, welcher die Schmiermittelteilchen zusam­ menbindet.

Die resultierende selbstschmierende Oberflächenschicht wird hierdurch ein integraler Teil einer jeder Formoberfläche, gegenüber welcher diese ausgesetzt wurde. Die resultierende Beschichtung wird allgemeinhin als eine Endura (Wz) Serie 203- Beschichtung bezeichnet. Das Verfahren zur Herstellung der Beschichtung wird durch die Firma Endura Coatings Inc., War­ ren, Michigan, durchgeführt. Die Durchführungszeiten der oben genannten Verfahrensschritte der Fig. 5 sind im allgemeinen abhängig von den Masseteilen, der Konfiguration, der Ober­ flächenpräparation, dem Basismetall, der Fläche zur Kühlung und Maskierung, der Basismetallkontamination, der Beschich­ tungsdicke und davon, welche spezifischen Vorteile bei der Durchführung gewünscht sind.

Bezugnehmnend auf Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht im teil­ weisen Aufriß und im Querschnitt der Formhälfte 12 von Fig. 1 dargestellt, wobei eine Oberfläche 79 auf dieser aufgebracht eine selbstschmierende Oberflächenschicht 80 aufweist, nachdem die Form 10 den in der Fig. 5 dargestellten Verfahrensschritt durchlaufen hat. Desweiteren ist eine selbstschmierende Ober­ flächenschicht 82 für eine der Kühlleitungen 66 veranschau­ licht. Die selbstschmierende Oberflächenschicht 82 ist eben­ falls mittels der Schritte der Fig. 5 ausgebildet. Die Ober­ flächenschicht 82 verhindert die Ansammlung von Verunreinigun­ gen auf den Wandungen der Kühlleitung 66 aufgrund von der­ artigen Verunreinigungen, die in dem Wasser, welches durch Kühlleitung 66 fließt, enthalten sind.

Die selbstschmierende Oberflächenschicht 80 stellt eine nicht­ anhaftende Oberfläche bereit, welche ermöglicht, daß die Form­ hälfte 12 einfach gereinigt werden kann, wenn die Oberfläche 79 eine außenliegende Oberflächenschicht ist. Wenn die Ober­ fläche 79 eine innenliegende Oberfläche der Formhälfte 12 ist, so enthäutet die selbstschmierende Oberflächenschicht 80 leicht verfestigten Kunststoff von dieser oder gibt diesen leicht frei, um eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit des gegenwärtig geformten Kunststoffbauteils als auch von nachfol­ gend geformten Kunststoffteilen bereitzustellen. Desweiteren ermöglicht die selbstschmierende Oberflächenschicht eine ein­ fache gleitende Bewegung des geschmolzenen Harzes in dem For­ mungshohlraum 16, um die Effekte von Verzögerungsmarken auf der Oberfläche des Kunststoffbauteils zu minimieren.

Wenn die selbstschmierende Oberflächenschicht 80 einen Teil des Strömungspfades definiert, den das Harz nimmt, wenn dieses von der außenliegenden Oberfläche 20 zu dem das Bauteil de­ finierenden Hohlraum 16 (d. h. wie in Fig. 1 gezeigt) nimmt, so verhindert die selbstschmierende Oberflächenschicht 80 nicht nur das Anhaften von verfestigtem Kunststoff an diesem sondern erleichtert auch eine gleitende Bewegung des geschmol­ zenen Harzes entlang des Strömungspfades des Harzes, wenn dieses von der außenliegenden Oberfläche 20 zu dem das Bauteil definierenden Hohlraum 16 fortschreitet.

Bezugnehmend auf Fig. 7 ist dort der Ausstoßstift 24 darge­ stellt, welcher ebenfalls eine Oberflächenschicht 84 aufweist, die ebenfalls auf der außenliegenden Oberfläche desselben mittels der Verfahrensschritte nach Fig. 5 ausgebildet ist. Die seitliche Oberfläche der Oberflächenschicht 84 erleichtert eine gleitende Bewegung des Ausstoßstiftes 24 innerhalb der Formhälfte 14, während die obere Oberfläche der Oberflächen­ schicht 84 hilft, den den Gegentand definierenden Hohlraum 16 zu definieren und verhindert, daß das in diesem geformte Kunststoffbauteil an der oberen Oberfläche der Oberflächen­ schicht 84 anhaftet.

Bezugnehmend auf Fig. 8 ist ein Kernstift 86 veranschaulicht, der ebenfalls eine Oberflächenschicht 88 aufweist, welche auf diesem ausgebildet wurde, wenn der Kernstift 86 zusammen mit der unteren Formhälfte 14 durch die in Fig. 5 angezeigten Verfahrensschritte bearbeitet wird. Wiederum hilft, wie in dem Falle des Ausstoßstiftes 24, die Oberflächenschicht 88 des Kernstiftes 86, den Formungshohlraum zu definieren, in welchem das Kunststoffbauteil geformt ist und ermöglicht die einfache Freigabe des Kunststoffbauteils in der offenen Stellung der Form 10. Der Ausstoßstift 24 sowie auch der Kernstift 86 kön­ nen in der Formhälfte 14 angeordnet sein, wenn die Verfahrens­ schritte durchgeführt werden.

Die meisten, wenn nicht alle anderen der Komponenten der Form wie beispielsweise Ausstoßstifte und Kernstifte sind vorzugs­ weise mit der oben beschriebenen selbstschmierenden Oberflä­ chenschicht beschichtet. Derartige Formkomponenten schließen ein aber sind nicht beschränkt auf den Hohlraum, den Kern, Seitenschieber, Heber, Kernstifte, Verteiler bzw. Leitungen, Mischerblöcke, Düsen, Angußbuchsen, Rippen, Vorsprünge usw.

Bezugnehmend auf Fig. 9 ist in graphischer Darstellung ein Teilprofil eines Kunststoffbauteils dargestellt, welches in der Form 10 oder in der Form 60 ohne den Vorteil der selbst­ schmierenden Oberflächenschicht geformt wurde, welche durch die Durchführung der in Fig. 5 gezeigten Prozeßschritte be­ reitgestellt wird.

Bezugnehmend auf Fig. 10 ist in graphischer Darstellung ein Teilprofil eines in der Form 10 oder 60 geformten Teils nach der Bildung der selbstschmierenden Oberflächenschicht, die nach den in Fig. 5 veranschaulichten Verfahrensschritten er­ halten wurde, veranschaulicht. Das Teilprofil der Fig. 5 ist mit dem in Fig. 9 illustrierten Teilprofil zu vergleichen, wobei das Teilprofil nach Fig. 10 wesentlich glatter ist und sich wesentlich schneller an ein nominelles Profil eines Teils anpaßt. Dies zeigt an, daß ein Kunststoffbauteil, welches in einer Form geformt wurde, welche die zuvor beschriebenen selbstschmierenden Oberflächenschichten auf deren Oberflächen ausgebildet haben, welche den Formungshohlraum definieren, eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit aufweist und ins­ besondere eine Oberflächenbeschaffenheit, welche nicht die Tendenz hat, an der inneren Oberfläche des den Gegenstand definierenden Hohlraumes anzuhaften. Wenn eine derartige An­ haftung auftritt, werden oftmals Kunststoffteilchen zurückge­ lassen, welche ggf. erfordern, daß die Formoberflächen ge­ reinigt werden und/oder in zukünftigen Teilen resultieren, die kontaminiert sind.

Bezugnehmend auf Fig. 11 ist schematisch eine vergrößerte perspektivische Ansicht der autokatalytischen Nickelhaut im Teilaufriß veranschaulicht, im allgemeinen mit 90 bezeichnet, die auf einer metallischen Basis 92 nach dem Schritt des Bloc­ kes 74 nach Fig. 5 ausgebildet ist. Die Haut 90 schließt eine Vielzahl von sinusförmig geformten Vorsprüngen 94 ein, welche vollständig bzw. integrierend mit der Oberfläche 96 der metal­ lischen Basis 92 verbunden sind und sich von dieser erstrec­ ken. Die Oberfläche kann eine innenliegende oder außenliegende Oberfläche einer Form darstellen. Zwischen benachbarten Vor­ sprüngen 94 sind Poren 98 ausgebildet, in welchen die Schmier­ mittelteilchen 100 mit deren Harz zusammengebunden sind, um eine abgeschlossene Oberfläche 102 einer selbstschmierenden Oberflächenschicht auszubilden, die allgemein in Fig. 12 mit der Bezugsziffer 112 gekennzeichnet ist.

Die Dicke der selbstschmierenden Oberflächenschicht 10 zwi­ schen der Oberfläche 96 und der Oberfläche 102 ist im all­ gemeinen sehr gleichmäßig innerhalb des Bereichs von +/- 0,0002 Inch, so daß die resultierende Oberflächenbeschaffen­ heit im wesentlichen identisch zu der durch die Oberfläche 96 bereitgestellten ursprünglichen Oberflächenbeschaffenheit ist. Demzufolge ist es wichtig, daß die ursprüngliche Oberfläche 96 vollständig gereinigt ist, so daß eine blanke "jungfräuliche" Metalloberfläche bereitgestellt ist. Aufgrund der Gleichför­ migkeit der Dicke der selbstschmierenden Oberflächenschicht 104 wird jegliche auf der Oberfläche 96 auftretende Kontamina­ tion auf die Oberfläche 102 reflektiert werden. Daher kann es erforderlich sein, eine leichte mechanische Reinigung der Oberfläche 102 nach dem Ausheizschritt, der in dem Block 78 der Fig. 5 angezeigt ist, einzuschließen. Eine derartige leichte mechanische Reinigung verwendet üblicherweise feine Glasmedien unter geringem Arbeitsdruck.

Während die beste Weise der Ausführung der Erfindung im Detail beschrieben wurde, wird der mit dem Gebiet dieser Erfindung vertrauten Fachmann verschiedene unterschiedliche Gestaltungen und Ausführungsformen zur Durchführung der durch die nachfol­ genden Ansprüche definierten Erfindung erkennen.

Claims (27)

1. Gegenstand mit einem Kunststoffbauteil, welches in einer Form mit wenigstens einer metallischen Basis, einem For­ mungshohlraum und wenigstens einer selbstschmierenden Oberflächenschicht, welche eine im wesentlichen gleichför­ mige Dicke aufweist und welche das Kunststoffbauteil in­ nerhalb des Formungshohlraums definiert, geformt wurde, wobei die wenigstens eine selbstschmierende Oberflächen­ schicht eine poröse Metallhaut einschließt, die integral mit der innenliegenden Oberfläche der wenigstens einen metallischen Basis verbunden ist und sich von dieser er­ streckt, und Teilchen mit schmierenden Eigenschaften, die auf der Haut und in den Poren der Haut angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil­ chen mit schmierenden Eigenschaften miteinander verbunden sind, um eine abgeschlossene Oberfläche der wenigstens einen selbstschmierenden Oberflächenschicht zu bilden, wobei das geformte Kunststoffbauteil eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit aufweist.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innenliegende Oberfläche der wenigstens einen metallischen Basis im wesentlichen in die gleiche Gestalt wie die abgeschlossene Oberfläche auf­ weist.

3. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen gleichmäßige Dicke in dem Bereich von 0,0007 bis 0,001 Inch liegt.

4. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im wesentlichen gleichförmige Dicke ungefähr 0,001 Inch beträgt.

5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Haut eine Vielzahl von sinusförmig geformten Vorsprüngen auf­ weist.

6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Haut eine Nickellegierung ist.

7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nickellegierung eine autokataly­ tische Nickellegierung ist.

8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen mit schmie­ renden Eigenschaften Teilchen mit einer Größe im Submikro­ meterbereich eines Fluoropolymers mit niedriger Reibung sind.

9. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form ein Paar von Basen aus Metall aufweist und daß jede der metallischen Basen eine Oberflächenschicht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.

10. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffbauteil spritzgußgeformt ist.

11. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffbauteil preßgeformt ist.

12. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffgegenstand blasgeformt ist.

13. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffgegenstand vakuumgeformt ist.

14. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffgegenstand reaktionsspritzgußgeformt ist.

15. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoff des Kunststoffbauteils Polyurethan ist.

16. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoff des Kunststoffbauteils DYM ist.

17. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoff des Kunststoffbauteils ABS ist.

18. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoff des Kunststoffbauteils Santopren ist.

19. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoff des Kunststoffbauteils Polypropylen ist.

20. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kunst­ stoff des Kunststoffbauteils SMC ist.

21. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Form einen Ausstoßstift aufweist und daß der Ausstoßstift eine selbstschmierende Oberflächenschicht nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 aufweist, welche das geformte Bauteil in dem Formungshohlraum definiert.

22. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Form einen Kernstift aufweist und daß der Kernstift eine selbstschmierende Oberflächenschicht nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 aufweist, welche das geformte Bauteil in dem Formungshohlraum definiert.

23. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Form eine Kühlleitung aufweist, welche innerhalb der wenigstens einen metallischen Basis ausgewählt ist, wobei die Kühl­ leitung eine selbstschmierende Oberflächenschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei die Ansammlung von Verunreinigungen innerhalb der Kühlleitung behindert wird.

24. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß die Form einen Strömungspfad für ein Harz aufweist, der sich von einer äußeren Oberfläche der Form zu dem Formungshohlraum erstreckt und wobei der Strömungspfad des Harzes eine selbstschmierende Oberflächenschicht nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 aufweist, wodurch die Ansammlung von Kunst­ stoff entlang des Strömungspfades des Harzes behindert wird.

25. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der Form eine selbstschmierende Oberflächen­ schicht nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wodurch die Ansammlung von Oberflächenverunreinigungen auf der äußeren Oberfläche der Form verhindert wird.

26. Gegenstand mit einem Kunststoffbauteil, das in einer Form mit einem Paar von metallischen Basisteilen, einem Form­ hohlraum und einer selbstschmierenden Oberflächenschicht, die auf einer innenliegenden Oberfläche von jedem der metallischen Basisteile ausgebildet ist, aufweist, wobei jede der selbstschmierenden Oberflächenschichten eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist und wobei die selbstschmierende Oberflächenschicht das Kunststoffbauteil in dem Formhohlraum definiert, jede der selbstschmierenden Oberflächenschichten schließt eine poröse metallische Haut ein, die integral verbunden ist mit der innenliegenden Oberfläche auf dessen metallischer Basis und sich von dieser erstreckt, und wobei Teilchen mit schmierenden Eigenschaften auf jeder Haut und in Poren von jeder Haut angeordnet sind, wobei die Teilchen mit schmierenden Ei­ genschaften miteinander verbunden sind, um eine abge­ schlossene Oberfläche jeder der selbstschmierenden Ober­ flächenschichten auszubilden, und wobei der geformte Kunststoffgegenstand eine verbesserte Oberflächenbeschaf­ fenheit aufweist.

27. Gegenstand mit einem Kunststoffbauteil, welches in einer Form mit einem Paar von metallischen Basisteilen, einem Formhohlraum, einem Strömungspfad für ein Harz, welcher sich von einer äußeren Oberfläche der Form zu dem For­ mungshohlraum erstreckt, und einer selbstschmierenden Oberflächenschicht, die auf einer innenliegenden Ober­ fläche eines jeden der metallischen Basisteile und entlang des Strömungspfades des Harzes geformt ist, wobei jede der selbstschmierenden Oberflächenschichten eine im wesentli­ chen gleichmäßige Dicke aufweist, und wobei die selbst­ schmierenden Oberflächenschichten, die auf den innenlie­ genden Oberflächen der metallischen Basisteile ausgebildet sind, das Kunststoffbauteil in dem Formhohlraum definie­ ren, jede der selbstschmierenden Oberflächenschichten schließt eine poröse metallische Haut ein, die integral verbunden ist mit und sich erstreckt von dem metallischen Basisteil, und Teilchen mit schmierenden Eigenschaften, die auf jeder Haut und in Poren jeder Haut angeordnet sind, wobei die Teilchen mit schmierenden Eigenschaften miteinander verbunden sind, um eine abgeschlossene Ober­ fläche einer jeden der selbstschmierenden Oberflächen­ schichten auszubilden, wobei das geformte Kunststoffbau­ teil eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit hat und in dem Strömungspfad des Harzes verfestigter Kunststoff eben­ falls eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit hat, um eine Anhaftung an der Form entlang des Strömungspfades des Harzes zu minimieren.