AT516284A1 - Formwerkzeug - Google Patents

Abstract

Formwerkzeug für die Herstellung eines optischen Elements mit - einer ersten Formhälfte (2), - einer von der ersten Formhälfte (2) durch eine Trennebene getrennte zweite Formhälfte (3), - einer an der Trennebene angeordneten ersten Spritzstation (4) zur Formung einer ersten Schicht des herzustellenden optischen Elements, - einer an der Trennebene angeordneten zweiten Spritzstation (5), in welcher eine zweite Schicht des herzustellenden optischen Elements an die erste Schicht anspritzbar ist, und - einer Transportvorrichtung zum Transport der ersten Schicht aus der ersten Spritzstation (4) in die zweite Spritzstation (5), wobei durch eine an der Trennebene angeordnete dritte Spritzstation (6), in welcher eine dritte Schicht des herzustellenden optischen Elements an die erste Schicht und/oder die zweite Schicht anspritzbar ist, wobei die erste Schicht zusammen mit der angespritzten zweiten Schicht mittels der Transportvorrichtung aus der zweiten Spritzstation (5) zur dritten Spritzstation (6) transportierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formwerkzeug für die Herstellung einesoptischen Elements, insbesondere einer Linse, mit den Merkmalen des Oberbegriffsdes Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementsgemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 16.

Aus der AT 505321 A1 der Anmelderin ist es bekannt, dass beispielsweise Linsenvorteilhaft in drei Schichten spritzgegossen werden können. Eine Aufteilung in zweiSchichten ist nicht vorteilhaft, da die Herstellung zweier Linsen in jeweils einereinzigen Kavität effektiver ist. Eine Herstellung einer zweischichtigen Linse istbeispielsweise in der EP 1785255 A1 offenbart.

Aus der EP 0839636 A2 ist eine Fertigung einer Linse in drei Schritten gezeigt, wobeiein Kern der Linse gefertigt wird, der Kern dann in ein Formwerkzeug eingelegt wirdund dann zunächst an einer Seite eine fertige Linsenoberfläche angespritzt wird unddann an der anderen Seite. Dies hat zwar den Vorteil eines dreischichtigen Aufbaus.Nachteilig ist jedoch, dass für den Transport des Vorspritzlings in das Formwerkzeugein erheblicher Aufwand getroffen werden muss, sodass auch bei dieser Ausführunglediglich eine leicht verbesserte Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu einemzweischichtigen Aufbau der Linse erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formwerkzeug und ein Verfahren anzugeben, diees erlauben, eine drei- oder mehrschichtige Linse auf im Vergleich zum Stand derTechnik einfachere Weise herzustellen.

Hinsichtlich des Formwerkzeugs wird diese Aufgabe mit den Merkmalen desAnspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens geschieht dies mit den Merkmalendes Anspruchs 16.

Ein Kernaspekt der Erfindung liegt darin, die dreischichtige Linse in drei separatenSpritzstationen herzustellen, welche in einer (einzigen) Trennebene desFormwerkzeugs angeordnet sind.

Als Trennebene ist dabei jene Fläche zu verstehen, an der sich Hälften desFormwerkzeugs treffen. Diese Fläche muss nicht eben sein, sondern kann auchgekrümmt sein oder Stufen enthalten. Kriterium ist lediglich, dass die Kavitäten derSpritzstationen durch Aufeinandertreffen der Formhälften an der Trennebeneentstehen. Natürlich muss ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug nicht aus nur denzwei Formhälften bestehen. Erfindungsgemäße Formwerkzeuge können natürlichauch weitere Teile wie Schieber, Auswerfer und viele weitere bewegliche undunbewegliche Teile beinhalten. Insbesondere die Transportvorrichtung kann auchTeil des Formwerkzeugs sein.

Durch die Anordnung der zumindest drei Spritzstationen in einer Trennebene ergibtsich eine erhebliche Vereinfachung des technischen Aufwands, der dafür getriebenwerden muss, die jeweils gespritzten Schichten in die nächsten Kavitäten zubefördern. Außerdem kann sich auf diese Weise die Restwärme, welche imWerkzeug vorliegt, positiv auf die Schichthaftung auswirken.

Die Erfindung erlaubt es, drei- oder mehrschichtige optische Elemente mit einemeinzigen Spritzaggregat zu fertigen. Natürlich können die optischen Elemente auchmit beliebig vielen Spritzaggregaten hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Spritzstationen in einer Ebene ist, dassSauber- und Reinraumbedingungen leichter hergestellt werden können.

Die Transportvorrichtung kann mehrere separate Teiltransportvorrichtungen, wiebeispielsweise Drehtische oder Handlingroboter, aufweisen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchendefiniert.

Es kann vorgesehen sein, dass die dritte Spritzstation so ausgebildet ist, dass diedritte Schicht in der dritten Spritzstation an einer von der zweiten Schichtwegweisenden Seite der ersten Schicht anspritzbar ist. Gegenüber einer Ausführung,bei der beispielsweise äußere Schichten einer Linse gleichzeitig gespritzt werden,hat eine solche Ausführungsform den großen Vorteil, dass Schmelzeströme nichtbalanciert werden müssen. Denn falls ein Schmelzestrom zu früh eintrifft oder zugroßen Druck ausübt, kann der Vorspritzling brechen oder anderweitig Schadennehmen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass der Aufwand, derdafür getrieben werden muss, dies zu vermeiden, erheblich ist.

Diese Ausführungsform erlaubt es insbesondere, die erste Schicht mit relativgeringer Präzision herzustellen, da etwaige Abweichungen oder Einfallstellen durchdie zweite und dritte Schicht überdeckt werden und damit keine nachteiligenWirkungen entfalten.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Spritzstation dazu ausgebildet ist, die ersteSchicht in zumindest zwei Subschichten herzustellen. Dabei kann es wichtig sein,dass die letzte die erste Schicht vervollständigende Subschicht in der erstenSpritzstation hergestellt wird. Natürlich ist es auch möglich, mehr als dreiSpritzstationen in einer Trennebene anzuordnen und das optische Element in mehrals drei Schichten bzw. Subschichten herzustellen.

Die Transportvorrichtung kann einen Handlingroboter umfassen, mittels welchem dieerste Schicht von der ersten Spritzstation zur zweiten Spritzstation transportierbar ist.Dies ermöglicht es, die erste Schicht in eine Kühlstation zu geben, bevor sie zurzweiten Spritzstation transportiert wird. Dies ist auch bei einer Ausführung möglich,bei der die Transportvorrichtung einen Drehtisch umfasst, mittels welchem die ersteSchicht von der ersten Spritzstation zur zweiten Spritzstation transportierbar ist. EinVorteil der Verwendung eines Handlingroboters kann hier darin liegen, dass dieLänge der Kühlung - bzw. die Anzahl der Takte, über die gekühlt wird - einstellbarist, während bei einem Drehtisch die komplette Zykluszeit verändert werden muss,um die Kühlzeit anzupassen. Bei einer außerhalb des Formwerkzeugs angeordnetenKühlstation kann dieser Nachteil vermieden werden.

Bezüglich des Transports zur dritten Spritzstation kann es vorgesehen sein, dass dieTransportvorrichtung dazu ausgebildet ist, ein für die zweite Schicht formbildendesTeil der zweiten Spritzstation zum Transport der ersten Schicht zusammen mit derangespritzten zweiten Schicht zur dritten Spritzstation zu bewegen. Dadurch kann eserreicht werden, dass Oberflächen des fertigen optischen Elements nur einmalentformt werden und nicht nach dem Entformen wieder in eine Formkavitäteingesetzt werden müssen. Dies kann nämlich zur Beschädigungen der Oberflächenführen, was gerade bei optischen Elementen natürlich nachteilig wäre.

Insbesondere dann, wenn es vorgesehen ist, ein für die zweite Schichtformbildendes Teil zum Transport zur dritten Spritzstation zu verwenden, kann esbesonders vorteilhaft sein, wenn die Transportvorrichtung einen Drehtisch umfasst,mittels welchem die erste Schicht zusammen mit der angespritzten zweiten Schichtaus der zweiten Spritzstation in die dritte Spritzstation transportierbar ist. Dies stellteine besonders einfache Ausführungsform dar. Wenn es vorgesehen ist, ein für diezweite Schicht formbildendes Teil zum Transport zur dritten Spritzstation zuverwenden, mittels welchem die erste Schicht zusammen mit der angespritztenzweiten Schicht aus der zweiten Spritzstation in die dritte Spritzstation transportierbarist, kann anstelle des Drehtisches auch ein Handlingroboter verwendet werden.

Es kann vorgesehen sein, zwei oder mehr Linsen gleichzeitig zu fertigen, d. h. dassin den Spritzstationen jeweils zwei oder mehr Schichten jeweils separater optischerElemente hergestellt werden. Beispielsweise bei der Herstellung von Linsen fürFahrzeugscheinwerfer kann dies vorteilhaft sein, da diese paarweise benötigt werden.

Generell gilt:

Es kann vorgesehen sein, dass die Spritzstationen alle von einem gemeinsamenWerkzeug gebildet werden, aber auch jede Spritzstation von einem eigenenWerkzeug gebildet werden kann. Der Drehtisch kann sowohl Bestandteil derMaschine als auch des Werkzeugs sein kann.

Schutz begehrt wird auch für eine Spritzgießmaschine mit einem erfindungsgemäßenFormwerkzeug.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren sowie derdazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs zur Herstellung eines optischen Elements mit drei in einer Trennebene angeordnetenSpritzstationen,

Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei die Transportvorrichtung über zwei Drehtische verfügt,

Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei ebenfalls zwei Drehtische vorhanden sind und einer der Drehtische eine Kühlstation bildet/bedient,sowie

Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Handlingroboter und einem Drehtisch.

In Fig. 1 ist schematisch ein Formwerkzeug 1 mit einer ersten Formhälfte 2 und einerzweiten Formhälfte 3 dargestellt. Das Formwerkzeug 1 ist geöffnet dargestellt. An derTrennebene des Formwerkzeugs sind eine erste Spritzstation 4, eine zweiteSpritzstation 5 sowie eine dritte Spritzstation 6 angeordnet.

In den drei Spritzstationen werden drei Schichten zweier Linsen hergestellt. Dafürdiesen konkreten Fall die Anwendung bei Automobilscheinwerfern vorgesehen ist,erweist sich die paarweise Herstellung der Linsen als vorteilhaft.

Die formgebenden Teile der einzelnen Stationen sind wie folgt bezeichnet: -1R formgebendes Teil für eine erste Schicht einer rechten Linse; -1L formgebendes Teil für eine erste Schicht einer linken Linse, - 2R formgebendes Teil für eine zweite Schicht einer rechten Linse; - 2L formgebendes Teil für eine zweite Schicht einer linken Linse; - 3R formgebendes Teil für eine dritte Schicht einer rechten Linse; - 3L formgebendes Teil für eine dritte Schicht einer linken Linse.

In der ersten Spritzstation 4 liegen sich die mit 1R und 1L bezeichnetenformgebenden Teile gegenüber. Nachdem das Formwerkzeug 1 geschlossen ist,wird in den dadurch entstehenden Kavitäten die erste Schicht gespritzt. Diese ersteSchicht wird dann mittels der Transportvorrichtung zu den entsprechend geformtenTeilen der zweiten Spritzstation 5 transportiert, wobei verschiedene Ausgestaltungenfür Transportvorrichtungen in den Figuren 2 bis 4 dargestellt sind. Die Ausrichtungder formgebenden Teile zueinander wird durch die Ausrichtung der Bezeichnung1 R,L bis 3R,L verdeutlicht. Insbesondere ist die Ausrichtung der zweiten Spritzstation5 um 180° „verdreht“. Nach dem Schließen des Formwerkzeugs 1 liegen sich alsodie 1R-, 1 L-Kavitätenteile mit darin liegender erster Schicht und die mit 2R und 2Lbezeichneteten Kavitätenteile gegenüber. In den dadurch entstehenden Freiraum aufder 2R-, 2L-Seite wird dann die zweite Schicht gespritzt. Diese zweite Schichtdefiniert bereits eine Oberfläche der zu fertigenden Linse. In diesemAusführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass diese Oberfläche nur einmal aus einerForm entnommen wird und danach nicht wieder an einer Form angeordnet wird, dadies zu Beschädigungen der Oberfläche der Linse führen kann.

Die erste zusammen mit der zweiten Schicht wird dann aus der zweiten Spritzstation5 in die dritte Spritzstation 6 befördert. Für die Ausgestaltungen derTransportvorrichtung sei wiederum auf die Figuren 2 bis 4 verwiesen. Nach demerneuten Schließen des Formwerkzeugs liegen sich die formbildenden Teilegegenüber, welche mit 2R und 2L bzw. mit 3R und 3L bezeichnet sind. Wiederumentsteht eine vergrößerte Kavität, wobei in dem Freiraum die dritte Schicht gespritztwird. Nach diesem dritten Spritzvorgang ist die Linse fertig und kann nach demÖffnen des Formwerkzeugs 1 aus der Form genommen werden.

In Fig. 2 ist ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung der Transportvorrichtungdargestellt. In diesem Fall werden zwei Drehtische 8 verwendet, wobei einer derDrehtische 8 an der ersten Formhälfte 2 und einer der Drehtische 8 an der zweitenFormhälfte 3 angeordnet ist. Theoretisch ist es auch bei dieser Ausführungsformmöglich, eine Kühlstation einzubeziehen - durch Entnahme und Wiedereinlegen indie mit 1R und 1L bezeichneten Formteile der ersten Spritzstation 4 oder der zweitenSpritzstation 5. Soll eine Kühlung durchaeführt werden, sind jedoch die

Ausführungsbeispiele aus den Figuren 3 und 4 bevorzugt. Alle formgebenden Teilekönnen variotherm temperiert werden, d. h. sie können so temperiert werden, dassihre Soll-Temperatur während eines Produktionszyklus eine Änderung erfährt. Dabeiwird meist zunächst eine relativ heiße Temperatur gewählt, um das Einspritzen einesplastifizierten Kunststoffs oder dergleichen zu unterstützen und danach eine Kühlungdurchgeführt, um das Erstarren der jeweiligen Schicht zu beschleunigen.

Die Ausführungsform aus Fig. 3 nützt ebenfalls zwei Drehtische 8 für den Transportder Schichten. Im Unterschied zur vorbeschriebenen Ausführungsform weist der ander zweiten Formhälfte 3 angeordnete Drehtisch 8 eine zusätzliche Position auf,wobei diese auch auf der ersten Formhälfte 2 ein mit K bezeichnetes Gegenstückfindet. Diese zusätzliche Position dient der Kühlung. Die erste Schicht wird nach derHerstellung also einem Takt lang in der Kühlstation K gekühlt.

Ansonsten ist diese Ausführungsform analog zu der aus Fig. 2.

Dies gilt auch für die Ausführungsform aus Fig. 4 mit dem Unterschied, dass zumTransport der ersten Schichten zur zweiten Spritzstation 5 nicht ein Drehtisch 8,sondern ein (nicht dargestellter) Handlingroboter verwendet wird. Bei dieserAusführungsform kann es vorgesehen sein, dass die ersten Schichten nach derHerstellung in eine externe Kühlstation transferiert werden, bevor sie in die mit 1Rund 1L bezeichneten Teile der zweiten Spritzstation 5 wieder eingesetzt werden. DerVorteil dieser externen Kühlstation ist, dass die Kühlzeit nicht durch die Zykluszeitfestgelegt ist. Tatsächlich kann die Kühlung auch über zwei oder mehr Takte Längeerfolgen, wodurch die Kühlzeit relativ gut einstellbar ist.

Auch hierbei tritt der Vorteil auf, dass fertig geformte Oberflächen der Linse nichtnach dem Ausformen wieder in eine Formkavität eingesetzt werden müssen.

Aus diesem Grund und wegen der Einsteilbarkeit der Kühlzeit kann dieseAusführungsform eine bevorzugte sein. Ein weiterer Vorteil der Erfindung bestehtdarin, dass die Produktion von optischen Elementen auch mit nur einer einzigenEinspritzeinheit durchgeführt werden kann.

Die Spritzstationen 4, 5 und 6 in den Figuren können so ausgeführt sein, dass siealle Bestandteil eines Werkzeugs sind. Es ist aber auch möglich dass jedeSpritzstation von einem eigenen Werkzeug gebildet wird (= 3 Werkzeugenebeneinander). Für die Drehtische 8 in Fig. 2 und Fig. 3 gilt, dass die Drehtische 8 entwederBestandteil der Maschine oder Bestandteil des Werkzeuges sind.

In Fig. 4 besteht wieder die Möglichkeit, dass der Drehtisch 8 Bestandteil desWerkzeugs oder der Maschine ist. Zudem könnte das Ausführungsbeispiel mit nureinem Werkzeug umgesetzt werden. Es besteht jedoch aber auch die Möglichkeitdas Ausführungsbeispiel so umzusetzen, dass die erste Spritzstation mit einemWerkzeug realisiert wird, ein zweites Werkzeug bildet die Spritzstationen 2 und 3.Das zweite Werkzeug würde dann auch den Drehtisch beinhalten.

Es sei darauf hingewiesen, dass statt dem Ausdruck „Drehtisch“ im Fachjargon auchder Ausdruck „Drehteller“ verwendet wird. Gemeint ist jedenfalls eine Vorrichtung,welche zumindest zwei formgebende Hälften jeweils einer Kavität trägt und welcheso drehbar ist, dass eine der formgebenden Hälften auf zumindest zweiverschiedenen Gegenstücken positionierbar ist. Der Drehtisch selbst kannBestandteil des Werkzeugs oder der Maschine sein.

Claims (16)

1. Patentansprüche 1. Formwerkzeug für die Herstellung eines optischen Elements mit - einer ersten Formhälfte (2), - einer von der ersten Formhälfte (2) durch eine Trennebene getrennte zweite Formhälfte (3), - einer an der Trennebene angeordneten ersten Spritzstation (4) zur Formung einer ersten Schicht des herzustellenden optischen Elements, - einer an der Trennebene angeordneten zweiten Spritzstation (5), in welcher eine zweite Schicht des herzustellenden optischen Elements an die ersteSchicht anspritzbar ist, und - einer Transportvorrichtung zum Transport der ersten Schicht aus der ersten Spritzstation (4) in die zweite Spritzstation (5),gekennzeichnet durch eine an der Trennebene angeordnete dritte Spritzstation(6), in welcher eine dritte Schicht des herzustellenden optischen Elements andie erste Schicht und/oder die zweite Schicht anspritzbar ist, wobei die ersteSchicht zusammen mit der angespritzten zweiten Schicht mittels derTransportvorrichtung aus der zweiten Spritzstation (5) zur dritten Spritzstation(6) transportierbar ist.
2. 2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritteSpritzstation (6) so ausgebildet ist, dass die dritte Schicht in der drittenSpritzstation (6) an einer von der zweiten Schicht wegweisenden Seite derersten Schicht anspritzbar ist.
3. 3. Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieerste Spritzstation (4) dazu ausgebildet ist, die erste Schicht in zumindest zweiSubschichten herzustellen.
4. 4. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Transportvorrichtung einen Handlingroboter umfasst, mittels welchemdie erste Schicht von der ersten Spritzstation (4) zur zweiten Spritzstation (5)transportierbar ist.
5. 5. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Transportvorrichtung einen Drehtisch (8) umfasst, mittels welchem dieerste Schicht von der ersten Spritzstation (4) zur zweiten Spritzstation (5)transportierbar ist.
6. 6. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Schicht mittels der Transportvorrichtung - vorzugsweise einesHandlingroboters oder eines Drehtisches (8) - aus der ersten Spritzstation (4)zu einer Kühlstation und aus der Kühlstation zur zweiten Spritzstation (5)transportierbar ist.
7. 7. Formwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstationaußerhalb des Formwerkzeugs (1) angeordnet ist.
8. 8. Formwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstationdurch eine Position des Drehtisches (8) gebildet ist.
9. 9. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Transportvorrichtung dazu ausgebildet ist, ein für die zweite Schichtformbildendes Teil der zweiten Spritzstation (5) zum Transport der erstenSchicht zusammen mit der angespritzten zweiten Schicht zur drittenSpritzstation (6) zu bewegen.
10. 10. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Transportvorrichtung einen Drehtisch (8) umfasst, mittels welchem dieerste Schicht zusammen mit der angespritzten zweiten Schicht aus der zweitenSpritzstation (5) in die dritte Spritzstation (6) transportierbar ist.
11. 11. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Spritzstation (4) so ausgebildet ist, dass zumindest zwei ersteSchichten formbar sind.
12. 12. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass die zweite Spritzstation (5) so ausgebildet ist, dass zumindest zwei zweiteSchichten an zwei ersten Schichten anspritzbar sind.
13. 13. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass die dritte Spritzstation (6) so ausgebildet ist, dass zumindest zwei dritteSchichten an zumindest zwei erste Schichten und/oder zumindest zwei zweiteSchichten anspritzbar sind.
14. 14. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass das Formwerkzeug (1) dazu ausgebildet ist, als optisches Element eineLinse herzustellen.
15. 15. Spritzgießmaschine mit einem Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. 16. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mittels einesFormwerkzeugs, insbesondere mittels eines Formwerkzeugs nach einem derAnsprüche 1 bis 14 und/oder einer Spritzgießmaschine nach Anspruch 15,wobei - in einer an einer Trennebene des Formwerkzeugs angeordneten ersten Spritzstation (4) eine erste Schicht des herzustellenden optischen Elementsgeformt wird, - die erste Schicht mittels einer Transportvorrichtung zu einer an der Trennebene des Formwerkzeug angeordneten zweiten Spritzstation (5)transportiert wird und - in der zweiten Spritzstation (5) eine zweite Schicht des herzustellenden optischen Elements an die erste Schicht angespritzt wird,dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Schicht zusammen mit der angespritzten zweiten Schicht mittels der Transportvorrichtung aus der zweiten Spritzstation (5) zu einer an derTrennebene angeordneten dritten Spritzstation (6) transportiert wird und - eine dritte Schicht des herzustellenden optischen Elements an die erste Schicht und/oder die zweite Schicht angespritzt wird.