DE102004034492A1

DE102004034492A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen

Info

Publication number: DE102004034492A1
Application number: DE200410034492
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr. Brockmann; Christoph Stecker
Original assignee: Balda Solutions & Co KG GmbH
Current assignee: BALDA SOLUTIONS DEUTSCHLAND GMBH, 32549 BAD OEYNHA
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-09
Also published as: WO2006008010A3; WO2006008010A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen, bei dem bzw. bei der einer Kavität eines Spritzgießwerkzeuges hinter ein dort positioniertes, beispielsweise mit einem Dekor versehenes Folienmaterial eine thermoplastische Formmasse eingebracht wird. Dabei soll die Vorrichtung die mit einer Kavität 8 versehenen Werkzeughälften 3, 10 haben und Mittel, mit denen eine thermoplastische Formmasse in die Kavität 8 der Werkzeughälften 3, 10 eingebracht wird, und Mittel zum Zuführen und Positionieren eines Folienmaterials in der Kavität 8. Um verbesserte optische Bauteile herstellen zu können, zeichnet sich das Verfahren nach der Erfindung dadurch aus, daß nach dem Einbringen der thermoplastischen Formmasse der Formraum in der Kavität 8 hinter dem Folienmaterial 12 um einen einstellbaren Wert y verkleinert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Kavität 8 ein in dieser beweglicher Kernstempel 1 zur Veränderung des Kavitätsvolumens zugeordnet ist (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen, bei dem in zumindest einer Kavität eines Spritzgießwerkzeuges hinter ein dort positioniertes, beispielsweise mit einem Dekor versehenes Folienmaterial eine thermoplastische Formmasse eingebracht wird. Des weiteren hat die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen mit einem Formwerkzeug, das eine feste, mit einer Kavität versehene Werkzeughälfte sowie eine mit der festen Werkzeughälfte verbindbare, bewegliche Werkzeughälfte aufweist, zum Gegenstand, die mit Mitteln zum Zuführen einer thermoplastischen Formmasse in die Kavität und Mitteln zum Zuführen und Positionieren eines Folienmaterials in der Kavität versehen ist.

Es ist bekannt, zum Herstellen von optischen Bauteilen in die Kavität eines Werkzeuges polymere oder dergleichen thermoplastische Formmassen einzuspritzen und dazu zunächst in die Kavität ein Folienmaterial, beispielsweise eine bedruckte Trägerfolie, einzubringen, die im Spritzgießwerkzeug positioniert wird, wobei durch die Wärme der Formmassenschmelze das Dekor auf dem Bauteil verbleibt, wonach die Trägerfolie aus dem Werkzeug herausgebracht wird. Des weiteren ist bekannt, eine zum Beispiel ebenfalls mit einem Dekor versehene, bereits zugeschnittene Folie in das Werkzeug einzulegen und zu hinterspritzen. Nach Wegbewegen der beweglichen Werkzeughälfte verbleibt die Folie mitsamt dem Dekor auf dem Formteil.

Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist, daß die herzustellenden optischen Bauteile in nur unbefriedigender Weise eine optische Qualität des sichtbaren Lichtes zulassen. Dies ist insbesondere nachteilig bei Bauteilen, die zum Beispiel als Sichtfensterteile für Displays von Anzeigegeräten Einsatz finden sollen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von optischen Bauteilen zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der optische Bauteile mit einer verbesserten optischen Qualität hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das Verfahren der eingangs genannten Art dadurch aus, daß nach dem Einbringen der thermoplastischen Formmasse der Formraum in der Kavität hinter dem Folienmaterial um einen einstellbaren Wert y verkleinert wird. Es hat sich herausgestellt, daß durch diese Maßnahme der Verringerung des Formraumes in der Kavität hinter dem Folienmaterial die Eigenschaften des fertigen optischen Bauteils hinsichtlich der optischen Qualität wesentlich verbessert werden kann. Dabei genügt vielfach schon eine kleinere Verringerung des Formraumes aus.

In besonders bevorzugter Weise wird jedoch der Formraum in einem Maße derart verkleinert, daß die Verkleinerung des Formraumvolumens der Schwindung der eingebrachten Formmasse während eines Abkühlungsvorgangs entspricht. Damit konnten optimale Ergebnisse hinsichtlich der optischen Qualitätseigenschaften bei dem optischen Bauteil erzielt werden. Die Verkleinerung des Formraumes kann gesteuert erfolgen, wobei entsprechende Schwindungseigenschaften der eingebrachten Formmasse in Abhängigkeit des gewählten Werkstoffes und der eingestellten Betriebsparameter automatisiert berücksichtigt werden.

Als Folienmaterial kann eine von einer Wickelvorrichtung abzuwickelnde Trägerfolie Verwendung finden, die zwischen die feste Werkzeughälfte und die bewegliche Werkzeughälfte eingebracht und an der beweglichen Werkzeughälfte über eine Klemmvorrichtung mit dieser verbunden wird. Ein aufgedrucktes Dekor kann z.B. durch Druck- bzw. Temperaturbeeinflussung von der Folie ablöst werden, so daß danach die Trägerfolie aus der Vorrichtung herausbewegt werden kann.

Eine Vorrichtung zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen der eingangs genannten Art zeichnet sich zur Lösung der Aufgabe dadurch aus, daß der Kavität ein relativ zu dieser beweglicher Kernstempel zur Änderung des Kavitätsvolumens zugeordnet ist. Mit einem solchen relativ beweglichen Kernstempel ist der mit der Erfindung angestrebte Spritzprägeprozeß in idealer Weise durchzuführen, da mit baulich einfachen Mitteln die Volumenverkleinerung des Formraumes zu bewerkstelligen ist.

Bevorzugterweise ist der Kernstempel an einer Zwischenplatte befestigt, die mit einem Abstand zur festen Werkzeughälfte positionierbar ist. Das Werkzeug insgesamt kann relativ zu dieser Zwischenplatte und an dem ortsfest positionierten Kernstempel verfahrbar sein. Umgekehrt kann jedoch auch der Kernstempel mitsamt der Zwischenplatte relativ zu den Werkzeughälften verfahren werden. Dazu kann beispielsweise die Zwischenplatte über Tellerfedern an der festen Werkzeughälfte abstützbar sein, so daß bei einem Verfahren der Teile zwecks Verringerung des Formraumes dies gegen die Federkraft der Tellerfeder zu erfolgen hat. Damit sind exakte vorwählbare Abstände x zwischen der Zwischenplatte und der festen Werkzeughälfte einstellbar und über eine Wegmeßvorrichtung zu ermitteln.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch die Vorrichtung nach der Erfindung in einer Ausgangsstellung zu Beginn eines Spritzgießvorgangs mit eingebrachtem Folienmaterial,
2 eine zu 1 analoge Darstellung mit verringertem Formraum in der Kavität, und
3 eine schematischen Draufsicht auf die mittels einer Klemmvorrichtung gehaltene Folienbahn.
In der Zeichnung sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nur die zum Verständnis der Erfindung wichtigen Bauteile gezeigt.
Ein beweglicher Kernstempel 1 ist ein einer festen Werkzeughälfte 3 angeordnet, welche über Abstandshalter 2 die feste Werkzeughälfte 3 gegenüber der beweglichen Werkzeughälfte 9 abgedichtet abstützt.
Der Kernstempel 1 ist an einer Zwischenplatte 4 befestigt, die sich über Tellerfedern 5 an der festen Werkzeughälfte 3 abstützt und relativ gegenüber dieser translatorisch bewegbar ist. An einer Führung 6 ist ein Anschlag 7 befestigt, der zu Beginn eines Formvorganges an der entsprechenden Fläche der festen Werkzeughälfte anliegt. Dadurch ist eine Positionierung der festen Werkzeughälfte 3 gewährleistet.
In der Trennebene zwischen der festen Werkzeughälfte 3 und der beweglichen Werkzeughälfte 9 ist in die Kavität 8 eine Folie 12 eingebracht, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Endlosfolie ist, die von einer Wickelvorrichtung abgewickelt und auf eine Aufnahmerolle wieder aufgerollt werden kann. Die Kavität 8 wird durch den Einsatz 9 der festen Werkzeughälfte 10 begrenzt. Die Folie 12 kann über einen Klemmrahmen 14 in einer gewählten Position, an der beispielsweise ein Dekor an einer vorbestimmten Stelle angeordnet ist, an der beweglichen Werkzeughälfte 10 bzw. an deren Einsatz 9 gehalten werden. Zu Beginn eines Formvorganges (1), wird zunächst die Folie 12 eingebracht. Dann wird die bewegliche Werkzeughälfte 9 auf die feste Werkzeughälfte 3 aufgefahren mit entsprechender Abdichtung zwischen den Einsatzteilen 2 und 9. Nach entsprechender Positionierung der Trägerfolie 12 an der vorgesehenen Stelle wird der Kernstempel 1 in eine Position gebracht mit dem Abstandsmaß x zwischen der Zwischenplatte 4 und der festen Werkzeughälfte 3. Dieser Abstand x wird mit Hilfe einer Wegmeßvorrichtung 13 ermittelt. Die Tellerfedern 5 sorgen mit dafür, daß die Kavität 8 mit Hilfe des Einsatzes 2 und des Einsatzes 9 abgedichtet wird.
Nun spritzt die Vorrichtung eine thermoplastische Formmasse, zum Beispiel PC, PA oder PMMA, in die Kavität ein, wonach sich die Folie 12 an den Einsatz 9 anlegt. Direkt nach dem Einspritzen dieser thermoplastischen Formmasse wird nun die Kavität 8 hinsichtlich ihres Formraumes um einen Wert y verkleinert, indem die Teile relativ zum festen Kernstempel 1 auf ein Maß x minus y gemäß der dargestellten Bewegungsrichtung B verschoben werden. Umgekehrt ist es auch möglich, den Kernstempel 1 relativ gegenüber dem Einsatz 2 bzw. der festen Werkzeughälfte 10 um das entsprechende Maß y zu bewegen.
Begrenzt und eingestellt werden kann das Maß y mit Hilfe des Anschlags 7, welcher sich an der Werkzeughälfte 10 anlegt. Dieses Maß y ist zweckmäßigerweise so zu wählen, daß die Schwindung der thermoplastischen Formmasse während des Abkühlvorganges weitestgehend kompensiert wird. Im weiteren Verlauf des Prozesses kühlt die thermoplastische Formmasse in der Kavität ab, bis eine Temperatur erreicht ist, bei der die thermoplastische Formmasse eine erstarrte Form angenommen hat. Nun öffnet die Spritzgießvorrichtung im Bereich der Trennebene der Werkzeughälften 3 und 10, wonach sich das Dekor der Dekorfolie 12 beim Herausnehmen des Formteils von der Folie 12 ablöst. Danach gibt der Klemmrahmen 14 die Folie wieder frei und die Folienwickelvorrichtung kann die vom Dekor befreite Folie 12 abführen und gleichzeitig den nächsten Folienbereich in seine Position innerhalb der Kavität 8 bringen.
Alternativ kann das Werkzeug vollständig geschlossen werden und die Formmasse drückt dann die Werkzeughälften auseinander, bis der entsprechende Wert x zwischen den Teilen 3 und 4 eingestellt ist. Dabei arbeitet der Spritzdruck gegen die Schließkraft der Vorrichtung. Sobald der Spritzdruck nachläßt und die Temperatur der Formmasse geringer wird, wird die Kavität 8 um das Maß y verringert, um die Schwindung der Formmasse zu kompensieren.
Es ist ebenfalls möglich, auf dem Kernstempel 1 eine Nanostruktur aufzubringen, die sich von der Formmasse abformen läßt und so zu einem Antireflex-Effekt führen kann. Es kann für die Abformung der Nanostrukturen zweckmäßig sein, eine variotherme Prozeßführung einzustellen, wobei die thermoplastische Formmasse in eine erwärmte Werkzeugkavität eingespritzt wird, um die Nanostrukturen abzuformen. Danach kann ein Kühlvorgang einsetzen, um diese zu erstarren. Dazu ist zweckmäßigerweise sowohl eine Kühlvorrichtung als auch eine Heizvorrichtung im Werkzeug vorgesehen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen, bei dem in zumindest einer Kavität (8) eines Spritzgießwerkzeuges hinter ein dort positioniertes, beispielsweise mit einem Dekor versehenes Folienmaterial (12) eine thermoplastische Formmasse eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen der thermoplastischen Formmasse der Formraum in der Kavität (8) hinter dem Folienmaterial um einen einstellbaren Wert y verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleinerung des Formraumes in der Kavität (8) hinter dem Folienmaterial (12) um einen der Schwindung der eingebrachten Formmasse während eines Abkühlvorganges entsprechenden Wert y verkleinert wird.
Verfahren zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Folienmaterial (12) eine Trägerfolie verwendet wird und die Trägerfolie zwischen einer festen Werkzeughälfte (3) und einer beweglichen Werkzeughälfte (10) eingebracht wird, wobei auf der Trägerfolie ein aufgedrucktes Dekor aufgebracht ist, das durch Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung der Folie von dieser ablösbar ist.
Verfahren zur Herstellung von optischen Bauteilen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkleinerung des Formraumes in der Kavität ein an einer Zwischenplatte (4) montierter Kernstempel (1) verwendet wird und die Werkzeughälften gegenüber dem Kernstempel (1) und Zwischenplatte (4) translatorisch verfahren werden.
Vorrichtung zur Herstellung von optischen Kunststoffbauteilen mit einem Formwerkzeug, das eine feste Werkzeughälfte (3) sowie eine mit der festen Werkzeughälfte (3) verbindbare, bewegliche Werkzeughälfte (10) aufweist, mit einem Mittel zum Zuführen einer thermoplastischen Formmasse in eine Kavität (8) und mit Mitteln zum Zuführen und Positionieren eines Folienmaterials (12) in der Kavität (8), dadurch gekennzeichnet, daß einer Kavität (8) ein in dieser beweglicher Kernstempel (1) zur Veränderung des Kavitätsvolumens zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstempel an einer Zwischenplatte (4) befestigt ist, die mit Abstand zur festen Werkzeughälfte (3) positionierbar und relativ verfahrbar zu dieser Werkzeughälfte (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstempel (1) ortsfest positioniert ist und die Werkzeughälften (3, 10) relativ zum Kernstempel (1) zwecks Veränderung des Formraumes der Kavität (8) verfahrbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (4) über Federelemente (5) an der festen Werkzeughälfte (3) abstützbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand x zwischen der Zwischenplatte (4) und der festen Werkzeughälfte (3) über eine Wegmeßvorrichtung (13) feststellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial (12) als Endlosfolie ausgebildet und über eine Folienwickelvorrichtung zwischen der festen Werkzeughälfte (3) und der beweglichen Werkzeughälfte (10) in die Vorrichtung einbringbar und über Richtungssensoren dort positionierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial (12) mittels einer Klemmvorrichtung (14) mit der beweglichen Werkzeughälfte (10) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstempel (1) oder die Werkzeughälften (3, 10) mit Hilfe eines steuerbaren motorischen Antriebs verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kernstempel (1) Nanostrukturelemente aufgebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Werkzeughälfte (10) Kühlelemente oder Heizelemente und/oder Wärmeaustauschkörper aufweist.