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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen aus einem Spritzgussmaterial durch Spritzgießen.
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Aus Kunststoff bestehende optische Elemente, wie beispielsweise Linsen, werden heutzutage zumeist durch Spritzgießen hergestellt. Bei diesem Herstellungsverfahren wird ein entsprechendes Spritzgussmaterial in den Hohlraum eines Spritzgusswerkzeuges bzw. einer Spritzgussform eingebracht bzw. eingespritzt. Der Hohlraum weist hierbei eine Negativform der später gewünschten Form des optischen Elements auf.
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Bei einem derartigen Spritzgussverfahren können nun aufgrund verschiedenster Ursachen nicht gewünschte Fehler in der Form oder dem Aussehen des Kunststoffteils bzw. optischen Elements entstehen. Eine dieser Ursachen ist beispielsweise die Freistrahlbildung, die insbesondere zu optischen Fehlern in dem Kunststoffteil führt, was insbesondere bei der transparenten Ausgestaltung eines optischen Elements zu Problemen führt.
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In 1 ist schematisch die Freistrahlbildung dargestellt. Diese ergibt sich insbesondere dann, wenn das Spritzgussmaterial in den Hohlraum eingebracht wird und kein umgehender Kontakt mit einer Wand des Spritzgusswerkzeugs hergestellt werden kann. Hierdurch erstarrt das zuerst eingebrachte Spritzgussmaterial leicht und bildet einen kalten Materialstrang, wobei sich erst nach einer gewissen Zeit wieder ein Kontakt zu einer Wand des Spritzgusswerkzeugs ergibt und dann von neuem nachdrängendem Spritzgussmaterial, welches noch flüssiger ist, überholt bzw. umgeben wird. Dieses neue nachdrängende Spritzgussmaterial füllt den Hohlraum dann im Quellfluss bzw. durch Quellströmung. Hierdurch können nun aber innerhalb des Kunststoffteils bzw. des optischen Elements Lufteinschlüsse entstehen, die zu den optischen Fehlern führen, welche insbesondere bei transparenten optischen Elementen unerwünscht sind. Zusätzlich kann die Freistrahlbildung auch zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit des Kunststoffteils führen, weshalb diese nicht nur bei transparenten Kunststoffteilen vermieden werden sollte.
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Dementsprechend ist es bei einem derartigen Spritzgussverfahren wünschenswert, dass die in 1 gezeigte Freistrahlbildung verhindert wird und dass bereits zu Beginn des Eindringens des Spritzgussmaterials ein Quellfluss bzw. eine Quellströmung, wie schematisch in 2 gezeigt, erreicht wird. Dieser Quellfluss ist gegenüber der in 1 gezeigten Freistrahlbildung gewünscht und füllt den Hohlraum des Spritzgusswerkzeuges weitestgehend gleichmäßig derart, dass keine optischen Fehler entstehen.
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Ob nun eine derartige Freistrahlbildung vermieden werden kann, hängt bei den bisherigen Spritzgussverfahren von mehreren Parametern bzw. Faktoren ab. Zum einen beeinflusst die Temperatur des Spritzgussmaterials (je höher die Temperatur, desto geringer die Freistrahlbildung), die Viskosität des Spritzgussmaterials (je hochviskoser das Material, umso sicherer der Quellfluss) und auch die Einspritzgeschwindigkeit des Spritzgussmaterials (je langsamer die Einspritzgeschwindigkeit, desto geringer die Gefahr einer Freistrahlbildung) die Entstehung einer Freistrahlbildung. Zum anderen hängt die Freistrahlbildung insbesondere aber auch von der Ausgestaltung des Spritzgusswerkzeuges bzw. der Spritzgussform ab. So führt ein möglichst großer Anschnittsdurchmesser bzw. Anschnittsquerschnitt zu einer Verbesserung des Quellverhaltens des Spritzgussmaterials gegenüber kleineren Querschnitten bzw. Durchmessern und eine Erhöhung der Spritzgusswerkzeug-Temperatur zu einer Verringerung der Gefahr einer Freistrahlbildung.
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Des Weiteren ist die Lage bzw. Wahl des Anschnitts bzw. des Anspritzpunktes (auch als Angusspunkt bezeichnet), also derjenigen Position, in der das Spritzgussmaterial in den Hohlraum des Spritzgusswerkzeuges eingebracht wird, von entscheidender Bedeutung für die Verhinderung der Freistrahlbildung. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, das Anspritzen in einer Position durchzuführen, welche sich nahe einer gegenüber liegenden Prallfläche befindet, da hierdurch das Spritzgussmaterial, welches in den Hohlraum eingespritzt wird, auf diese Fläche prallt und sich in dem Hohlraum verteilt, wodurch eine gleichmäßigere Ausfüllung des Hohlraums ermöglicht wird und somit die Freistrahlbildung weitestgehend verhindert werden kann.
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Bei den derzeit bekannten Spritzgussverfahren hängt somit die unerwünschte Freistrahlbildung von mehreren Parametern bzw. Faktoren ab, wobei u.a. die Lage bzw. Wahl des Anspritzpunktes mit einer möglichst nah gegenüber liegenden Prallfläche von Bedeutung ist. Dementsprechend ist es bei der Gestaltung von Kunststoffteilen bzw. den entsprechenden Spritzgusswerkzeugen bisher erforderlich, dass eine entsprechend ausgerichtete Anordnung des Anspritzpunktes berücksichtigt werden muss.
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Zu derartigen Spritzgussverfahren ist zusätzlich noch anzumerken, dass bei Spritzgusswerkzeugen, die beispielsweise kleinere Endbereiche aufweisen, bei dem Verfahren auch noch vorgesehen sein kann, vor dem Einbringen bzw. Einspritzen des Spritzgussmaterials in den Hohlraum des Spritzgusswerkzeuges ein leichtes Vakuum in dem Hohlraum durch Evakuieren zu erzeugen, um auch das Eindringen des Spritzgussmaterials in diese kleinen Endbereiche zu ermöglichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen aus einem Spritzgussmaterial durch Spritzgießen derart zu verbessern, dass eine Freistrahlbildung verhindert wird, unabhängig von der Temperatur, Viskosität und Einspritzgeschwindigkeit des Spritzgussmaterials, dem Anschnittsdurchmesser, der Temperatur des Spritzgusswerkzeuges und der Lage und Wahl des Anspritzpunktes.
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Die Aufgabe wir durch ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen aus einem Spritzgussmaterial durch Spritzgießen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen aus einem Spritzgussmaterial durch Spritzgießen vorgesehen, bei dem der Hohlraum eines Spritzgusswerkzeuges bzw. einer Spritgussform in den das Spritzgussmaterial eingebracht bzw. eingespritzt wird, vor dem Einbringen des Spritzgussmaterials evakuiert wird, wobei der Hohlraum durch die Evakuierung evakuiert ist bzw. ein Vakuum aufweist.
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Bei den bereits bekannten Spritzgussverfahren, bei denen bisher der Hohlraum evakuiert wird, ist die Evakuierung bzw. Erzeugung eines Vakuums lediglich dafür vorgesehen, dass das Spritzgussmaterial auch in kleinere Endbereiche des Spritzgusswerkzeuges eindringen kann, wodurch bei diesem Verfahren lediglich vorgesehen war, ein geringes bzw. leichtes Vakuum zu erzeugen, da dies für das entsprechende Eindringen bereits ausreichte.
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In der vorliegenden Erfindung ist dem gegenüber nun ein deutlich besseres bzw. höheres Vakuum, bspw. mindestens ein Hochvakuum, vorgesehen, das nun insbesondere dazu führt, dass die Freistrahlbildung unabhängig von den entsprechenden Parametern und Faktoren weitestgehend verhindert werden kann, und somit auch keine Lufteinschlüsse mehr entstehen können, die entsprechende Fehler in den Kunststoffteilen verursachen. Durch dieses höhere Vakuum besteht nun der Vorteil, dass die Temperatur, Viskosität und Einspritzgeschwindigkeit des Spritzgussmaterials, der Anschnittsdurchmesser, die Temperatur des Spritzgusswerkzeugs und insbesondere auch die Lage bzw. Wahl des Anspritzpunktes im Wesentlichen keinen Einfluss mehr auf die Freistrahlbildung haben, da durch das hohe Vakuum eine Freistrahlbildung grundsätzlich weitestgehend verhindert wird.
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Vorteilhafterweise kann des Weiteren vorgesehen sein, dass durch das Evakuieren des Hohlraums der Druck in dem Hohlraum kleiner als 800 mbar, insbesondere kleiner als 500 mbar, ist.
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Vorzugsweise ist das Spritzgussmaterial derart ausgestaltet, dass sich durch das Spritzgießen transparente Kunststoffteile ergeben, wobei es sich bei den Kunststoffteilen um optische Elemente, insbesondere Linsen, handelt.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Spritzgusswerkzeug bzw. die mit dem Spritzgussmaterial in Kontakt stehende Wand des Spritzgusswerkzeuges während des Einbringens des Spritzgussmaterials aufgeheizt wird, wobei die Aufheizung auf eine Temperatur erfolgen kann, die zwischen der Glasübergangs- und Schmelztemperatur des Spritzgussmaterials liegt. Zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Spritzgussmaterial zum Einbringen in das Spritzgusswerkzeug auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die über der Schmelztemperatur des Spritzgussmaterials liegt.
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Des Weiteren ist auch ein optisches Element vorgesehen, das entsprechend einem dieser Verfahren hergestellt wurde.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematische Darstellung der Freistrahlbildung;
- 2 schematische Darstellung des Quellflusses bzw. der Quellströmung.
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In 1 ist, wie bereits erläutert, eine Freistrahlbildung dargestellt. Diese führt zu Lufteinschlüssen, die u.a. optische Fehler verursachen und insbesondere bei transparenten Kunststoffteilen von Nachteil sind. Vorzuziehen ist dem gegenüber der in 2 gezeigte Quellfluss bzw. Quellströmung, die eine gleichmäßige Verteilung des Spritzgussmaterials in dem Hohlraum des Spritzgusswerkzeugs ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Hohlraum des Spritzgusswerkzeugs vor dem Einbringen des Spritzgussmaterials derart evakuiert wird, dass der Hohlraum evakuiert ist bzw. ein Vakuum aufweist, wobei der Hohlraum insbesondere einen Druck aufweist der kleiner als 800 mbar, insbesondere kleiner als 500 mbar, ist, wobei der Druck bspw. bis zu 1 mbar bzw. 0,5 mbar reichen kann. Durch dieses entsprechend hohe Vakuum wird nunmehr erreicht, dass die Freistrahlbildung weitestgehend verhindert wird, unabhängig von den bisher die Freistrahlbildung beeinflussenden Parametern bzw. Faktoren. So kann die Freistrahlbildung unabhängig von der Temperatur, Viskosität und Einspritzgeschwindigkeit des Spritzgussmaterials, dem Anschnittsdurchmesser, der Temperatur des Spritzgusswerkzeugs und insbesondere auch der Lage bzw. Wahl des Anspritzpunktes weitestgehend verhindert werden.
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Diese Unabhängigkeit führt nun dazu, dass die Wahl des Anschnitts bzw. Anspritzpunktes erheblich erleichtert wird, da es nun nicht mehr zwingend erforderlich ist, das Anspritzen in einer Position durchzuführen, welche sich nahe einer gegenüberliegenden Prallfläche befindet. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines relativ hohen Vakuums, bspw. mindestens eines Hochvakuums, im Hohlraum ist der bisher erforderliche, verhältnismäßig geringe Abstand zwischen Anspritzpunkt und Prallfläche nicht mehr erforderlich und es kann ein deutlich größerer Abstand gewählt werden, wodurch sich erhebliche Freiheiten bei der Wahl des Anspritzpunktes ergeben, was deutliche Vorteile mit sich bringt. Dabei kann bspw. ein Verhältnis von Anschnittsdurchmesser zu Abstand zwischen Anspritzpunkt und Prallfläche von 1 zu 2 vorgesehen sein.
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Die Verhinderung der Freistrahlbildung durch den evakuierten Hohlraum ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Spritzgussmaterial verwendet wird, das zu transparenten Kunststoffteilen führt, da insbesondere hier die nachteiligen Folgen der Freistrahlbildung sichtbar sind. Ein anderes Gebiet der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend das Herstellen von optischen Elementen, insbesondere von Linsen.
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Des Weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach wie vor möglich, dass die Temperatur des Spritzgusswerkzeugs erhöht wird, beispielsweise auf eine Temperatur zwischen der Glasübergangs- und Schmelztemperatur des Spritzgussmaterials, um die Qualität der gegossenen Kunststoffteile weiter zu erhöhen. Ebenso könnte auch die Temperatur, Viskosität und Einspritzgeschwindigkeit des Spritzgussmaterials so angepasst werden, dass diese in einem für das Spritzgießen optimalen Bereich liegen, wodurch wiederum die Qualität der gegossenen Kunststoffteile erhöht wird.
