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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formgebungswerkzeug, insbesondere ein Spritzgusswerkzeug, zur Herstellung von Werkstücken.
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Zur Herstellung von besonders leichten Werkstücken sind beispielsweise Schäumverfahren bekannt. Hierbei kann als in eine Kavität eines Formgebungswerkzeugs eingebrachtes Material zur Herstellung des Werkstücks beispielsweise ein physikalisch mit einem Treibgas schäumendes oder ein chemisch schäumendes Material vorgesehen sein. Aufgrund der beim Schäumen auftretenden Drücke bei solchen Verfahren ergeben sich starke Einschränkungen bei der Form und beim Design des Werkstücks, insbesondere bei der Verwendung von Schiebern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Formgebungswerkzeug bereitzustellen, welches die einfache Herstellung von großen gespritzten und geschäumten Werkstücken ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Werkstücken gelöst, wobei das Formgebungswerkzeug eine erste Werkzeughälfte, eine zweite Werkzeughälfte und einen Hauptantrieb umfasst, mittels welchem die beiden Werkzeughälften relativ zueinander bewegbar und dabei wahlweise in eine Schließstellung oder eine Offenstellung bringbar sind.
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Die zweite Werkzeughälfte umfasst vorzugsweise zwei relativ zueinander bewegbare Formgebungselemente.
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Ein erstes der zwei Formgebungselemente der zweiten Werkzeughälfte ist vorzugsweise mittels einer Kopplungsvorrichtung in einer Schließstellung an der ersten Werkzeughälfte haltbar, während ein zweites der zwei Formgebungselemente mittels des Hauptantriebs von der ersten Werkzeughälfte entfernbar ist.
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Die beiden Formgebungselemente ermöglichen somit insbesondere eine lokal unterschiedliche Vergrößerung der Kavität innerhalb des Formgebungswerkzeugs, wodurch großdimensionierte Werkstücke einfach herstellbar sind. Zudem kann ein Aufschäumen eines Schaummaterials zur Herstellung des Werkstücks mit besonders großer Volumenexpansion realisiert werden.
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Die beiden Formgebungselemente bilden vorzugsweise voneinander verschiedene Wandungsabschnitte der Kavität.
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Eine Schließstellung des Formgebungswerkzeugs, insbesondere der beiden Werkzeughälften, ist vorzugsweise eine Stellung, in welcher die Kavität geschlossen ist und in welcher vorzugsweise ein Basisstoff zur Herstellung der Werkstücke in die Kavität einbringbar ist.
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Eine Schließstellung des Formgebungswerkzeugs liegt vorzugsweise auch dann noch vor, wenn lediglich das erste Formgebungselement der zweiten Werkzeughälfte an der ersten Werkzeughälfte angeordnet ist, insbesondere daran anliegt.
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Eine Offenstellung des Formgebungswerkzeugs ist insbesondere eine Stellung der beiden Werkzeughälften, in welcher die Kavität von außen zugänglich ist, insbesondere um ein hergestelltes Werkstück zu entnehmen oder einen oder mehrere Einleger zur Herstellung eines weiteren Werkstücks in die Kavität einzubringen.
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Das mittels des Hauptantriebs bewegbare, insbesondere von der ersten Werkzeughälfte entfernbare, zweite Formgebungselement ist insbesondere ein Bauteil des Formgebungswerkzeugs, welches mindestens ungefähr 50%, vorzugsweise mindestens ungefähr 80%, einer der zweiten Werkzeughälfte zuzuordnenden Oberfläche der Kavität des Formgebungswerkzeugs bildet.
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Das zweite Formgebungselement ist insbesondere kein Schieber, welcher relativ zu einem eigentlichen Hauptteil der zweiten Werkzeughälfte bewegbar ist.
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Das Formgebungswerkzeug weist vorzugsweise lediglich eine einzige Antriebsvorrichtung, nämlich den Hauptantrieb, auf, um die beiden Formgebungselemente der zweiten Werkzeughälfte relativ zu der ersten Werkzeughälfte zu bewegen. Eine Bewegung der beiden Formgebungselemente relativ zueinander ergibt sich nur durch temporäre Entkopplung des ersten Formgebungselements von dem zweiten Formgebungselement und durch Halten des ersten Formgebungselements an der ersten Werkzeughälfte.
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Der Hauptantrieb des Formgebungswerkzeugs ist insbesondere derjenige Antrieb, welcher die beim Einbringen, insbesondere Einspritzen, eines Basisstoffs des Werkstücks in die Kavität entstehenden Kräfte aufnimmt.
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Das erste Formgebungselement ist vorzugsweise ein Rahmenelement, welches insbesondere das zweite Formgebungselement zumindest abschnittsweise oder vollständig umgibt.
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Das zweite Formgebungselement ist vorzugsweise an und/oder innerhalb des ersten Formgebungselements geführt.
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Vorzugsweise bildet das zweite Formgebungselement einen das erste Formgebungselement ausfüllenden Kern. Das zweite Formgebungselement ist somit insbesondere ein Kernelement.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kopplungsvorrichtung eine Verriegelungsvorrichtung umfasst, mittels welcher das erste Formgebungselement insbesondere formschlüssig an der ersten Werkzeughälfte festlegbar ist.
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Eines oder mehrere Verriegelungselemente sind vorzugsweise mittels der Antriebsvorrichtung wahlweise in eine Verriegelungsstellung oder eine Freigabestellung bringbar.
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Insbesondere sind ein oder mehrere Verriegelungselemente zur lösbaren formschlüssigen Festlegung des ersten Formgebungselements an der ersten Werkzeughälfte vorgesehen.
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Ein oder mehrere Verriegelungselemente sind beispielsweise als Bolzen ausgebildet, welche insbesondere in hierzu korrespondierende Bolzenaufnahmen einbringbar oder daraus entfernbar sind.
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Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise an der ersten Werkzeughälfte angeordnet sein.
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An der Antriebsvorrichtung angeordnete und mittels der Antriebsvorrichtung bewegbare Verriegelungselemente, beispielsweise Bolzen, sind dann vorzugsweise mit dem ersten Formgebungselement in Eingriff bringbar oder außer Eingriff bringbar.
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Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Formgebungselement an einem Hauptträger, insbesondere an einer Spannplatte, der zweiten Werkzeughälfte unbeweglich fixiert ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Formgebungselement nur zusammen mit dem Hauptträger, insbesondere nur zusammen mit der Spannplatte, relativ zu der ersten Werkzeughälfte bewegbar ist.
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Durch eine Betätigung des Hauptantriebs ist somit vorzugsweise stets das zweite Formgebungselement relativ zu der ersten Werkzeughälfte bewegbar. Abhängig davon, ob das erste Formgebungselement mittels der Kopplungsvorrichtung an der ersten Werkzeughälfte gehalten ist oder nicht, wird das erste Formgebungselement dann entsprechend nicht mit dem zweiten Formgebungselement mitbewegt oder eben doch zusammen mit dem zweiten Formgebungselement mitbewegt.
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Das erste Formgebungselement ist vorzugsweise mittels der Kopplungsvorrichtung an dem Hauptträger der zweiten Werkzeughälfte abgestützt oder abstützbar.
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Günstig kann es sein, wenn die Kopplungsvorrichtung eine Anpressvorrichtung umfasst, mittels welcher das erste Formgebungselement an die erste Werkzeughälfte anpressbar ist, insbesondere unabhängig von einer Position und/oder Bewegung des zweiten Formgebungselement und/oder unabhängig von einer Position und/oder Bewegung des Hauptträgers der zweiten Werkzeughälfte relativ zu der ersten Werkzeughälfte.
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Mittels der Anpressvorrichtung kann insbesondere einer von der ersten Werkzeughälfte weg gerichteten Bewegung des Hauptträgers der zweiten Werkzeughälfte entgegengewirkt werden, um das erste Formgebungselement trotz der Bewegung des Hauptträgers an der ersten Werkzeughälfte zu halten.
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Günstig kann es sein, wenn das Formgebungswerkzeug eine Spritzgussvorrichtung umfasst, mittels welcher insbesondere ein Schaummaterial in eine zwischen den zwei Werkzeughälften gebildete Kavität einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist.
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Zum Aufschäumen des Schaummaterials ist vorzugsweise eine zwischen den zwei Werkzeughälften gebildete Kavität partiell vergrößerbar, insbesondere durch Bewegung des zweiten Formgebungselements.
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Das Formgebungswerkzeug ist insbesondere ein Spritzgusswerkzeug.
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Das zwischen die zwei Werkzeughälften eingebrachte Schaummaterial ist insbesondere ein Material, welches physikalisch und/oder chemisch schäumt.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn das Schaummaterial ein Material ist, welches durch Erzeugen eines Unterdrucks in der Kavität aufschäumt. Der Unterdruck wird insbesondere durch Entfernen des zweiten Formgebungselements von der ersten Werkzeughälfte erzeugt.
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Der Begriff „Unterdruck“ bezeichnet insbesondere einen im Vergleich zum ohne eine Bewegung des zweiten Formgebungselements in der Kavität herrschenden Druck. Der Unterdruck ist insbesondere ein Absolutdruck von höchstens ungefähr 5bar, vorzugsweise ungefähr lbar, beispielsweise höchstens ungefähr 0,5bar.
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Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks.
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Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem große gespritzte und geschäumte Werkstücke einfach herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gelöst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- Einbringen eines Basisstoffs des Werkstücks in eine zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte eines Formgebungswerkzeugs gebildete Kavität; Halten eines ersten von zwei Formgebungselementen der zweiten Werkzeughälfte mittels einer Kopplungsvorrichtung in einer Schließstellung an der ersten Werkzeughälfte, während ein zweites der zwei Formgebungselemente mittels eines Hauptantriebs des Formgebungswerkzeugs von der ersten Werkzeughälfte entfernt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeug beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Günstig kann es sein, wenn als Basisstoff ein Schaummaterial in die Kavität eingebracht wird und wenn das Schaummaterial durch Entfernen des zweiten Formgebungselements von der ersten Werkzeughälfte aufgeschäumt wird.
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Das zweite Formgebungselement wird dabei insbesondere aufgezogen.
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Vorzugsweise wird ein Abstand des zweiten Formgebungselements von der ersten Werkzeughälfte erhöht.
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Die Kavität bleibt dadurch vorzugsweise geschlossen, so dass insbesondere kein Druckausgleich mit einer Umgebung des Formgebungswerkzeugs erfolgen kann.
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Das erste Formgebungselement wird vorzugsweise mittels einer Verriegelungsvorrichtung oder durch Anpressen an der ersten Werkzeughälfte gehalten.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr unterschiedliche Basisstoffe in die Kavität eingebracht, insbesondere eingespritzt werden. Hierdurch kann insbesondere ein Mehrkomponentenwerkstück in einem einzigen Werkzeug hergestellt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass zur Herstellung eines Werkstücks mehrfach ein oder mehrere Basisstoffe in die Kavität eingebracht werden, insbesondere während das zweite Formgebungselement in unterschiedlichen Positionen relativ zu der ersten Werkzeughälfte angeordnet ist.
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Vorzugsweise wird der gesamte Basisstoff zur Herstellung des Werkstücks in die Kavität eingebracht, während sowohl das erste Formgebungselement als auch das zweite Formgebungselement an der ersten Werkzeughälfte angeordnet sind und somit die Kavität ein minimales Volumen aufweist.
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Die beiden Werkzeughälften sind insbesondere vollständig geschlossen, wenn Basisstoff eingespritzt wird. Das zweite Formgebungselement wird vorzugsweise von der ersten Werkzeughälfte wegbewegt, um ein Aufschäumen des Basisstoffs zu bewirken. Die Bewegung des zweiten Formgebungselements, insbesondere das Aufziehen des zweiten Formgebungselements, wird vorzugsweise erst dann initiiert, wenn sich bereits eine Haut an einer der Kavität zugewandten Oberfläche des Basisstoffs zur Herstellung des Werkstücks gebildet hat. Durch die Bewegung des zweiten Formgebungselements ergibt sich somit insbesondere ein inneres Aufschäumen ohne Beeinträchtigung oder mit nur geringer Beeinträchtigung einer Außenhaut des herzustellenden Werkstücks.
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Durch die Entfernung des zweiten Formgebungselements von der ersten Werkzeughälfte, insbesondere durch das Aufziehen des zweiten Formgebungselements, wird der Basisstoff lokal expandiert, insbesondere um einen Faktor von mindestens ungefähr 1,5, vorzugsweise mindestens ungefähr 5, beispielsweise ungefähr 10.
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In einem zwischen dem ersten Formgebungselement und der ersten Werkzeughälfte gebildeten Bereich der Kavität ergibt sich vorzugsweise keine oder lediglich eine geringfügige Expansion des Basisstoffs.
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Durch das lokal sehr starke Aufschäumen können insbesondere sehr stabile und dennoch leichte Werkstücke einfach hergestellt werden. Insbesondere können Strukturbauteile einfach hergestellt werden.
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Die Werkstücke sind insbesondere Kunststoff-Spritzgussbauteile.
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Das Verfahren zur Herstellung von Werkstücken kann insbesondere ein Negativprägeverfahren sein.
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Hierbei wird ein Schaummaterial in das geschlossene Formgebungswerkzeug eingespritzt. Nach dem Einspritzen wird eine Zuführvorrichtung zur Zuführung des Schaummaterials, beispielsweise eine Schnecke und/oder ein Heißkanal, geschlossen. Anschließend wird ein Negativprägeprozess gestartet, bei welchem das Formgebungswerkzeug geschlossen bleibt.
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Zum Aufschäumen des Schaummaterials wird vorzugsweise eine Prägefunktion mit negativer Bewegungsrichtung ausgeführt, insbesondere indem das zweite Formgebungselement von der ersten Werkzeughälfte wegbewegt wird. Das erste Formgebungselement wird dabei insbesondere mittels einer Verriegelung oder durch eine anderweitige Haltevorrichtung an der ersten Werkzeughälfte gehalten.
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Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeug und/oder bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einzelne oder mehrere der folgenden Vorteile erzielt:
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Die hohen Zuhaltekräfte beim Einbringen, insbesondere Einspritzen des Basisstoffs, insbesondere des Schaummaterials, werden über den Hauptantrieb des Formgebungswerkzeugs erzeugt.
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Die Schäumkräfte beim Aufziehen des zweiten Formgebungselements werden vorzugsweise ebenfalls durch den Hauptantrieb kompensiert und/oder gesteuert.
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Das Aufziehen des zweiten Formgebungselements kann insbesondere mit exakt vorgegebenen Geschwindigkeiten und/oder Wegen durch Ansteuerung des Hauptantriebs gesteuert und/oder geregelt werden.
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Grundsätzlich können beliebig große Bereiche der Kavität lokal vergrößert werden, um letztlich große Bereiche mit aufgeschäumtem Basisstoff zu erzeugen.
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Durch die Verwendung mehrerer zweiter Formgebungselemente, welche insbesondere unterschiedliche Festanschläge relativ zu dem ersten Formgebungselement und/oder relativ zu weiteren Bestandteilen des Formgebungswerkzeugs aufweisen, können unterschiedlich dimensionierte Schäumbereiche, insbesondere mit unterschiedlichen Bewegungsstrecken des jeweiligen Formgebungselements, realisiert werden.
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Das Formgebungswerkzeug kann vorzugsweise besonders kompakt ausgebildet werden. Insbesondere sind zusätzliche Antriebe entbehrlich.
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Vorzugsweise sind auch komplexe Schrägschieber und andere aufwendige Konstruktionen innerhalb der Werkzeughälften entbehrlich.
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Das erfindungsgemäße Formgebungswerkzeug eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise mittels des erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeugs durchführbar.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die erfindungsgemäße Verwendung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem Formgebungswerkzeug und/oder dem Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Formgebungswerkzeugs, wobei zwei Werkzeughälften in einer Schließstellung angeordnet sind und zum Einspritzen eines Basisstoffs zur Herstellung eines Werkstücks vorbereitet sind;
- 2 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 1, wobei ein erstes Formgebungselement einer zweiten Werkzeughälfte mittels einer Verriegelungsvorrichtung an einer ersten Werkzeughälfte fixiert wurde;
- 3 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 1, wobei ein Basisstoff in eine zwischen den zwei Werkzeughälften gebildete Kavität eingespritzt wurde;
- 4 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 1, wobei ein zweites Formgebungselement von der ersten Werkzeughälfte entfernt wurde und hierdurch die Kavität lokal vergrößert wurde;
- 5 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 1, wobei nach dem Einspritzen des Basisstoffs und dem Bewegen der zweiten Werkzeughälfte die Verriegelung zwischen dem ersten Formgebungselement und der ersten Werkzeughälfte gelöst wurde;
- 6 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 1, wobei die beiden Werkzeughälften in einer Offenstellung angeordnet sind und ein hergestelltes Werkstück entnommen wurde;
- 7 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Formgebungswerkzeugs, bei welchem anstelle einer Verriegelung eine Anpressvorrichtung vorgesehen ist, um ein erstes Formgebungselement der zweiten Werkzeughälfte an der ersten Werkzeughälfte zu halten, während das zweite Formgebungselement relativ zur ersten Werkzeughälfte bewegt wird;
- 8 eine der 3 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 7;
- 9 eine der 4 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 7; und
- 10 eine der 6 entsprechende schematische Darstellung des Formgebungswerkzeugs aus 7.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in den 1 bis 6 dargestellte erste Ausführungsform eines als Ganzes mit 100 bezeichneten Formgebungswerkzeugs dient der Herstellung von Werkstücken 102, beispielsweise Kunststoff-Spritzgussbauteilen.
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Das Formgebungswerkzeug 100 umfasst eine erste Werkzeughälfte 104, welche insbesondere ortsfest ist, und eine zweite Werkzeughälfte 106, welche insbesondere mittels eines Hauptantriebs 108 des Formgebungswerkzeugs 100 relativ zu der ersten Werkzeughälfte 104 bewegbar ist.
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Zwischen den beiden Werkzeughälften 104, 106 ist eine Kavität 110 gebildet.
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Die Kavität 110 weist insbesondere eine Form auf, welche komplementär zur Form des herzustellenden Werkstücks 102 ist.
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Die erste Werkzeughälfte 104 ist insbesondere unbeweglich an einem Hauptträger 112 der ersten Werkzeughälfte 104 fixiert.
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Die zweite Werkzeughälfte 106 ist lediglich teilweise unbeweglich mit einem Hauptträger 114 der zweiten Werkzeughälfte 106 verbunden.
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Insbesondere umfasst die zweite Werkzeughälfte 106 zwei Formgebungselemente 116, nämlich ein erstes Formgebungselement 118 und ein zweites Formgebungselement 120.
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Lediglich das zweite Formgebungselement 120 ist unbeweglich an dem Hauptträger 114 fixiert.
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Das erste Formgebungselement 118 ist relativ zu dem zweiten Formgebungselement 120 bewegbar angeordnet, insbesondere verschiebbar an demselben gelagert oder gehalten.
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Das erste Formgebungselement 118 umgibt das zweite Formgebungselement 120.
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Insbesondere bildet das Formgebungselement 118 ein Rahmenelement 122, welches ein als Kernelement 124 dienendes zweites Formgebungselement 120 aufnimmt.
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Das zweite Formgebungselement 120 füllt eine innerhalb des ersten Formgebungselements 118 gebildete Aufnahme vorzugsweise vollständig aus.
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Insbesondere ist ein Bereich, in welchem die beiden Formgebungselemente 118, 120 aneinander anliegen, gegenüber einer Umgebung des Formgebungswerkzeugs 100 abgedichtet.
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Insbesondere ist kein Spalt zwischen den beiden Formgebungselementen 118, 120 gebildet, welcher einen Druckausgleich zwischen der Umgebung einerseits und der Kavität 110 andererseits oder ein Entweichen von Basisstoff ermöglichen würde.
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Der Hauptträger 114 der zweiten Werkzeughälfte 106 ist insbesondere eine Spannplatte 126 zur wahlweisen Festlegung von Werkzeughälften unterschiedlicher Dimensionierung und Form. Insbesondere können hierdurch einfach unterschiedliche Werkstücke 102 hergestellt werden.
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Das Formgebungswerkzeug 100 umfasst ferner eine Verriegelungsvorrichtung 128, mittels welcher das erste Formgebungselement 118 relativ zur ersten Werkzeughälfte 104 unbeweglich fixierbar ist.
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Das erste Formgebungselement 118 ist dabei insbesondere in einer Schließstellung an der ersten Werkzeughälfte 104 haltbar.
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Die Verriegelungsvorrichtung 128 bildet insbesondere eine Kopplungsvorrichtung 130 zur Kopplung des ersten Formgebungselements 118 mit der ersten Werkzeughälfte 104.
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Insbesondere umfasst die Verriegelungsvorrichtung 128 eine Antriebsvorrichtung 132 zum Antreiben eines oder mehrerer Verriegelungselemente 134, beispielsweise Bolzen 136.
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Mittels der Antriebsvorrichtung 132 sind die Verriegelungselemente 134 insbesondere wahlweise mit dem ersten Formgebungselement 118 und/oder der ersten Werkzeughälfte 104 in Eingriff oder außer Eingriff bringbar.
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Durch eine Bewegung des Hauptträgers 114 mittels des Hauptantriebs 108 kann bei aktivierter Verriegelung das zweite Formgebungselement 120 relativ zur ersten Werkzeughälfte 104 und zugleich relativ zum ersten Formgebungselement 118 bewegt werden, um letztlich die Kavität 110 zumindest lokal zu vergrößern.
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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Formgebungswerkzeugs 100 funktioniert wie folgt:
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In einer in 1 dargestellten Ausgangsposition des Formgebungswerkzeugs 100 sind die beiden Werkzeughälften 104, 106 in einer Schließstellung angeordnet und beide Formgebungselemente 118, 120 der zweiten Werkzeughälfte 106 an dem Hauptträger 114 der zweiten Werkzeughälfte 106 abgestützt.
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Die Kavität 110 weist dabei vorzugsweise eine minimale Größe auf.
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In dieser Stellung des Formgebungswerkzeugs 100 oder aber nach erfolgter Verriegelung mittels der Verriegelungsvorrichtung 128 zur Festlegung des ersten Formgebungselements 118 an der ersten Werkzeughälfte 104 (siehe 2) kann ein Basisstoff zur Herstellung des Werkstücks 102 in die Kavität 110 eingebracht, insbesondere eingespritzt werden.
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Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, füllt der Basisstoff die Kavität 110 dabei vorzugsweise vollständig aus und nimmt eine komplementär zur Kavität 110 ausgebildete Form an.
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Der Basisstoff ist insbesondere ein Kunststoffmaterial.
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Vorzugsweise ist der Basisstoff ein Schaummaterial.
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Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, kann nach dem Einspritzen des Basisstoffs, insbesondere nachdem bereits eine an der Oberfläche der Kavität 110 anliegende Außenhaut des aus dem Basisstoff herzustellenden Werkstücks 102 gebildet wurde, das zweite Formgebungselement 120 von der ersten Werkzeughälfte 104 wegbewegt werden.
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Hierzu wird mittels des Hauptantriebs 108 der Hauptträger 114 der zweiten Werkzeughälfte 106 in Bewegung versetzt und dabei von der ersten Werkzeughälfte 104 wegbewegt.
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Das unbewegbar an dem Hauptträger 114 angeordnete zweite Formgebungselement 120 wird dabei insbesondere teilweise aus dem ersten Formgebungselement 118 herausgezogen.
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Dabei vergrößert sich die Kavität 110 in demjenigen Bereich, in welchem die Kavität 110 im Wesentlichen durch die erste Werkzeughälfte 104 und das zweite Formgebungselement 120 umschlossen wird.
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In demjenigen Bereich, in welchem die Kavität 110 im Wesentlichen nur durch die erste Werkzeughälfte 104 und das erste Formgebungselement 118 umschlossen wird, ergibt sich vorzugsweise keine Volumenänderung.
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Durch die Bewegung des zweiten Formgebungselements 120 und die sich hierdurch ergebende Vergrößerung der Kavität 110 wird das in der Kavität 110 angeordnete Schaummaterial expandiert und dadurch aufgeschäumt.
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Insbesondere dann, wenn bereits eine Außenhaut gebildet wurde, findet der Schaumprozess im Wesentlichen innerhalb des herzustellenden Werkstücks 102 statt. Hierdurch kann bei Gewährleistung einer stabilen Außenhaut eine besonders leichte und dennoch stabile innere Struktur des Werkstücks 102 hergestellt werden.
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Insbesondere kann durch Bewegung des zweiten Formgebungselements 120 eine lokale Volumenvergrößerung der Kavität 110 um beispielsweise mindestens ungefähr 200%, vorzugsweise mindestens ungefähr 300%, beispielsweise ungefähr 500%, realisiert werden.
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Das herzustellende Werkstück 102 kann somit besonders große Bereiche mit aufgeschäumter Struktur aufweisen. Das Werkstück 102 wird hierdurch einerseits besonders stabil und andererseits besonders leicht.
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Nach dem Aushärten des Werkstücks 102 oder zumindest nach ausreichender Verfestigung des Werkstücks 102 kann die Verriegelung mittels der Verriegelungsvorrichtung 128 gelöst werden (siehe 5).
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Schließlich werden die beiden Werkzeughälften 104 vollständig voneinander entfernt, um letztlich das hergestellte Werkstück 102 freizugeben und aus dem Formgebungswerkzeug 100 entnehmen zu können.
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Eine in den 7 bis 10 dargestellte zweite Ausführungsform eines Formgebungswerkzeugs 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass anstelle einer Verriegelungsvorrichtung 128 eine Anpressvorrichtung 138 vorgesehen ist.
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Die Anpressvorrichtung 138 umfasst insbesondere ein oder mehrere Anpresselemente 140, beispielsweise Federelemente oder auch hydraulische oder sonstige mechanische Elemente.
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Mittels der Anpressvorrichtung 138 kann ebenfalls das erste Formgebungselement 118 an der ersten Werkzeughälfte 104 gehalten werden, während das zweite Formgebungselement 120 relativ zur ersten Werkzeughälfte 104 bewegt wird.
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Die Anpressvorrichtung 138 greift dabei insbesondere einerseits an dem ersten Formgebungselement 118 und andererseits an dem Hauptträger 114 der zweiten Werkzeughälfte 106 an und presst vorzugsweise das erste Formgebungselement 118 von dem Hauptträger 114 der zweiten Werkzeughälfte 106 weg in Richtung der ersten Werkzeughälfte 104.
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Da beim Einspritzen des Basisstoffs in die Kavität 110 vorzugsweise beide Formgebungselemente 118, 120 auf Block zwischen der ersten Werkzeughälfte 104 und dem Hauptträger 114 mittels des Hauptantriebs 108 eingespannt sind, muss die Anpressvorrichtung 138 die beim Einspritzen herrschenden Drücke nicht aufnehmen.
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Die beim Aufziehen des zweiten Formgebungselements 120 noch innerhalb der Kavität 110 wirkenden Kräfte werden vorzugsweise von der Anpressvorrichtung 138 insoweit kompensiert, als dass das erste Formgebungselement 118 zuverlässig an der ersten Werkzeughälfte 104 gehalten wird.
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Im Übrigen stimmt die in den 7 bis 10 dargestellte zweite Ausführungsform des Formgebungswerkzeugs 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Bei weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsformen von Formgebungswerkzeugen 100 können insbesondere mehrere Formgebungselemente gemäß dem beschriebenen zweiten Formgebungselement 120 und/oder gemäß dem beschriebenen ersten Formgebungselement 118 vorgesehen sein.
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Zudem kann eine Kombination der beschriebenen Verriegelungsvorrichtung 128 und der beschriebenen Anpressvorrichtung 138 vorgesehen sein, beispielweise um unterschiedliche Formgebungselemente gemäß dem ersten Formgebungselement 118 nach Bedarf an der ersten Werkzeughälfte 104 zu halten.
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Schließlich können auch mehrere relativ zueinander bewegliche Formgebungselemente gemäß dem zweiten Formgebungselement 120 vorgesehen sein, welche insbesondere lediglich über eine Teilstrecke hinweg zusammen mit dem Hauptträger 114 der zweiten Werkzeughälfte 106 bewegbar sind. Hierdurch können insbesondere unterschiedliche Expansionsgrade in dem Werkstück 102 durch lokal unterschiedliche Volumenvergrößerung der Kavität 110 realisiert werden.
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In jedem Fall kann durch die Nutzung des Hauptantriebs 108 zum Aufziehen eines zweiten Formgebungselements 120 eine effiziente Volumenvergrößerung der Kavität 110 zum lokalen Aufschäumen des Basisstoffs des Werkstücks 102 erzielt werden, um letztlich besonders stabile und große Werkstücke 102 einfach herstellen zu können.
