DE102018002628A1

DE102018002628A1 - Formwerkzeug sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102018002628A1
Application number: DE102018002628.1A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Dieter Stiele; Jens-Andreas Grohmann
Original assignee: Emacos GmbH
Current assignee: Emacos GmbH
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Das Formwerkzeug dient insbesondere der Verwendung in einer Spritzgußmaschine, die einerseits aus einer Spritzeinheit besteht, die das zum Einsatz kommende Rohmaterial aufbereitet und unter Druck in das Formwerkzeug (1) einspritzt, und andererseits aus einer Schließeinheit (2), in der das Formwerkzeug (1) angeordnet ist. Die Schließeinheit (2) wird zum Spritzvorgang geschlossen und zur Entnahme des Spritzteils (3) geöffnet, wozu die Schließeinheit (2) eine feste Aufspannplatte (4) mit der Einspritzdüse (5) und eine bewegliche Aufspannplatte (6) aufweist. Beide Aufspannplatten (4,6) sind mit Wechseleinsätzen (7) versehen, die Aufnahmen für das eigentliche Formwerkzeug (1) aufweisen. Das Formwerkzeug (1) ist als jeweils dünnwandige Formschale ausgebildet, wobei die Formschalen in den

Description

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug, insbesondere für die Verwendung in einer Spritzgussmaschine, die einerseits aus einer Spritzeinheit besteht, die das zum Einsatz kommende Rohmaterial aufbereitet und unter Druck in das Formwerkzeug einspritzt, und andererseits aus einer Schließeinheit, in der das Formwerkzeug angeordnet ist und die zum Spritzvorgang geschlossen und zur Entnahme des Spritzteils geöffnet wird, wozu die Schließeinheit eine feste Aufspannplatte mit der Einspritzdüse und eine bewegliche Aufspannplatte aufweist, wobei beide Aufspannplatten mit Wechseleinsätzen versehen sind, die Aufnahmen für das eigentliche Formwerkzeug aufweisen.
Formwerkzeuge zum Einsatz in solchen Spritzgussmaschinen sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt, wobei das Formwerkzeug üblicherweise Bestandteil der zum Einsatz kommenden Wechseleinsätze ist, so dass die Spritzgussmaschine mit geringem Aufwand für die Herstellung anderer Spritzgussteile umgerüstet werden kann, wozu in der Regel lediglich der Wechseleinsatz ausgetauscht werden muss. Da diese - standartisierten - Wechseleinsätze in einer derartigen Größe gestaltet sein müssen, dass auch größenmäßig sehr unterschiedliche Spritzteile gefertigt werden können, müssen diese Wechseleinsätze ein hinreichend großes Volumen aufweisen. Dies hat zur Folge, dass die Bearbeitung, insbesondere die Oberflächengestaltung eines solchen Wechseleinsatzes für die Verwendung als Formwerkzeug vergleichsweise arbeitsintensiv ist und es für deren Anfertigung entsprechender Werkzeugmaschinen bedarf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Formwerkzeug der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass es auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann, wodurch die Möglichkeit geschaffen werden soll, sogar für geringe Stückzahlen Prototypen anzufertigen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Formwerkzeug als jeweils dünnwandige Formschale ausgebildet ist, wobei die Formschalen in den Wechseleinsätzen oder in einem in dem Wechseleinsatz einzubringendes Einsatzteil passgenau angefügt sind, während der verbleibende Hohlraum im Wechseleinsatz bzw. dem Einsatzteil mit geeigneten Füllstoff verfüllt ist.
Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass das eigentliche Formwerkzeug mit nur geringem Materialeinsatz hergestellt werden kann, wobei hierfür das für den Spritzgussvorgang bevorzugt geeignete Material gewählt werden kann, während das verbleibende Volumen mit einem andersartigen, in der Regel billigeren und nicht weiter zu bearbeitenden Füllstoff aufgefüllt werden kann. Dieser geringe Materialeinsatz verbilligt nicht nur die Herstellung des Formwerkzeuges, sondern beschleunigt insbesondere auch den Herstellvorgang.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird hierdurch die Möglichkeit eröffnet, die Formschale insbesondere im 3D-Druckverfahren anfertigen zu können, also durch ein Herstellungsverfahren, das zunehmende Verbreitung erfährt und kostengünstig einzusetzen ist.
Selbstverständlich besteht im Rahmen der Erfindung jedoch auch die Möglichkeit, die Formschale auf konventionelle Weise etwa durch Fräsverfahren, Gussverfahren oder durch ein vergleichbares Oberflächenformverfahren herzustellen. Insoweit ist eine universelle Anwendung möglich.
Daher ist es im Rahmen der Erfindung insbesondere auch möglich, alle geeigneten Materialien einzusetzen, so dass die Formschale beispielsweise aus Aluminium, Werkzeugstahl, Kunstharz, Kunststoff oder einem vergleichbar formstabilen Werkstoff bestehen kann. Hierbei ist Kunststoff oder Kunstharz vor allem für Prototypen oder geringe Stückzahlen von Serienbauteilen geeignet.
Die Erfindung ermöglicht es insbesondere auch, die im Spritzgießverfahren benötigten Kühlkanäle bevorzugt im oberflächennahen Bereich der Formschale anzuordnen, so dass nach dem Spritzvorgang eine schnelle Abkühlung im oberflächennahen Bereich des Spritzgussteils erfolgen kann. Dazu ist im Rahmen der Erfindung weiter vorgesehen, dass die Kühlkanäle der Formschale an die Kühlmittelleitungen im Wechseleinsatz angeschlossen sind.
Schließlich bietet die Erfindung die Möglichkeit, für die Verfüllung des verbleibenden Hohlraums im Wechseleinsatz bzw. im Einsatzteil sehr unterschiedliche Materialien einsetzen zu können, sie insbesondere dem jeweiligen Anwendungsfall optimal anzupassen. So kann die Verfüllung beispielsweise aus Kunstharz, Metallpulver, Hydrauliköl oder einem vergleichbaren, insbesondere inkompressiblen Material bestehen. Bei einem fluiden Medium wie dem Hydrauliköl besteht darüber hinaus die Möglichkeit, den gegen die Formschale wirkenden Gegendruck variieren bzw. anpassen zu können. Diese Füllstoffe im Hohlraum des Wechseleinsatzes können dabei als zusätzlicher Wärmeträger bzw. als sekundäres Kühlmedium dienen, wofür sich insbesondere auch das Hydrauliköl anbietet. Dabei sind auch Mischungen der genannten Materialien denkbar, also etwa in den Kunstharz eingebettete Metallpartikel.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formwerkzeugs, bei welchem zunächst die das Spritzteil ausformenden beiden Flächen des Formwerkzeugs als jeweils dünnwandige Formschale ausgebildet werden, wobei sodann diese Formschalen in die Wechseleinsätze oder ein in den Wechseleinsatz einzubringendes Einsatzteil passgenau eingefügt werden, worauf der verbleibende Hohlraum im Wechseleinsatz bzw. dem Einsatzteil mit geeignetem Füllstoff verfüllt werden, so dass sich im Ergebnis wiederum ein kompakter Wechseleinsatz ergibt, der ein schnelles und einfaches Umkonfektionieren der Spitzgussmaschine erlaubt.
Im Folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:

1 einen Querschnitt durch die Schließeinheit einer Spritzgussmaschine,
2 den Gegenstand nach 1 in einer Explosionsdarstellung,
3 einen Grundeinsatz mit Wechseleinsatz aus der beweglichen Aufspannplatte mit Kühlungszulauf,
4 das Formwerkzeug der festen, düsenseitigen Aufspannplatte,
5 den Grundeinsatz nach 3 mit Kühlungsablauf,
6 das Formwerkzeug der beweglichen Aufspannplatte, ausgebildet als Wechseleinsatz mit flexiblem Kühlschlauch,
7 das Formwerkzeug der beweglichen Aufspannplatte, ausgebildet als Wechseleinsatz mit starrem Kühlrohr.

Das in der Zeichnung dargestellte Formwerkzeug 1 ist vorgesehen für die Verwendung in einer Spritzgussmaschine. Derartige Spritzgussmaschinen bestehen einerseits aus einer nicht näher gezeigten Spritzeinheit, die das zum Einsatz kommende Rohmaterial aufbereitet und unter Druck in das Formwerkzeug 1 einspritzt. Weiter ist eine in der 1 im Querschnitt und in 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigten Schließeinheit 2 vorgesehen, in der das Formwerkzeug 1 angeordnet ist und die zum Spritzvorgang geschlossen und zur Entnahme des Spritzteils 3 geöffnet wird. Dazu besitzt die Schließeinheit 2 eine feste Aufspannplatte 4 mit der Einspritzdüse 5 und eine bewegliche Aufspannplatte 6, wobei beide Aufspannplatten 4,6 mit Grundeinsätzen 7 versehen sind, die wiederum Wechseleinsätze 8 aufnehmen, wobei letztere Aufnahmen für das eigentliche Formwerkzeug 1 aufweisen. Weiter ist die Schließeinheit 2 mit einem Auswerfpaket 2.2 zum Ausstoßen des fertiggestellten Spritzteils 3 versehen.
Das Formwerkzeug 1 ist im Einzelnen als jeweils dünnwandige Formschale ausgebildet, was insbesondere aus 4 zu erkennen ist, wobei die beiden den Spritzraum bildenden Formschalen in den Wechseleinsätzen 8 oder in einem in den Wechseleinsatz 8 einzubringenden Einsatzteil passgenau eingefügt sind. Der verbleibende Hohlraum im Wechseleinsatz 8 bzw. dem Einsatzteil ist mit einem nicht näher dargestellten geeigneten Füllstoff verfüllt, gegen den sich die dünnwandige Formschale beim Spritzvorgang abstützen kann.
Diese vergleichsweise dünnwandig ausgebildete Formschale kann auf einfache und kostengünstige Weise im 3D-Druckverfahren hergestellt sein, wobei die Wanddicke der Formschale beispielsweise davon abhängig gemacht werden kann, ob lediglich wenige Spritzvorgänge etwa zur Herstellung einzelner Prototypen vorgesehen ist, oder aber mittlere oder größere Stückzahlen eines Fertigprodukts anzufertigen sind.
In gleicher Weise ist es jedoch möglich, die Formschale auch durch bisher zum Einsatz kommende Herstellungsverfahren wie Fräsverfahren, Gussverfahren oder vergleichbare Oberflächenformverfahren herzustellen. Auch hierbei ist jedoch der geringere Materialeinsatz von Vorteil.
Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit, sämtliche für die Verwendung als Formschale geeignete Materialien zum Einsatz zu bringen, also beispielsweise Aluminium, Werkzeugstahl, Kunstharz, Kunststoff oder auch vergleichbar formstabile Werkstoffe.
Wie sich weiter aus der Zeichnung, insbesondere der 4 ergibt, lassen sich hierdurch die im Spritzgießverfahren benötigten Kühlkanäle 9 auf besonders einfache Art und Weise bevorzugt in oberflächennahem Bereich der Formschale anordnen. Diese Kühlkanäle 9 der Formschale können, wie ebenfalls in der Zeichnung - insbesondere 6 und 7 - angedeutet, auf einfache Weise an die Kühlmittelleitungen 10 im Wechseleinsatz 8 angeschlossen werden.
Für die Verfüllung des verbleibenden Hohlraums im Wechseleinsatz 8 kann aus einer Vielzahl möglicher Materialien gewählt werden; so kann der Hohlraum im Wechseleinsatz 8 bzw. dem Einsatzteil aus Kunstharz, Metallpulver oder Hydrauliköl bestehen, wobei auch vergleichbare, insbesondere inkompressible Materialien Verwendung finden können. Beim Einsatz von Hydrauliköl besteht zusätzlich die Möglichkeit, den auf die Formschale wirkenden Gegendruck während des Spritzvorgangs variieren bzw. anpassen zu können. Diese Füllstoffe im Hohlraum des Wechseleinsatzes 8 können dabei als zusätzlicher Wärmeträger bzw. als sekundäres Kühlmedium dienen, wofür sich insbesondere auch das Hydrauliköl anbietet. Dabei sind auch Mischungen der genannten Materialien denkbar, also etwa in den Kunstharz eingebettete Metallpartikel.

Claims

Formwerkzeug, insbesondere für die Verwendung in einer Spritzgußmaschine, die einerseits aus einer Spritzeinheit besteht, die das zum Einsatz kommende Rohmaterial aufbereitet und unter Druck in das Formwerkzeug (1) einspritzt, und andererseits aus einer Schließeinheit (2), in der das Formwerkzeug (1) angeordnet ist und die zum Spritzvorgang geschlossen und zur Entnahme des Spritzteils (3) geöffnet wird, wozu die Schließeinheit (2) eine feste Aufspannplatte (4) mit der Einspritzdüse (5) und eine bewegliche Aufspannplatte (6) aufweist, wobei beide Aufspannplatten (4,6) mit Wechseleinsätzen (7) versehen sind, die Aufnahmen für das eigentliche Formwerkzeug (1) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1) als jeweils dünnwandige Formschale ausgebildet ist, wobei die Formschalen in den Wechseleinsätzen (7) oder in einem in den Wechseleinsatz einzubringendes Einsatzteil passgenau eingefügt sind, während der verbleibende Hohlraum im Wechseleinsatz (7) bzw. dem Einsatzteil mit geeignetem Füllstoff verfüllt ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale im 3D-Druckverfahren angefertigt ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale durch Fräsverfahren, Gussverfahren oder durch ein vergleichbares Oberflächenformverfahren hergestellt ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale aus Aluminium, Werkzeugstahl, Kunstharz, Kunststoff oder einem vergleichbar formstabilen Werkstoff besteht.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Spritzgießverfahren benötigten Kühlkanäle (9) bevorzugt im oberflächennahen Bereich der Formschale angeordnet sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (9) der Formschale an die Kühlmittelleitungen (10) im Wechseleinsatz (7) angeschlossen sind.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfüllung des verbleibenden Hohlraums im Wechseleinsatz (7) bzw. dem Einsatzteil aus Kunstharz, Metallpulver, Hydrauliköl oder vergleichbaren, insbesondere inkompressiblen Materialien besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs nach den Ansprüchen 1 bis 7, insbesondere für die Verwendung in einer Spritzgußmaschine, die einerseits aus einer Spritzeinheit besteht, die das zum Einsatz kommende Rohmaterial aufbereitet und unter Druck in das Formwerkzeug einspritzt, und andererseits aus einer Schließeinheit (2), in der das Formwerkzeug (1) angeordnet ist und die zum Spritzvorgang geschlossen und zur Entnahme des Spritzteils (3) geöffnet wird, wozu die Schließeinheit (2) eine feste Aufspannplatte (4) mit der Einspritzdüse (5) und eine bewegliche Aufspannplatte (6) aufweist, wobei beide Aufspannplatten (4,6) mit Wechseleinsätzen (7) versehen sind, die Aufnahmen für das eigentliche Formwerkzeug aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die das Spritzteil (3) ausformenden beiden Flächen des Formwerkzeugs als jeweils dünnwandige Formschale ausgebildet werden, dass sodann die Formschalen in die Wechseleinsätze (7) oder ein in den Wechseleinsatz einzubringendes Einsatzteil passgenau eingefügt werden und dass schließlich der verbleibende Hohlraum im Wechseleinsatz (7) bzw. dem Einsatzteil mit geeignetem Füllstoff verfüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale im 3D-Druckverfahren angefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale durch Fräsverfahren, Gussverfahren oder durch ein vergleichbares Oberflächenformverfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale aus Aluminium, Werkzeugstahl oder einem vergleichbar formstabilen Werkstoff ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die im Spritzgießverfahren benötigten Kühlkanäle (9) bevorzugt im oberflächennahen Bereich der Formschale angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfüllung des verbleibenden Hohlraums im Wechseleinsatz (7) bzw. dem Einsatzteil mit Kunstharz, Metallpulver, Hydrauliköl oder vergleichbaren, insbesondere inkompressiblen Materialien erfolgt.