DE102019122977A1

DE102019122977A1 - Injection molding tool

Info

Publication number: DE102019122977A1
Application number: DE102019122977.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Heim; Christoph Nerl; Felix Schumacher; Martin Friedrich; Constantin Ciatipis
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug (1) umfassend ein Formnest (10) und eine diskontinuierliche, das Formnest stützende Stützstruktur, wobei das Formnest (10) einen hohlen Innenraum (13) bildet, über welchen das Formnest während des Spritzgussprozesses mit einem Innendruck bzw. einer Kraft beaufschlagt wird, wobei die maximale Kraft in unterschiedlichen Bereichen des Innenraums bzw. des Formnests variiert, wobei die Stützstruktur mehrere Abschnitte aufweist, welche jeweils einen Bereich des Formnests (10) stützen und die Abschnitte der Stützstruktur jeweils ausgebildet sind, den jeweiligen Bereich des Formnests (10) gegen die in dem jeweiligen Bereich wirkende Kraft bereichsabhängig abzustützen, wobei die Abschnitte der Stützstruktur jeweils eine auf den jeweils abgestützten Bereich des Formnests angepasste maximale Kraftbelastbarkeit aufweisen, durch welche der jeweilige Abschnitt der Stützstruktur ausgebildet ist, die auf den Bereich des Formnests (10) wirkende Kraft für die Stützstruktur zerstörungsfrei abzustützen.The invention relates to an injection molding tool (1) comprising a mold cavity (10) and a discontinuous support structure supporting the mold cavity, the mold cavity (10) forming a hollow interior (13) over which the mold cavity is exposed to an internal pressure or pressure during the injection molding process Force is applied, the maximum force varying in different areas of the interior or of the mold cavity, the support structure having several sections which each support a region of the mold cavity (10) and the sections of the support structure are each formed, the respective region of the mold cavity (10) depending on the area against the force acting in the respective area, the sections of the support structure each having a maximum force load capacity adapted to the respective supported area of the mold cavity, through which the respective section of the support structure is formed, which is applied to the area of the mold cavity ( 10) acting force for di e to support the support structure in a non-destructive manner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung eines Spritzgussbauteils.The invention relates to an injection molding tool for producing an injection molded component.

Im Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Druckgusswerkzeugen und Spritzgusswerkzeugen bekannt. Dabei handelt es sich bei dem Spritzgussverfahren um eine spezielle Ausgestaltung des Druckgussverfahrens, so dass ein Spritzgusswerkzeug eine spezielle Form des Druckgusswerkzeugs ist, welche im Stand der Technik zumeist zur Herstellung von Kunststoffbauteilen verwendet wird. Bei einem Spritzgussprozess wird ein Spritzgussmaterial, welches in der Regel ein Kunststoff oder ein Gemisch aus Kunststoffen, Füllstoffen und Additiven ist, plastifiziert und unter hohem Druck, welcher herkömmlicherweise zwischen ca. 500 und ca. 2000 bar liegt, in ein Spritzgusswerkzeug eingespritzt.A large number of die-casting tools and injection-molding tools are already known in the prior art. The injection molding process is a special embodiment of the die casting process, so that an injection molding tool is a special form of the die casting tool that is mostly used in the prior art for the production of plastic components. In an injection molding process, an injection molding material, which is usually a plastic or a mixture of plastics, fillers and additives, is plasticized and injected into an injection molding tool under high pressure, which is usually between approx. 500 and approx. 2000 bar.

Anschließend wird das Spritzgussmaterial zur Kompensation einer möglichen Volumenschwindung des Spritzgussmaterials in dem Spritzgusswerkzeug nachgedrückt und abgekühlt.The injection molding material is then pressed in and cooled down in the injection molding tool to compensate for a possible volume shrinkage of the injection molding material.

Da das Spritzgusswerkzeug mit typischerweise ca. 20 °C bis ca. 120 °C zumeist kühler ist als das eingespritzte Spritzgussmaterial mit ca. 200 °C bis ca. 300 °C, wird das Spritzgusswerkzeug beim Abkühlen eines aus dem Spritzgussmaterial gebildeten Spritzgussbauteils erwärmt.Since the injection molding tool is usually cooler with typically approx. 20 ° C to approx. 120 ° C than the injected injection molding material with approx. 200 ° C to approx. 300 ° C, the injection molding tool is heated when an injection molded component formed from the injection molding material cools.

Durch die meist inhomogene Materialverteilung an einem Spritzgussbauteil kommt es während des Spritzgießens zudem zu einer inhomogenen Erwärmung bzw. zu einer inhomogenen Temperaturverteilung an dem Spritzgusswerkzeug.Due to the mostly inhomogeneous material distribution on an injection molded component, inhomogeneous heating or an inhomogeneous temperature distribution on the injection molding tool also occurs during injection molding.

Zur Steuerung des Spritzgussprozesses und zur Erzielung einer hohen Wiederholgenauigkeit über mehrere aufeinanderfolgende Spritzgussprozesse, sind jedoch eine möglichst homogene Temperatur bzw. Temperaturverteilung an dem Spritzgusswerkzeug sowie eine gleichbleibende Temperatur bzw. Temperaturverteilung an dem Spritzgusswerkzeug während eines Spritzgussprozesses und über mehrere aufeinanderfolgende Spritzgussprozesse vorteilhaft.To control the injection molding process and to achieve a high level of repeatability over several successive injection molding processes, however, a temperature or temperature distribution on the injection molding tool that is as homogeneous as possible and a constant temperature or temperature distribution on the injection molding tool during an injection molding process and over several successive injection molding processes are advantageous.

Um eine solche zu ermöglichen, werden Spritzgusswerkzeuge insbesondere für größere Bauteile vor und zwischen den Spritzgussprozessen zur Herstellung eines Spritzgussbauteils temperiert, d.h. erhitzt und/oder abgekühlt, um eine angestrebte Temperaturverteilung an dem Spritzgusswerkzeug zu erhalten.In order to make this possible, injection molding tools, especially for larger components, are tempered, i.e. heated and / or cooled, before and between the injection molding processes for the production of an injection molding component in order to obtain a desired temperature distribution on the injection molding tool.

Im Stand der Technik ist es üblich, Spritzgusswerkzeuge, welche als Dauerformen, also über mehrere Spritzgussprozesse hinweg, verwendet werden sollen, aus einem Vollmaterial zu bilden. Abhängig von der Anzahl der Spritzgussprozesse, für welche das Spritzgusswerkzeug verwendet werden soll, den bei dem Spritzgussprozess herrschenden Temperaturen sowie den dabei herrschenden Drücken, kommen für die Spritzgusswerkzeuge verschiedene Materialen in Betracht. Beispielsweise können als Material für ein Spritzgusswerkzeug Metalle, wie Stahl oder Aluminium, oder auch Kunststoffe verwendet werden, welche auch faserverstärkt sein können.In the prior art, it is customary to form injection molding tools, which are to be used as permanent molds, that is to say over several injection molding processes, from a solid material. Depending on the number of injection molding processes for which the injection molding tool is to be used, the temperatures prevailing during the injection molding process and the pressures prevailing during this process, different materials come into consideration for the injection molding tools. For example, metals, such as steel or aluminum, or plastics, which can also be fiber-reinforced, can be used as the material for an injection molding tool.

Durch übliche Spritzgussprozesse können Spritzgussbauteile hergestellt werden, welche bis zu ca. 150 kg wiegen und entsprechend groß sind. In der Automobilindustrie werden beispielsweise Stoßfänger durch einen Spritzgussprozess hergestellt, wobei die Spritzgusswerkzeuge ebenfalls entsprechend groß sein müssen. Bei solch großen Spritzgusswerkzeugen, welche wie beschrieben meist aus Vollmaterial gebildet sind, kann es durch die notwendige Temperierung des Spritzgusswerkzeugs vor und zwischen den Spritzgussprozessen zu langen Standzeiten kommen.Injection-molded components that weigh up to approx. 150 kg and are correspondingly large can be produced using conventional injection molding processes. In the automotive industry, for example, bumpers are manufactured using an injection molding process, with the injection molding tools also having to be correspondingly large. With such large injection molding tools, which, as described, are usually made of solid material, the necessary temperature control of the injection molding tool can lead to long idle times before and between the injection molding processes.

Hinzukommt, dass solche Spritzgusswerkzeuge in der Herstellung entsprechend materialintensiv und in ihrer Handhabung unpraktisch sind.In addition, such injection molding tools are correspondingly material-intensive to manufacture and impractical to use.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Spritzgusswerkzeug bereitzustellen, welches im Vergleich zu herkömmlichen Spritzgusswerkzeugen kostengünstiger in der Herstellung ist, leichter handzuhaben ist und durch welche die für eine Temperierung des Spritzgusswerkzeugs notwendigen Standzeiten vor und zwischen Spritzgussprozessen minimiert werden oder entfallen.The invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing an injection molding tool which, compared to conventional injection molding tools, is more cost-effective to manufacture, is easier to handle and by means of which the downtimes required for temperature control of the injection molding tool are minimized before and between injection molding processes or omitted.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird dementsprechend ein Spritzgusswerkzeug umfassend ein Formnest und eine diskontinuierliche, das Formnest stützende Stützstruktur vorgeschlagen. Das Formnest bildet einen hohlen Innenraum, in welchen ein Spritzgussmaterial zur Herstellung eines Spritzgussbauteils einspritzbar ist. Durch das Spritzgussmaterial wird das Formnest bei der Herstellung des Spritzgussbauteils bzw. während des Spritzgussprozesses mit einem in dem Innenraum herrschenden Innendruck beaufschlagt. Das Formnest weist mehrere Bereiche auf, wobei eine bei der Herstellung des Spritzgussbauteils durch den Innendruck auf das Formnest maximal wirkende Kraft bereichsabhängig variiert. Das bedeutet, dass die verschiedenen Bereiche des Formnests während des Spritzgussprozesses unterschiedlich hohen maximalen Kräften ausgesetzt sind, welche durch den in dem Innenraum bzw. durch den in dem Formnest herrschenden Innendruck auf das Formnest wirken. Ferner weist die Stützstruktur erfindungsgemäß mehrere Abschnitte auf, welche jeweils einen Bereich des Formnests stützen, wobei die Abschnitte der Stützstruktur jeweils ausgebildet sind, den jeweiligen Bereich des Formnests gegen die in dem jeweiligen Bereich wirkende Kraft bereichsabhängig abzustützen. Die Abschnitte der Stützstruktur weisen zudem jeweils eine auf den jeweils abgestützten Bereich des Formnests angepasste maximale Kraftbelastbarkeit auf, durch welche der jeweilige Abschnitt der Stützstruktur ausgebildet ist, die auf den Bereich des Formnests, welcher von dem jeweiligen Abschnitt der Stützstruktur abgestützt ist, wirkende Kraft für die Stützstruktur zerstörungsfrei abzustützen.According to the invention, an injection molding tool comprising a mold cavity and a discontinuous support structure supporting the mold cavity is accordingly proposed. The mold cavity forms a hollow interior into which an injection molding material for producing an injection molding component can be injected. The mold cavity is acted upon by the injection molding material during the production of the injection molding component or during the injection molding process with an internal pressure prevailing in the interior. The mold cavity has a plurality of areas, with a maximum force acting on the mold cavity during the production of the injection-molded component as a result of the internal pressure varying as a function of the area. This means that the various areas of the mold cavity are exposed to different maximum forces during the injection molding process, which act on the mold cavity as a result of the internal pressure prevailing in the mold cavity or through the internal pressure prevailing in the mold cavity. Furthermore, according to the invention, the support structure has several sections which each support a region of the mold cavity, the sections of the support structure each being designed to support the respective region of the mold cavity against the force acting in the respective region in a region-dependent manner. The sections of the support structure also each have a maximum load capacity adapted to the respective supported area of the mold cavity, by means of which the respective section of the support structure is formed, the force acting on the area of the mold cavity which is supported by the respective section of the support structure to support the support structure non-destructively.

Als für die Stützstruktur zerstörungsfrei wird hierbei verstanden, dass die Stützstruktur ausgebildet ist, sich durch die über den Innendruck auf den jeweiligen Bereich des Formnests wirkende Kraft, welche von der Stützstruktur aufgenommen und abgestützt wird, nicht irreversibel zu verformen.In this context, non-destructive for the support structure is understood to mean that the support structure is designed not to be irreversibly deformed by the force acting on the respective area of the mold cavity via the internal pressure, which force is absorbed and supported by the support structure.

Die Kraftbelastbarkeit ist die Fähigkeit der Stützstruktur, der Belastung durch die auf den Bereich des Formnests wirkenden Kraft zu widerstehen bzw. die Kraft aufzunehmen und abzuleiten. Da die Stützstruktur durch den Innendruck bzw. durch die auf das Formnest wirkende Kraft vorzugsweise auf Druck belastet wird, entspricht die Kraftbelastbarkeit insbesondere einer Druckbelastbarkeit also der Widerstandskraft der Stützstruktur bzw. der Abschnitte der Stützstruktur gegen eine auf sie wirkende Druckkraft.The load capacity is the ability of the support structure to withstand the load caused by the force acting on the area of the mold cavity or to absorb and dissipate the force. Since the support structure is preferably subjected to pressure by the internal pressure or by the force acting on the mold cavity, the force loading capacity corresponds in particular to a pressure loading capacity, i.e. the resistance force of the support structure or the sections of the support structure against a pressure force acting on it.

Das Formnest stellt vorzugsweise über zumindest eine Formfläche zumindest ein Negativ des herzustellenden Spritzgussbauteils bereit und bildet dadurch den mit Innendruck beaufschlagbaren Innenraum, wobei zu dem Formnest auch das an die zumindest eine Formfläche angrenzende Material gehört. Dabei ist das Formnest im Sinne der Erfindung möglichst leicht und dadurch ausgebildet, den durch den Innendruck wirkenden Kräften zumindest bereichsweise ohne die Stützstruktur nicht stand zu halten.The mold cavity preferably provides at least one negative of the injection-molded component to be produced via at least one mold surface and thereby forms the interior space that can be subjected to internal pressure, the mold cavity also including the material adjoining the at least one mold surface. In the context of the invention, the mold cavity is as light as possible and is designed not to withstand the forces acting by the internal pressure, at least in some areas, without the support structure.

Durch die diskontinuierliche Ausbildung der Stützstruktur, welche das Formnest bereichsabhängig und vorzugsweise spezifisch auf die in dem jeweiligen Bereich des Formnests wirkende Kraft angepasst abstützt, muss das Spritzgusswerkzeug nicht mehr aus einem Vollmaterial gebildet werden, so dass sich das für das Spritzgusswerkzeug notwendige Material sowie das Gewicht des Spritzgusswerkzeugs deutlich reduziert.Due to the discontinuous design of the support structure, which supports the mold cavity depending on the area and preferably specifically adapted to the force acting in the respective area of the mold cavity, the injection molding tool no longer has to be formed from a solid material, so that the material required for the injection molding tool and the weight of the injection mold significantly reduced.

Durch das geringere Gewicht sowie die kleinere Materialmenge werden einerseits die Herstellungskosten des Spritzgusswerkzeugs reduziert und andererseits die Handhabung vereinfacht, da beispielsweise die Anforderungen an die für den Transport notwendigen Maschinen sinken.Due to the lower weight and the smaller amount of material, on the one hand the manufacturing costs of the injection molding tool are reduced and on the other hand the handling is simplified because, for example, the demands on the machines necessary for the transport are reduced.

Hinzukommt, dass durch das geringere Gewicht und die kleinere Materialmenge die für eine Temperierung notwendigen Standzeiten sinken, da sich kleinere Massen und somit das erfindungsgemäße Spritzgusswerkzeug schneller und leichter temperieren und auf Temperatur halten lassen.In addition, the lower weight and the smaller amount of material reduce the downtimes necessary for temperature control, since smaller masses and thus the injection molding tool according to the invention can be tempered and kept at temperature more quickly and easily.

Das Spritzgusswerkzeug ist vorzugsweise eine Dauerform, welche nicht einmalig sondern über mehrere Spritzgussprozesse hinweg verwendet werden kann.The injection molding tool is preferably a permanent mold which cannot be used once but over several injection molding processes.

Eine vorteilhafte Ausführungsvariante sieht zudem vor, dass das Formnest mehrteilig ausgebildet ist und jedem Teil des Formnests eine Stützstruktur zugeordnet ist. Beispielsweise kann das Formnest ein Oberteil und ein Unterteil aufweisen, welche gemeinsam den Innenraum bestimmen, wobei das Oberteil und das Unterteil zum Entformen des Spritzgussbauteils aus dem Formnest voneinander getrennt werden können.An advantageous embodiment variant also provides that the mold cavity is constructed in several parts and a support structure is assigned to each part of the mold cavity. For example, the mold cavity can have an upper part and a lower part, which together define the interior space, wherein the upper part and the lower part can be separated from one another in order to remove the injection-molded component from the mold cavity.

Das Spritzgusswerkzeug umfasst bei einer ebenfalls vorteilhaften Variante zudem zumindest einen Angusskanal, welcher strömungstechnisch mit dem Innenraum verbundenen ist und mit einer Mündung in den Innenraum mündet, so dass das Spritzgussmaterial durch den zumindest einen Angusskanal in den Innenraum einspritzbar ist. Meist ist der Innendruck bzw. die auf das Formnest wirkende Kraft im Bereich der Mündung bzw. an umliegenden Bereichen am höchsten. Daher ist bei dieser Variante vorgesehen, dass die maximale Kraftbelastbarkeit der Stützstruktur bzw. der Abschnitte der Stützstruktur mit größer werdendem Abstand zu der Mündung des Angusskanals abnimmt und entsprechend vorzugsweise im Bereich der Mündung oder in einem der Mündung gegenüberliegenden Bereich am größten ist.In another advantageous variant, the injection molding tool also comprises at least one sprue channel which is fluidically connected to the interior space and opens into the interior space with an opening so that the injection molding material can be injected into the interior space through the at least one sprue channel. Usually the internal pressure or the force acting on the mold cavity is highest in the area of the mouth or in the surrounding areas. In this variant, it is therefore provided that the maximum load capacity of the support structure or the sections of the support structure decreases with increasing distance from the mouth of the sprue and is correspondingly greatest in the region of the mouth or in an area opposite the mouth.

Der Innenraum des Formnests kann ein oder mehrere Negative des herzustellenden Spritzgussbauteils ausbilden, wobei mehrere Negative durch Kanäle verbunden sein können, welche integral durch das Formnest bzw. dessen Innenraum gebildet werden. Die Mündung des Angusskanals kann hierfür auch in die von dem Formnest gebildeten Kanäle münden.The interior of the mold cavity can form one or more negatives of the injection-molded component to be produced, wherein a plurality of negatives can be connected by channels which are integrally formed by the mold cavity or its interior. For this purpose, the mouth of the sprue channel can also open into the channels formed by the mold cavity.

Die maximale Kraftbelastbarkeit der Stützstruktur kann beispielsweise durch eine für die Stützstruktur verwendete Materialmenge und/oder eine Dichte der Stützstruktur oder den Aufbau der Stützstruktur bestimmt sein, wobei diese Faktoren für die Abschnitte der Stützstruktur abhängig von der maximalen, durch den jeweiligen Abschnitt der Stützstruktur in einem Bereich des Formnests abzustützenden Kraft variieren können.The maximum load capacity of the support structure can be determined, for example, by an amount of material used for the support structure and / or a density of the support structure or the construction of the support structure, these factors for the sections of the support structure depending on the maximum, by the respective section of the Support structure in a region of the mold cavity to be supported force can vary.

Eine erste besonders vorteilhafte Ausführungsform des Spritzgusswerkzeugs sieht vor, dass die Stützstruktur durch eine Vielzahl von Streben gebildet wird, wobei eine Strebe oder mehrere Streben der Vielzahl von Streben jeweils einen Abschnitt der Stützstruktur bestimmen und wobei ein Bereich des Formnests jeweils durch zumindest eine Strebe abgestützt wird.A first particularly advantageous embodiment of the injection molding tool provides that the support structure is formed by a multiplicity of struts, one or more struts of the multiplicity of struts each defining a section of the support structure and with an area of the mold cavity being supported by at least one strut .

Darüber hinaus ist bei einer weiteren Ausbildungsvariante ebenfalls vorteilhafterweise vorgesehen, dass eine Anzahl von Streben eines Abschnitts der Stützstruktur, die einen Bereich des Formnests stützen, und/oder die Querschnittsformen der Streben und/oder die Querschnittsflächen der Streben und/oder eine Verteilung bzw. Anordnung der Streben über den Bereich die maximale Kraftbelastbarkeit des Abschnitts der Stützstruktur bestimmen.In addition, in a further embodiment variant, it is also advantageously provided that a number of struts of a section of the support structure that support a region of the mold cavity, and / or the cross-sectional shapes of the struts and / or the cross-sectional areas of the struts and / or a distribution or arrangement of the struts over the area determine the maximum load-bearing capacity of the section of the support structure.

Die Streben der Vielzahl von Streben und/oder die Streben eines Abschnitts der Stützstruktur sind bei einer vorteilhaften Variante jeweils an einer ersten Seite entlang ihrer Längsrichtung mit dem Formnest und an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite mit einer weiteren Strebe der Vielzahl von Streben oder einem Auflager verbunden. Vorzugsweise verlaufen die Streben der Stützstruktur oder die Streben eines Abschnitts der Stützstruktur zu einem gemeinsamen Punkt oder in einer gedachten Verlängerung in Richtung eines gemeinsamen Punktes. Durch das Auflager können die Streben und über die Streben das Formnest an der an das Formnest angrenzenden Umgebung, wie beispielsweise einer Aufnahme an einem Fundament oder einer Werkzeugmaschine, gelagert bzw. befestigt werden.The struts of the plurality of struts and / or the struts of a section of the support structure are each on a first side along their longitudinal direction with the mold cavity and on a second side opposite the first side with a further strut of the plurality of struts or one Connected to supports. The struts of the support structure or the struts of a section of the support structure preferably run to a common point or in an imaginary extension in the direction of a common point. By means of the support, the struts and, via the struts, the mold cavity can be supported or fastened to the surroundings adjoining the mold cavity, for example a receptacle on a foundation or a machine tool.

Zur vorteilhaften Verbindung der Streben mit dem Formnest bzw. Anbindung der Streben an das Formnest, sieht eine weitere vorteilhafte Variante vor, dass die einen Bereich stützenden Streben bzw. die Streben eines Abschnitts an ihrer ersten Seite jeweils ein Anbindungselement aufweisen oder durch ein gemeinsames Anbindungselement verbunden sind, welches an dem Formnest fixiert oder integral mit dem Formnest ausgebildet ist. Das Anbindungselement ist ausgebildet, die in dem Bereich auf das Formnest wirkende Kraft aufzunehmen und in die Streben einzuleiten und auf diese zu vertei len.For the advantageous connection of the struts to the mold cavity or connection of the struts to the mold cavity, a further advantageous variant provides that the struts supporting an area or the struts of a section each have a connection element on their first side or are connected by a common connection element which is fixed to the mold cavity or is formed integrally with the mold cavity. The connecting element is designed to absorb the force acting in the area on the mold cavity and to introduce it into the struts and distribute them to them.

Eine Ausführungsform, bei welcher das Spritzgusswerkzeug zumindest einen Angusskanal umfasst, sieht zudem vor, dass der Angusskanal an einer ersten Seite des Formnests in den Innenraum mündet und das Formnest unmittelbar gegenüber der Mündung von zumindest einer Strebe abgestützt wird. Ein Abschnitt der Stützstruktur, welcher von der zumindest einen Strebe bestimmt wird, weist eine größere Kraftbelastbarkeit auf, als umliegende Abschnitte der Stützstruktur.An embodiment in which the injection molding tool comprises at least one sprue channel also provides that the sprue channel opens into the interior space on a first side of the mold cavity and the mold cavity is supported by at least one strut directly opposite the mouth. A section of the support structure which is determined by the at least one strut has a greater load capacity than surrounding sections of the support structure.

Eine zweite besonders vorteilhafte Ausführungsform des Spritzgusswerkzeugs sieht vor, dass die Stützstruktur durch einen durch ein additives Fertigungsverfahren gebildeten einstückigen Stützkörper gebildet ist. In dem Stützkörper sind Hohlräume vorgesehen, welche durch die additive Fertigung integral in dem Stützkörper ausgebildet sind. Die Hohlräume können abhängig von dem verwendeten Fertigungsverfahren vollständig in sich geschlossen oder miteinander verbunden ausgebildet sein.A second particularly advantageous embodiment of the injection molding tool provides that the support structure is formed by a one-piece support body formed by an additive manufacturing process. In the support body, cavities are provided which are integrally formed in the support body by additive manufacturing. Depending on the manufacturing process used, the cavities can be designed to be completely closed or connected to one another.

Wird als ein additives Fertigungsverfahren beispielsweise Sintern verwendet, bei welchem es möglich sein muss, ein überschüssiges Material aus den Hohlräumen abzuführen, müssen die Hohlräume miteinander bzw. mit der Umgebung verbunden sein, um eine Materialabfuhr aus den Hohlräumen zu ermöglichen. Bei Verfahren, wie dem 3D-Druck, bei welchem das Material punktgenau an den Ort transportiert wird, an welchem es verfestigt wird und die Stützstruktur bzw. den Stützkörper bildet, können die Hohlräume vollständig in sich abgeschlossen sein, da kein Materialabtransport möglich sein muss. Neben Sinterverfahren, wie z.B. dem Lasersintern, oder dem herkömmlichen 3D-Druck, kommt auch Stereolithographie als additives Fertigungsverfahren in Frage.If, for example, sintering is used as an additive manufacturing process, in which it must be possible to remove excess material from the cavities, the cavities must be connected to one another or to the environment in order to enable material to be removed from the cavities. In processes such as 3D printing, in which the material is transported precisely to the place where it is solidified and forms the support structure or the support body, the cavities can be completely self-contained, since no material has to be transported away. In addition to sintering processes such as laser sintering or conventional 3D printing, stereolithography can also be used as an additive manufacturing process.

Bei einer vorteilhaften Variante des Spritzgusswerkzeugs, bei welcher die Stützstruktur Hohlräume aufweist, ist vorgesehen, dass ein Teil der Hohlräume miteinander zu einem Kanal oder zu mehreren Kanälen verbunden oder ein Teil der Hohlräume unmittelbar als ein Kanal oder als mehrere Kanäle ausgebildet sind. Der Kanal oder die Kanäle sind von einem Fluid zur Temperierung des Formnests durchströmbar bzw. ausgebildet von einem Fluid zur Temperierung des Formnests durchströmt zu werden. Entsprechend sind solche Kanäle Kühl- oder Heizkanäle, durch welche das Formnest gekühlt oder geheizt werden kann. Aufgrund dessen, dass das Spritzgussmaterial während des Spritzgussprozesses das Spritzgusswerkzeug aufheizt, sind die Kanäle zur Temperierung des Formnests vorzugsweise Kühlkanäle.In an advantageous variant of the injection molding tool, in which the support structure has cavities, it is provided that some of the cavities are connected to one another to form a channel or multiple channels or that some of the cavities are formed directly as one channel or as multiple channels. The channel or channels can be flowed through by a fluid for temperature control of the mold cavity or designed to be flowed through by a fluid for temperature control of the mold cavity. Correspondingly, such channels are cooling or heating channels through which the mold cavity can be cooled or heated. Due to the fact that the injection molding material heats the injection molding tool during the injection molding process, the channels for temperature control of the mold cavity are preferably cooling channels.

Ferner sieht eine Variante vor, dass die Abschnitte der Stützstruktur bzw. die Abschnitte des Stützkörpers, welche an einen Angusskanal angrenzen ebenfalls Kanäle aufweisen, welche von einem Fluid durchströmbar sind, wobei von die an den Angusskanal angrenzenden Kanäle ausgebildet sind, den Angusskanal zu temperieren und vorzugsweise ebenfalls zu kühlen.Furthermore, a variant provides that the sections of the support structure or the sections of the support body which adjoin a sprue channel also have channels through which a fluid can flow, the channels adjoining the sprue channel being designed to control the temperature of the sprue channel and preferably also to cool.

Sind mehrere Kanäle in der Stützstruktur vorgesehen, können diese strömungstechnisch voneinander getrennt oder miteinander verbunden ausgebildet sein, so dass das Formnest und/oder der Angusskanal bereichsabhängig temperiert werden kann/können. Durch voneinander getrennte Kanäle können beispielsweise ein oder mehrere Kühlkreisläufe an dem Formnest und/oder dem Angusskanal realisiert werden.If several channels are provided in the support structure, these can flow-technically be formed separately from one another or connected to one another, so that the mold cavity and / or the sprue channel can be temperature-controlled as a function of the area. For example, one or more cooling circuits can be implemented on the mold cavity and / or the sprue channel by means of channels that are separate from one another.

Die Hohlräume in dem Stützkörper können in einer einzelnen Ebene angeordnet sein, wobei eine vorteilhafte Variante vorsieht, dass die Hohlräume in dem Stützkörper in mehreren Ebenen angeordnet sind. Zwischen den Hohlräumen einer Ebene sind Stützrippen und zwischen den Ebenen sind Stützböden vorgesehen. Die jeweilige maximale Kraftbelastbarkeit der Abschnitte der Stützstruktur wird durch die Stützrippen und Stützböden der jeweiligen Abschnitte der Stützstruktur bestimmt. Darüber hinaus kann die Kraftbelastbarkeit durch die Form der Hohlräume bzw. durch die durch sie bestimmte Struktur sowie durch ihre Anordnung zueinander bestimmt werden. Beispielsweise können die Hohlräume wabenförmig, rechteckig oder kugelförmig sein. Hinzukommt, dass die Hohlräume eines Abschnitts der Stützstruktur vorzugsweise in einem regelmäßigen oder gleichmäßigen Muster angeordnet sind.The cavities in the support body can be arranged in a single plane, an advantageous variant providing that the cavities in the support body are arranged in several planes. Support ribs are provided between the cavities of a level and support floors are provided between the levels. The respective maximum load capacity of the sections of the support structure is determined by the support ribs and support bases of the respective sections of the support structure. In addition, the load capacity can be determined by the shape of the cavities or by the structure determined by them and by their arrangement with respect to one another. For example, the cavities can be honeycomb, rectangular or spherical. In addition, the cavities of a section of the support structure are preferably arranged in a regular or uniform pattern.

Für eine weitere Variante des Spritzgusswerkzeugs, bei welcher die Stützstruktur durch eine additive Herstellung bestimmt ist, gilt, dass die Kraftbelastbarkeit eines Abschnitts durch die Dichte des Abschnitts bestimmt wird, welche sich aus dem Volumen des Abschnitts und der für den Abschnitt der Stützstruktur verwendeten Materialmenge bestimmt. Entsprechend kann eine Materialmenge für einen ersten Bereich des Formnests, welcher weniger stark belastet wird, gegenüber der Materialmenge für einen stärker belasteten, zweiten Bereich des Formnests reduziert werden.For a further variant of the injection molding tool, in which the support structure is determined by additive manufacturing, the force loading capacity of a section is determined by the density of the section, which is determined from the volume of the section and the amount of material used for the section of the support structure . Correspondingly, an amount of material for a first area of the mold cavity, which is less heavily loaded, can be reduced compared to the amount of material for a more heavily loaded, second area of the mold cavity.

Eine Variante der Erfindung sieht zudem vor, dass das Formnest und die Stützstruktur vorzugsweise aus demselben Material und integral miteinander ausgebildet sind.A variant of the invention also provides that the mold cavity and the support structure are preferably formed from the same material and integrally with one another.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Formnest und die Stützstruktur einteilig ausgebildet sind, wobei diese aus demselben Material oder unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein können. Als Material für die Stützstruktur kommen Metall, wie Stahl, Aluminium oder Titan, aber auch Kunststoffe oder faserverstärkte Kunststoffe in Frage.Alternatively, it can also be provided that the mold cavity and the support structure are formed in one piece, it being possible for these to be formed from the same material or different materials. Metal, such as steel, aluminum or titanium, but also plastics or fiber-reinforced plastics, can be used as the material for the support structure.

Zudem kann das Spritzgusswerkzeug in einer weiteren Ausführungsform zumindest einen Auswerfer oder auch Schieber aufweisen, durch welchen das Spritzgussbauteil nach dem Abkühlen bzw. Aushärten aus dem Formnest entformt werden kann. Die Stützstruktur kann hierzu angrenzend an das Formnest Führungskanäle bilden, durch welche die Auswerfer gelagert und geführt werden. Insbesondere bei einer Realisierung der Stützstruktur durch ein additives Fertigungsverfahren, können solche Führungskanäle integral bei der Herstellung der Stützstruktur und ebenfalls durch das additive Fertigungsverfahren ausgebildet werden.In addition, in a further embodiment, the injection molding tool can have at least one ejector or also a slide, by means of which the injection molding component can be removed from the mold cavity after cooling or hardening. For this purpose, the support structure can form guide channels adjacent to the mold cavity, through which the ejectors are supported and guided. In particular, when the support structure is implemented using an additive manufacturing process, such guide channels can be formed integrally during the manufacture of the support structure and also using the additive manufacturing process.

Bei einer Variation des Spritzgusswerkzeugs, bei welcher vorgesehen ist, dass dieses zumindest einen Angusskanal umfasst, welcher strömungstechnisch mit dem Innenraum verbundenen ist und mit einer Mündung in den Innenraum mündet, so dass das Spritzgussmaterial durch den zumindest einen Angusskanal in den Innenraum einspritzbar ist, ist der zumindest eine Angusskanal zumindest abschnittsweise integral durch die Stützstruktur gebildet. Alternativ kann die Stützstruktur ein Freiraum zur Aufnahme des zumindest einen Angusskanals bilden, wobei angrenzend an den integral gebildeten Angusskanal oder den Freiraum zur Aufnahme eines solchen die zuvor beschriebenen Kanäle zur Temperierung vorgesehen sein können.In a variation of the injection molding tool in which it is provided that it comprises at least one sprue channel which is fluidically connected to the interior space and opens into the interior space with an opening so that the injection molding material can be injected through the at least one sprue channel into the interior space the at least one sprue channel is at least partially formed integrally by the support structure. Alternatively, the support structure can form a free space for receiving the at least one sprue channel, wherein the previously described channels for temperature control can be provided adjacent to the integrally formed sprue channel or the free space for receiving such a channel.

Die Stützstruktur kann in einer weiteren Variante durch ein geschäumtes und somit ebenfalls Hohlräume aufweisendes Material gebildet werden, bei welchem die Kraftbelastbarkeit durch eine Dichte des Materials bestimmt ist und die Dichte des Materials durch die Zugabe eines die Schäumung steuernden Mittels einstellbar ist. Hierfür kommen sowohl eine chemische als auch eine physikalische Schäumung in Betracht, wobei die Dichte in den einzelnen Abschnitten der Stützstruktur insbesondere durch das durchschnittliche Volumen der bei der Schäumung gebildeten Poren beeinflusst wird.In a further variant, the support structure can be formed by a foamed material that also has cavities, in which the load-bearing capacity is determined by a density of the material and the density of the material can be adjusted by adding an agent that controls the foaming. Both chemical and physical foaming can be used for this, the density in the individual sections of the support structure being influenced in particular by the average volume of the pores formed during the foaming.

Der Aufbau der Stützstruktur kann beispielsweise über eine computergestützte Topologieoptimierung ermittelt werden, bei welcher ein Spritzgussprozess simuliert und Kraftwerte und Kraftleitpfade bestimmt werden, wobei darauf basierend eine Stützstruktur bzw. die Topologie für eine Stützstruktur bestimmten wird, welche geeignet ist, die maximalen Kräfte entlang optimaler Kraftleitpfade abzuleiten und dabei den während des Spritzgussprozesses wirkenden maximalen Kräften standzuhalten.The structure of the support structure can be determined, for example, via a computer-aided topology optimization in which an injection molding process is simulated and force values and force transmission paths are determined, based on which a support structure or the topology for a support structure is determined which is suitable for the maximum forces along optimal force transmission paths and withstand the maximum forces acting during the injection molding process.

Denkbar ist auch, dass insbesondere einige der einzelnen Teile eines mehrteiligen Spritzgusswerkzeugs jeweils durch eine Stützstruktur gestützt sind, welche durch verschiedene Verfahren hergestellt sein können. Beispielsweise kann eine Stützstruktur eines ersten Teils eines Spritzgusswerkzeugs durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt sein und eine Stützstruktur eines zweiten Teils des Spritzgusswerkzeugs durch miteinander verbundene Streben gebildet werden.It is also conceivable that, in particular, some of the individual parts of a multi-part injection molding tool are each supported by a support structure which can be produced by various methods. For example, a support structure of a first part of an injection molding tool can be produced by an additive manufacturing method and a support structure of a second part of the injection molding tool can be formed by interconnected struts.

Ferner ist zu berücksichtigen, dass es sich bei einem Spritzgussprozess um eine spezielle, Kunststoff als Gussmaterial verwendende Form eines Druckgussprozesses handelt, so dass die vorangegangenen Ausführungen grundsätzlich auf ein Druckgusswerkzeug bzw. einen Druckgussprozess übertragbar sind, wobei für die Belastbarkeit bzw. Widerstandskraft der Stützstruktur die bei einem Druckgussprozess herrschenden, meist höheren Drücke und Kräfte zu berücksichtigen sind. Das erfindungsgemäße Spritzgusswerkzeug kann daher auch als ein Druckgusswerkzeug verstanden werden.It should also be taken into account that an injection molding process is a special, Plastic as the casting material is a form of a die-casting process, so that the preceding explanations can basically be transferred to a die-casting tool or a die-casting process, whereby the mostly higher pressures and forces prevailing in a die-casting process have to be taken into account for the load capacity or resistance of the support structure. The injection molding tool according to the invention can therefore also be understood as a die casting tool.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.The features disclosed above can be combined in any way as long as this is technically possible and they do not contradict one another.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 Querschnitt durch ein herkömmliches Spritzgusswerkzeug;
2 Querschnitt durch eine erste Variante des erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeugs;
3 Querschnitt durch eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeugs;
4 Querschnitt durch eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeugs;

Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:

1 Cross section through a conventional injection molding tool;
2 Cross section through a first variant of the injection molding tool according to the invention;
3rd Cross section through a second variant of the injection molding tool according to the invention;
4th Cross section through a third variant of the injection molding tool according to the invention;

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.The figures are schematic examples. The same reference symbols in the figures indicate the same functional and / or structural features.

1 zeigt zur Verdeutlichung der erfinderischen Idee einen Querschnitt durch ein Spritzgusswerkzeug 1', wie es im Stand der Technik üblich ist. Darüber hinaus bildet sowohl 1 als auch die weiteren Figuren unterhalb der Schnittdarstellung der jeweiligen Variante des Spritzgusswerkzeugs 1,1' ein die Materialverteilung über den Querschnitt anzeigendes Koordinatensystem, wobei die X-Achse der Werkzeugkoordinate über den Querschnitt entspricht und die Z-Achse die Materialmenge an der jeweiligen Koordinate. 1 shows a cross section through an injection molding tool to illustrate the inventive idea 1' as is common in the art. It also forms both 1 and also the other figures below the sectional view of the respective variant of the injection molding tool 1 , 1' a coordinate system showing the material distribution over the cross-section, the X-axis corresponding to the tool coordinate over the cross-section and the Z-axis the amount of material at the respective coordinate.

In 1 ist das Spritzgusswerkzeug 1' dem Stand der Technik entsprechend aus einem Vollmaterial gebildet, so dass die Materialmenge an jeder Koordinate entlang des Querschnitts 100%, also Vollmaterial entspricht, wodurch das Spritzgusswerkzeug 1' schwer sowie für eine schnelle Temperierung ungeeignet ist.In 1 is the injection molding tool 1' According to the prior art, formed from a solid material, so that the amount of material at each coordinate along the cross section corresponds to 100%, that is to say solid material, whereby the injection molding tool 1' difficult and unsuitable for rapid temperature control.

Alle in den 1 bis 4 illustrierten Spritzgusswerkzeuge 1, 1' weisen jeweils ein Formnest 10 auf, welche in dem Spritzgusswerkzeug einen hohlen Innenraum 13 bilden, welche dem Negativ des herzustellenden Spritzgussbauteils entspricht. Die Spritzgusswerkzeuge bzw. auch das Formnest 10 ist jeweils zweigeteilt und weisen einen ersten Teil 11 und einen zweiten Teil 12 auf, wobei die beiden Teile 11, 12 gemeinsam den Innenraum 13 bestimmen, so dass dieser zur Entformung des Spritzgussbauteils aus dem Spritzgusswerkzeug 1,1' öffenbar ist. Zum Einspritzen des Spritzgussmaterials in den Innenraum 13 verfügen die Spritzgusswerkezuge 1, 1' ferner über einen Angusskanal 20, welcher in dem Innenraum 13 mündet. Darüber hinaus sind alle Spritzgusswerkzeuge 1, 1' in einer nicht gezeigten Draufsicht kreisförmig ausgebildet, wobei diese abhängig von dem herzustellenden Spritzgussbauteil auch eine andere Form aufweisen können.All in the 1 to 4th illustrated injection molds 1 , 1' each have a mold cavity 10 on which in the injection mold a hollow interior 13th form, which corresponds to the negative of the injection molded component to be produced. The injection molding tools or the mold cavity 10 is divided into two parts and has a first part 11 and a second part 12th on, with the two parts 11 , 12th together the interior 13th determine so that this is used to remove the injection molded component from the injection molding tool 1 , 1' is openable. For injecting the injection molding material into the interior 13th the injection molding tools 1 , 1' furthermore via a sprue channel 20th which in the interior 13th flows out. In addition, all injection molding tools 1 , 1' in a top view, not shown, formed circularly, which may also have a different shape depending on the injection-molded component to be produced.

Die 2 bis 4 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Spritzgusswerkzeugs 1, bei welchen, wie bereits durch das jeweils zugehörige Koordinatensystem ersichtlich, die Materialverteilung entlang der Werkzeugkoordinate X und über den Querschnitt variiert.The 2 to 4th each show an embodiment of an injection molding tool according to the invention 1 , in which, as can already be seen from the associated coordinate system, the material distribution varies along the tool coordinate X and across the cross-section.

Bei der in 2 dargestellten Variante, ist jedem Teil 11, 12 des Formnests 10 jeweils eine Stützstruktur zugeordnet, welche jeweils aus einer Vielzahl von Streben 30, 31, 31', 32, 33, 33', 34 gebildet ist.At the in 2 shown variant, is every part 11 , 12th of the cavity 10 each assigned a support structure, each of which consists of a plurality of struts 30th , 31 , 31 ' , 32 , 33 , 33 ' , 34 is formed.

Der Angusskanal 20 verläuft dabei durch den ersten Teil 11 des Formnests 10 in den Innenraum 13 des Formnests 10.The sprue 20th runs through the first part 11 of the cavity 10 in the interior 13th of the cavity 10 .

Die den ersten Teil 11 des Formnests 10 stützenden Streben 32, 33, 33', 34 verlaufen jeweils von dem Formnest 10, an welchem sie mit einem ersten Ende bzw. mit einer ersten Seite fixiert sind, zu dem Angusskanal 20 bzw. dessen rohrförmiger Wandung 20'.The first part 11 of the cavity 10 supporting struts 32 , 33 , 33 ' , 34 each run from the mold cavity 10 , to which they are fixed with a first end or with a first side, to the sprue channel 20th or its tubular wall 20 ' .

Die den zweiten Teil 12 des Formnests 10 stützenden Streben 30, 31, 31' verlaufen jeweils von dem Formnest 10, an welchem sie mit einem ersten Ende bzw. mit einer ersten Seite fixiert sind, aufeinander zu. Dabei ist zentral an dem zweiten Teil des Formnests 10 und der Mündung des Angusskanals 20 gegenüberliegend eine zentrale Strebe 30 vorgesehen, welche gegenüber den weiteren, den zweiten Teil 12 des Formnests 10 stützenden Streben 31, 31' eine höhere Widerstandskraft bzw. Kraftbelastbarkeit aufweist und die auf das Formnest 10 während des Spritzgussprozesses im Bereich der Mündung des Angusskanals 20 auf den zweiten Teil 12 des Formnests 10 wirkenden Kräfte von dem Formnest 10 ableitet bzw. diesen Bereich des Formnests 10 abstützt.The second part 12th of the cavity 10 supporting struts 30th , 31 , 31 ' each run from the mold cavity 10 , at which they are fixed with a first end or with a first side, towards each other. It is central to the second part of the mold cavity 10 and the mouth of the runner 20th opposite a central strut 30th provided, which compared to the further, the second part 12th of the cavity 10 supporting struts 31 , 31 ' has a higher resistance or load capacity and which on the mold cavity 10 during the injection molding process in the area of the mouth of the runner 20th on the second part 12th of the cavity 10 acting forces from the mold cavity 10 derives or this area of the mold cavity 10 supports.

In dem gezeigten Beispiel ist die zentrale Strebe 30 zudem mit einem Auflager 35 verbunden, über welches das Spritzgusswerkzeug 1 an der Umgebung, wie beispielsweise einer Aufnahme an einer Werkzeugmaschine fixiert ist. Die weiteren, den zweiten Teil 12 des Formnests 10 stützenden Streben 31, 31' der Stützstruktur verlaufen jeweils von dem Formnest 10 zu der zentralen Strebe 30 und sind an dieser fixiert. Alternativ können diese jedoch auch separat mit dem Auflager 35 oder weiteren, nicht dargestellten Auflagern 35 verbunden sein.In the example shown is the central strut 30th also with a support 35 connected, via which the injection molding tool 1 at the Environment, such as a recording on a machine tool is fixed. The other, the second part 12th of the cavity 10 supporting struts 31 , 31 ' of the support structure each run from the mold cavity 10 to the central strut 30th and are fixed to this. Alternatively, however, these can also be used separately with the support 35 or other supports, not shown 35 be connected.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Formnest 10 auf der Seite des zweiten Teils 12 des Formnests im Wesentlichen in fünf Bereiche aufgeteilt, wobei jedem Bereich ein Abschnitt der den zweiten Teil 12 des Formnests 10 stützenden Stützstruktur zugeordnet ist. Ein erster Bereich liegt der Mündung des Angusskanals 20 gegenüber, die weiteren Bereiche umlaufen den ersten Bereich ringförmig bzw. abhängig von der Form des herzustellenden Spritzgussbauteils auch oval- oder rechteckförmig. Der erste Bereich wird von der zentralen Strebe 30 gestützt und die anderen Bereiche jeweils von Streben 31, 31', welche beispielsweise einem ringförmigen Muster folgend um die zentrale Strebe 30 verteilt sein können, was in der Schnittdarstellung jedoch nicht erkennbar ist. In 2 ist lediglich die Schnittebene dargestellt, wobei der zweite bis fünfte Bereich in der Darstellungsebene linksseitig und rechtsseitig der zentralen Strebe 30 jeweils von einer ersten Strebe 31 und einer zweiten Strebe 31' gestützt wird.In the embodiment shown, the mold cavity is 10 on the side of the second part 12th The mold cavity is essentially divided into five areas, each area being a section of the second part 12th of the cavity 10 supporting support structure is assigned. A first area is the mouth of the runner 20th on the other hand, the further areas encircle the first area in an annular manner or, depending on the shape of the injection-molded component to be produced, also oval or rectangular. The first area is from the central strut 30th supported and the other areas each by struts 31 , 31 ' which, for example, follow an annular pattern around the central strut 30th can be distributed, but this cannot be seen in the sectional view. In 2 only the sectional plane is shown, the second to fifth areas in the plane of representation on the left and right of the central strut 30th each from a first strut 31 and a second strut 31 ' is supported.

Auf der Seite des ersten Teils 11 ist das Formnest 10 im Wesentlichen in vier Bereiche unterteilt, welche jeweils von Abschnitten der zugehörigen Stützstruktur des ersten Teil 11 gestützt werden, wobei der zentrale erste Bereich integral von der Wandung 20' des Angusskanals 20 gestützt wird. Der den ersten Bereich umlaufende zweite Bereich wird von den Streben 32, der dritte Bereich von den Streben 33, 33' und der vierte Bereich von den Streben 34 gestützt, wobei ebenfalls gilt, das diese beispielsweise ringförmig bzw. in einem ringförmigen Muster um die zentrale, durch die Wandung 20' gebildete Strebe verteilt sein können.On the page of the first part 11 is the mold cavity 10 essentially divided into four areas, each of which is made up of sections of the associated support structure of the first part 11 be supported, the central first region being integral with the wall 20 ' of the runner 20th is supported. The second area surrounding the first area is made up of the struts 32 , the third area of the struts 33 , 33 ' and the fourth area of the struts 34 supported, which also applies that this is for example annular or in an annular pattern around the central, through the wall 20 ' formed strut can be distributed.

Sowohl für die Stützstruktur des ersten Teils 11 als auch für die Stützstruktur des zweiten Teils 12 gilt, dass die Streben beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein können und deren Querschnitt, deren Verteilung sowie andere, die Kraftbelastbarkeit beeinflussenden Faktoren, abhängig von der Belastung während des Spritzgussprozesses des jeweils abzustützenden Bereichs des Formnests 10 gewählt sind, so dass die Abschnitte der Stützstrukturen ausgebildet sind, spezifisch die auf den jeweils abgestützten Bereich wirkende, maximale Kraft aufnehmen und ableiten zu können, ohne dabei irreversibel Verformt zu werden bzw. Schaden zu nehmen und ohne hierfür überschüssiges Material zu verwenden.Both for the support structure of the first part 11 as well as for the support structure of the second part 12th The rule is that the struts can be tubular, for example, and their cross-section, their distribution and other factors influencing the load-bearing capacity, depending on the load during the injection molding process of the respective region of the mold cavity to be supported 10 are chosen so that the sections of the support structures are designed to specifically absorb and dissipate the maximum force acting on the respectively supported area without being irreversibly deformed or damaged and without using excess material for this purpose.

Da die Belastung bzw. die Kraft auf das Formnest 10 während des Spritzprozesses im Bereich der Mündung des Angusskanals 20 meist am größten ist, ist vorgesehen, dass bei einer Materialverteilung über den Querschnitt, wie sie durch den zu 2 gehörenden Graphen illustriert ist, im Bereich des Angusskanals 20 im Wesentlichen Vollmaterial und nach außen hin immer weniger Material verwendet wird.Since the load or the force on the mold cavity 10 during the injection process in the area of the mouth of the runner 20th is usually the largest, it is provided that with a material distribution over the cross section, as it is through the to 2 associated graph is illustrated in the area of the runner 20th essentially solid material and less and less material is used towards the outside.

3 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeugs, bei welcher die Stützstruktur über ein additives Fertigungsverfahren gebildet ist. Beispielhaft ist das Formnest 10 sowohl an seinem ersten Teil 11 als auch an seinem zweiten Teil 12 in jeweils drei Bereich geteilt, wobei jeder der drei Bereiche jeweils von einem eigenen Abschnitt des jeweiligen die jeweilige Stützstruktur bildenden Stützkörpers 41, 42 gestützt wird. 3rd shows a variant of the injection molding tool according to the invention, in which the support structure is formed using an additive manufacturing method. The mold cavity is an example 10 both on its first part 11 as well as on its second part 12th divided into three areas, each of the three areas each from its own section of the respective support body forming the respective support structure 41 , 42 is supported.

Der erste Bereich des Formnests 10 wird an dem ersten Teil 11 des Formnests 10 von dem ersten und zentralen Abschnitt 411 des ersten Stützkörpers 41 abgestützt, in welchem integral der Angusskanal 20 ausgebildet ist, und an dem zweiten Teil 12 des Formnests 10 von dem zentralen Abschnitt 421 des zweiten Stützkörpers 42. Der zweite Bereich, welcher den ersten Bereich ringförmig umläuft, wird an dem ersten Teil 11 von dem zweiten Abschnitt 412 abgestützt, welcher den ersten Abschnitt 411 ringförmig umläuft, und an dem zweiten Teil 12 von dem zweiten Abschnitt 422 abgestützt, welcher den ersten Abschnitt 421 ringförmig umläuft. Der dritte Bereich, welchen den zweiten Bereich ringförmig umläuft, wird an dem ersten Teil 11 von dem dritten Abschnitt 413 abgestützt, welcher den zweiten Abschnitt 412 ringförmig umläuft, und an dem zweiten Teil 12 von dem dritten Abschnitt 423 abgestützt, welcher den zweiten Abschnitt 422 ringförmig umläuft. Die jeweils drei Abschnitte 411, 412, 413, 421, 422, 423 der Stützkörper 41, 42 welche den entsprechenden Bereichen des Formnests 10 zugeordnet sind, weisen jeweils eine Kraftbelastbarkeit auf, um die in dem von den Abschnitten abgestützten Bereich des Formnests 10 während des Spritzgussprozesses maximal wirkenden Kräfte aufnehmen bzw. abstützten zu können.The first area of the cavity 10 will be on the first part 11 of the cavity 10 from the first and central section 411 of the first support body 41 supported, in which integral the runner 20th is formed, and on the second part 12th of the cavity 10 from the central section 421 of the second support body 42 . The second area, which surrounds the first area in a ring shape, is attached to the first part 11 from the second section 412 supported, which is the first section 411 circularly, and on the second part 12th from the second section 422 supported, which is the first section 421 runs around in a ring. The third area, which surrounds the second area in a ring shape, is attached to the first part 11 from the third section 413 supported, which the second section 412 circularly, and on the second part 12th from the third section 423 supported, which the second section 422 runs around in a ring. Each of the three sections 411 , 412 , 413 , 421 , 422 , 423 the support body 41 , 42 which correspond to the corresponding areas of the mold cavity 10 are assigned, each have a load capacity by around that in the area of the mold cavity supported by the sections 10 to be able to absorb or support maximum forces acting during the injection molding process.

In dem zentralen Bereich bzw. für die zentralen Abschnitte 411, 421 der Stützkörper 41, 42 wird, wie aus dem zugehörigen Graphen ersichtlich, ein Vollmaterial verwendet. Da die während des Spritzgussprozesses wirkenden Kräfte ausgehend von dem Bereich der Mündung des Angusskanals 20 zu den in der Bildebene seitlichen Rändern des Spritzgusswerkzeugs 1 geringer werden, müssen die weiteren Abschnitte 412, 413, 422, 423 im Vergleich zu dem jeweils zentralen Abschnitt 411, 421 geringere Kräfte aufnehmen und abstützten, so dass für diese kein Vollmaterial notwendig ist.In the central area or for the central sections 411 , 421 the support body 41 , 42 a solid material is used, as can be seen from the associated graph. Since the forces acting during the injection molding process start from the area of the mouth of the sprue 20th to the lateral edges of the injection molding tool in the image plane 1 the further sections have to decrease 412 , 413 , 422 , 423 compared to the respective central section 411 , 421 Absorb and support lower forces, so that no solid material is necessary for them.

Bei dem in 3 dargestellten Beispiel sind die Abschnitte der Stützstruktur bzw. der Stützkörper 41, 42 jeweils verschieden aufgebaut, so dass sich für die Materialverteilung ein sprunghafter Verlauf ergibt. Die unterschiedlichen Topologien der Abschnitte können alternativ jedoch auch schrittweise oder fließend ineinander übergehen, wodurch sich ein entsprechend fließender Verlauf der Materialverteilung über den gezeigten Querschnitt ergibt.The in 3rd The example shown are the sections of the support structure or the support body 41 , 42 each constructed differently, so that the distribution of the material is erratic. The different topologies of the sections can, however, alternatively also merge gradually or smoothly into one another, which results in a correspondingly flowing course of the material distribution over the cross section shown.

In 4 ist eine Variante des Spritzgusswerkzeugs 1 dargestellt, wie sie sowohl durch ein additives Fertigungsverfahren als auch über ein Aufschäumen eines Kunststoffmaterials für die Stützstruktur erreichbar ist. Grundlegend hierbei ist, dass die Belastbarkeit bzw. Kraftbelastbarkeit der Stützstruktur in stärker belasteten Bereichen des Formnests 10 höher ist und in weniger stark belasteten Bereichen des Formnests 10 geringer, wobei die Belastbarkeit insbesondere durch die Dichte des für die Stützstruktur verwendeten Materials gesteuert wird. In den am stärksten belasteten Bereichen des Formnests 10 wird daher Vollmaterial verwendet und zu den in der Bildebene seitlichen Randbereichen des Formnests 10 weniger Material. Die Dichte kann sowohl bei additiven Fertigungsverfahren als auch beim Aufschäumen dadurch gesteuert werden, dass das Volumen und/oder die Anzahl der Hohlräume bzw. der Poren in dem Material für eine höhere Dichte kleiner und für eine geringere Dichte größer wird.In 4th is a variant of the injection molding tool 1 shown how it can be achieved both by an additive manufacturing process and by foaming a plastic material for the support structure. It is fundamental here that the load-bearing capacity or load-bearing capacity of the support structure in more heavily loaded areas of the mold cavity 10 is higher and in less heavily loaded areas of the mold cavity 10 lower, the load capacity being controlled in particular by the density of the material used for the support structure. In the most heavily stressed areas of the mold cavity 10 Solid material is therefore used and to the edge areas of the mold cavity on the side in the image plane 10 less material. The density can be controlled both in additive manufacturing processes and in foaming in that the volume and / or the number of cavities or pores in the material becomes smaller for a higher density and larger for a lower density.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The embodiment of the invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs.

Claims

Injection molding tool (1) comprising a mold cavity (10) and a discontinuous support structure supporting the mold cavity, wherein the mold cavity (10) forms a hollow interior (13) into which an injection molding material can be injected for the production of an injection molded component, through which the mold cavity (10) is subjected to an internal pressure during the production of the injection molded component, wherein the mold cavity (10) has several areas and a maximum force acting on the mold cavity (10) during the production of the injection-molded component varies as a function of the area, wherein the support structure has several sections which each support a region of the mold cavity (10) and the sections of the support structure are each designed to support the respective region of the mold cavity (10) in a region-dependent manner against the force acting in the respective region, wherein the sections of the support structure each have a maximum load capacity adapted to the respective supported area of the mold cavity, by means of which the respective section of the support structure is designed to support the force acting on the area of the mold cavity (10) for the support structure in a non-destructive manner.

Injection mold according to Claim 1 , wherein the mold cavity (10) is formed in several parts and each part (11, 12) of the mold cavity is assigned a support structure.

Injection mold according to Claim 1 or 2 , further comprising at least one sprue channel (20) which is fluidically connected to the interior space (13) and opens with an opening into the interior space (13) so that the injection molding material can be injected through the at least one sprue channel into the interior space (13), wherein the maximum load capacity of the support structure decreases with increasing distance from the mouth of the runner (20).

Injection mold according to one of the Claims 1 to 3rd , wherein the support structure is formed by a plurality of struts (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34), one strut (30) or several struts (31, 31 ', 32, 33, 33' , 34) of the plurality of struts (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34) each define a section of the support structure and wherein a region of the mold cavity (10) is in each case supported by at least one strut (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34) is supported.

Injection mold according to Claim 4 , wherein a number of struts (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34) of a section of the support structure, which support a region of the mold cavity (10), and / or the cross-sectional shapes and / or the cross-sectional areas and / or a distribution of the struts (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34) over the area determine the maximum load-bearing capacity of the section of the support structure.

Injection mold according to Claim 4 or 5 , wherein the struts (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34) of the plurality of struts (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34) and / or the struts (30, 31, 31 ', 32, 33, 33', 34) of a section of the support structure in each case on a first side along its longitudinal direction with the mold cavity (10) and on an opposite second side with a further strut (30, 31, 31 ', 32, 33, 33 ', 34) of the plurality of struts (30, 31, 31', 32, 33, 33 ', 34) or a support (35) are connected.

Injection mold according to one of the Claims 1 to 3rd , wherein the support structure is formed by a one-piece support body (41, 42, 43, 44) formed by an additive manufacturing process, in which cavities are provided, which through the additive manufacturing are integrally formed in the support body (41, 42, 43, 44).

Injection molding tool according to the preceding claim, wherein some of the cavities are connected to one another to form a channel or to form several channels or some of the cavities are formed directly as a channel or as a plurality of channels and the channel or channels can be flowed through by a fluid for controlling the temperature of the mold cavity.

Injection mold according to one of the Claims 7 or 8th , wherein the cavities in the support body (41, 42, 43, 44) are arranged in several levels, with support ribs being provided between the cavities of a level and support floors between the levels and the respective maximum load capacity of the sections of the support structure by the support ribs and Support floors of the respective sections of the support structure is determined.

Injection molding tool according to one of the preceding claims, wherein the mold cavity and the support structure are formed integrally with one another.

Injection molding tool according to one of the preceding claims, further comprising at least one sprue channel (20) which is fluidically connected to the interior space (13) and opens with an opening into the interior space (13), so that the injection molding material flows through the at least one sprue channel (20) can be injected into the interior space (13), wherein the at least one sprue channel (20) is at least partially formed integrally by the support structure or the support structure forms a free space for receiving the at least one runner (20).