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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung eines Formteils aus einer Formmasse mit wenigstens einem Abschnitt aus einem transparenten Werkstoff, aufweisend zwei Werkzeughälften, die im geschlossenen Zustand eine Kavität für das herzustellende Formteil definieren, und einem Schiebersystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einer Formmasse mittels eines derartigen Formgebungswerkzeuges sowie ein Fahrzeugteil.
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Im Fahrzeugbau spielen Dekorteile, insbesondere Dekorteile mit Beleuchtung von Innenraumteilen eine zunehmende Rolle. So werden Interieurteile, wie beispielsweise Konsolentafeln oder Innenraumverkleidungen mit einer rückseitig angeordneten Lichtquelle beleuchtet. Damit Licht von hinten durch das Interieurteil hindurchtreten kann, wird in einer spritzgegossenen Trägerstruktur des Interieurteils ein Lichtfenster erzeugt. Hierzu ist es bekannt, eine Folie lokal, dort wo der Lichteffekt zu sehen sein soll, einzusetzen.
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Aus
DE 10 2014 206 034 A1 geht ein Bauteil hervor, das eine im Siebdruck innenseitig mit freigestellten Teilbereichen mit einem deckenden Lack bedruckte Folie aufweist, die dreidimensional umgeformt und in ihrer dreidimensionalen Ausgestaltung mit einem Kunststoffmaterial hinterspritzt wird. Im Bereich der freigestellten Teilbereiche ist mindestens ein Leuchtmittel zur Durchleuchtung angebracht.
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Des Weiteren ist aus
DE 10 2004 044 035 A1 ein Verkleidungsteil für den Fahrzeuginnenraum bekannt, das zumindest teilweise aus einem transluzenten Kunststoff besteht und mit einer zumindest teilweise durchleuchtbaren Folie hinterspritzt wird.
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DE 10 2018 131 777 A1 zeigt ein Dekorteil für die äußere Verkleidung eines Kraftfahrzeugs, das einen spritzgegossenen Hauptkörper aus einem transparenten oder transluzenten Polymermaterial und wenigstens zwei Dekorelemente umfasst, wobei die Dekorelemente im Hauptkörper über eine Überspritzung der Dekorelemente mit dem Polymermaterial des Hauptkörpers verbunden sind. Zur Herstellung des Abdeckelementes werden die Dekorelemente in einer Kavität eines Formgebungswerkzeugs mittels eines in einer der Werkzeughälften verfahrbar gelagerten Schiebersystems positioniert und fixiert, indem das Schiebersystem an einem Angussverteiler der Dekorelemente angreift und/oder den Angussverteiler der Dekorelemente an die Werkzeughälfte zieht.
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Darüber hinaus können Lichtfenster in Trägerstrukturen durch Hinterspritzen von transparenten Folien erzeugt werden. Hierzu wird die Folie lokal, dort wo der Lichteffekt zu sehen sein soll, nicht hinterspritzt, sie wird vor der Schmelze durch lokale Stempel, die auf die Folie drücken, geschützt. Die Stempel, die die Lichtfenster erzeugen, werden durch eine Verblockung im Spritzgusswerkzeug auf die Folie gedrückt. Hierzu sind die Stempel auf einer Platte angeordnet, die hydraulisch angesteuert werden und damit ausfahren kann. Der Fahrweg der Platte gleicht den für die Trägerstruktur notwendigen Schäumhub aus. Nachteilig hierbei ist, dass durch die starre Anordnung der Stempel Dickentoleranzen in der Folie nicht ausgeglichen werden können. Dadurch kann es vorkommen, dass die Folie während des Spritzgießens zerquetscht wird. Es bedarf eines gewissen Drucks zwischen Stempel und Folie, um prozesssicher ein Lichtfenster zu erzeugen. Übersteigt der Druck jedoch den notwendigen Abdichtdruck, weil die Folie zu dick ist, werden die Stempel zu tief in die Folie gedrückt, und es entstehen Wellen in der Oberfläche des Bauteils. Die Wellen führen unweigerlich zum Ausschluss des kompletten Bauteils.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Formgebungswerkzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils sowie ein Fahrzeugteil zu schaffen, die eine verbesserte und wirtschaftlichere Herstellung eines Bauteils mit einem Lichtfenster aus einem transparenten Werkstoff ermöglichen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Formgebungswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit den Merkmalen des Anspruchs 8, sowie ein Fahrzeugteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Schiebersystems und des Formgebungswerkzeugs sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung eines Formteils aus einer Formmasse mit wenigstens einem Abschnitt aus einem transparenten Werkstoff vorgeschlagen, das zwei Werkzeughälften, die im geschlossenen Zustand eine Kavität für das herzustellende Formteil definieren, und ein Schiebersystem aufweist, wobei das Schiebersystem wenigstens einen Schieber, der in die Kavität einfahrbar ist, um den transparenten Werkstoff gegen eine der Werkzeughälften zu drücken, und eine mit dem Schieber gekoppelte Antriebsvorrichtung, die den Schieber bewegt, aufweist, wobei die Antriebsvorrichtung eine Sperreinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, die Antriebsvorrichtung zu sperren, um eine Bewegung des Schiebers zu blockieren.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch Sperren der Antriebsvorrichtung und der damit einhergehenden Blockierung des Schiebers verhindert wird, dass der Schieber von der eingespritzten Formmasse verdrängt und dadurch der transparente Werkstoff überspritzt wird. Somit werden der Ausschuss und damit die Herstellungskosten reduziert. Folglich ermöglicht das Formgebungswerkzeug eine verbesserte Herstellung eines Formteils.
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Zum Andrücken des transparenten Werkstoffes an eine der Werkzeughälften und Abdichten des transparenten Werkstoffes durch den Schieber vor der Formmasse ist ein Druck von ca. 50 bar erforderlich. Diesem Druck wirkt der Druck der eingespritzten Formmasse mit 500 bar oder noch höher entgegen. Durch das Sperren der Antriebsvorrichtung und damit des Schiebers wird verhindert, dass der Schieber von der eingespritzten Formmasse verdrängt und der transparente Werkstoff überspritzt werden.
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Das Formteil, das vorliegend auch als Bauteil bezeichnet werden kann, kann ein Fahrzeugteil, wie beispielsweise ein Interieurteil oder Exterieurteil sein. Das Formteil kann ein Trägerteil aus einer Formmasse und einen Abschnitt aus einem transparenten Werkstoff, der durch Nicht-Überspritzen ein Lichtfenster im fertigen Formteil bildet, aufweisen. Die Formmasse kann eine spritzfähige oder schäumfähige Formmasse aus Kunststoff sein. Der transparente Werkstoff kann eine Folie oder ein transparentes Kunststoffteil sein. Die Folie kann aus Polypropylen sein.
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Die Werkzeughälften, insbesondere die im geschlossenen Zustand der beiden Werkzeughälften erzeugte Kavität bildet ein Negativ für das herzustellende Formteil. In die Kavität kann eine schäumfähige Formmasse eingespritzt werden, um ein Bauteil für ein Fahrzeug, insbesondere ein Interieurteil für ein Fahrzeug herzustellen. Vorteilhaft weist eine der Werkzeughälften einen Kanal auf, innerhalb dem der wenigstens eine Schieber beweglich geführt ist.
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Der Schieber kann vorliegend auch als Schwert oder Schwertplatte bezeichnet werden. Der Schieber drückt den transparenten Werkstoff gegen eine der Werkzeughälften und dichtet dadurch den transparenten Werkstoff vor der eingespritzten Formmasse ab. Dadurch wird der transparente Werkstoff nicht überspritzt, so dass ein lokales Lichtfester im Formteil erzeugt wird. Vorteilhaft ist der Schieber starr mit der Antriebsvorrichtung verbunden. Dadurch erfolgt eine Bewegung des Schiebers ausschließlich über eine Bewegung der Antriebsvorrichtung.
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Die Sperrvorrichtung kann in einer Energiezuführleitung, welche die Antriebsvorrichtung mit einer für den Antrieb erforderlichen Energie versorgt, angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Antriebsvorrichtung einen hydraulisch gesteuerten Antriebszylinder und die Sperreinrichtung ein Sperrventil auf, wobei das Sperrventil die Hydraulik des Antriebszylinders sperrt. Durch Betätigung des Sperrventils wird die Antriebsvorrichtung in eine Sperrstellung gebracht und damit gesperrt. Da der Schieber starr mit der Antriebsvorrichtung verbunden ist, wird eine Bewegung des Schiebers blockiert, so dass der Schieber von der eingespritzten Formmasse nicht verdrängt und der transparente Werkstoff nicht überspritzt wird. Das Sperrventil kann in einer Zuführleitung, welche den Antriebszylinder mit Hydraulik aus einem Reservoir versorgt, angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Sperrventil ein elektromagnetisches Sperrventil. Ein elektromagnetisches Sperrventil ist als kostengünstiges Standardbauteil erhältlich, wodurch die Beschaffungskosten des Formgebungswerkzeuges reduziert sind. Das elektromagnetische Sperrventil kann per Funk oder über ein Datenkabel angesteuert werden, um die Hydraulik des Antriebszylinders zu sperren und dadurch eine Bewegung der Antriebsvorrichtung zu blockieren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Antriebsvorrichtung eine Toleranzausgleichseinrichtung auf, die eingerichtet ist, den Schieber mit einem vorbestimmten Druck gegen den transparenten Werkstoff zu fahren und eine Bewegung der Antriebsvorrichtung bei Überschreitung des vorbestimmten Drucks zu stoppen. Der Schieber wird mit einem vorbestimmten Druck gegen den transparenten Werkstoff gefahren, bis ein Gegendruck in Höhe des vorbestimmten Druckes auftritt. Der Gegendruck resultiert aus dem Druck, welcher durch Andrücken des transparenten Werkstoffes an die Werkzeughälfte durch den Schieber erzeugt wird. Sobald der Gegendruck dem vorbestimmten Druck entspricht, stoppt die Toleranzausgleichseinrichtung den Schieber. Somit bleibt der Schieber unabhängig von der Dicke des transparenten Werkstoffes stehen. Dadurch fährt der Schieber immer mit der gleichen Kraft auf den transparenten Werkstoff, egal wie dick dieser ist. Folglich ist ein Toleranzausgleich bei unterschiedlich dicken transparenten Werkstoffen aufgrund von Fertigungstoleranzen möglich. Der vorbestimmte Druck entspricht demjenigen Druck der erforderlich ist, um den transparenten Werkstoff durch den Schieber vor der Formmasse abzudichten. Der vorbestimmte Druck kann ca. 50 bar betragen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Toleranzausgleichseinrichtung ein Druckbegrenzungsventil auf, das mit einer Hydraulik der Antriebsvorrichtung verbunden ist. Vorteilhaft ist das Druckbegrenzungsventil derart ausgebildet, dass dieses infolge eines durch das Andrücken des transparenten Werkstoffes an eine der Werkzeughälften erzeugten Gegendruckes, der höher ist als der vorbestimmte Druck, öffnet. Dadurch kann das überschüssige Volumen der Hydraulik beispielsweise in einen Behälter abfließen, so dass die Antriebsvorrichtung gestoppt wird. Vorteilhaft ist das Druckbegrenzungsventil mit der Hydraulik des Antriebszylinders der Antriebsvorrichtung verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der wenigstens eine Schieber auf einer Platte angeordnet, die mit der Antriebsvorrichtung gekoppelt ist. Vorteilhaft ist der Schieber starr mit der Platte verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schiebersystem eine Vielzahl an Schiebern auf. Vorteilhaft sind die Schieber auf der mit der Antriebsvorrichtung gekoppelten Platte angeordnet, insbesondere sind die Schieber starr mit der Platte verbunden. Dadurch können eine Vielzahl an lokalen Lichtfenstern in dem Formteil erzeugt werden. Wenn eine Vielzahl an Schiebern vorgesehen ist, dann weist eine der Werkzeughälften eine der Anzahl der Schieber entsprechende Anzahl an Kanälen auf, in denen jeweils ein Schieber beweglich geführt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einer Formmasse mit wenigstens einem Abschnitt aus einem transparenten Werkstoff mittels eines erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeugs vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird zunächst ein transparenter Werkstoff in eine der Werkzeughälften eingelegt. Anschließend werden die beiden Werkzeughälften geschlossen und wenigstens ein Schieber wird gegen den transparenten Werkstoff gefahren und der transparente Werkstoff wird gegen die Werkzeughälfte mit einem vorbestimmten Druck gedrückt. Danach wird eine Sperrvorrichtung betätigt, um eine Antriebsvorrichtung zu sperren und eine Bewegung des Schiebers zu blockieren. Dann wird die Formmasse in eine Kavität des Formgebungswerkzeuges eingebracht. Nach dem Einbringen der Formmasse wird die Sperrvorrichtung geöffnet und danach wird das Formgebungswerkzeug geöffnet und der Schieber wird eingefahren, das heißt aus dem Formgebungswerkzeug, insbesondere aus der Kavität des Formgebungswerkzeuges, herausgefahren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden nach dem Einbringen der Formmasse die beiden Werkzeughälften um einen vorbestimmten Weg voneinander wegbewegt. Die Formmasse kann eine schäumfähige Formmasse, insbesondere eine schäumfähige Kunststoffmasse, mit einem chemischen oder physikalischen Treibmittel sein. Nach dem Einbringen der schäumfähigen Fomrmasse beginnt diese aufgrund des zugesetzten Treibmittels zu expandieren. Durch das Auseinanderfahren der Werkzeughälften vergrößert sich die Kavität und die Kunststoffmasse kann weiter expandieren, bis das endgültige Volumen des Formteils erreicht ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird nach dem Öffnen der Sperrvorrichtung der Schieber ausgefahren. Das heißt, der Schieber wird weiter in die Kavität gefahren beziehungsweise auf den transparenten Werkstoff zugefahren, um den durch das Auseinanderfahren der Werkzeughälften erzeugten Abstand zwischen dem transparenten Werkstoff und der Werkzeughälfte auszugleichen und somit den transparenten Werkstoff weiterhin gegen die Werkzeughälfte zu drücken und abzudichten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugteil vorgeschlagen, das mit einem erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeug und/oder einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
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Das Formteil kann ein Exterieurteil oder ein Interieurteil sein. Das Formteil kann ein geschäumtes Tragerteil aus Kunststoff und wenigstens eine in das Trägerteil integrierte, lokal nicht hinterspritzte, transparente Folie, die ein Lichtfenster in dem Formteil bildet, aufweisen.
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Nachfolgend werden ein Formgebungswerkzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Figur schematisch dargestellt ist. Hierbei zeigt:
- 1 einen Querschnitt durch ein Formgebungswerkzeug mit einem Schiebersystem, das transparente Werkstoffe gegen eine Werkzeughälfte des Formgebungswerkzeugs drückt.
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In 1 ist ein Formgebungswerkzeug 10 zur Herstellung eines nicht dargestellten Formteils aus einer schäumfähigen Formmasse gezeigt, in dem Lichtfenster mittels transparenter Folien 12 erzeugt werden.
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Das Formgebungswerkzeug 10 weist eine erste Werkzeughälfte 14, eine zweite Werkzeughälfte 16 und ein Schiebersystem 18 auf.
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Die beiden Werkzeughälften 14, 16 bilden im geschlossenen Zustand eine Kavität 20, in die die schäumfähige Formmasse zur Erzeugung des Formteils eingespritzt wird.
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Das Schiebersystem 18 weist eine Vielzahl an Schiebern 22, eine Antriebsvorrichtung 24 und eine Platte 26, die die Schieber 22 mit der Antriebsvorrichtung 24 koppeln, auf.
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Die Antriebsvorrichtung 24 weist einen Antriebszylinder 27, eine Sperreinrichtung 30 und eine Toleranzausgleichseinrichtung 32 auf.
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Die Schieber 22 werden über die Antriebsvorrichtung 24 in die Kavität 20 ein- und ausgefahren, indem die Schieber 22 in Kanälen 34, die in die Werkzeughälfte eingebracht sind, beweglich geführt sind.
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Der Antriebszylinder 27 ist ein hydraulisch gesteuerter Antriebszylinder, der über eine Versorgungsleitung 29 mit Hydraulik aus einem nicht dargestellten Reservoir versorgt wird.
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Die Sperreinrichtung 30 sperrt die Hydraulik des Hydraulikzylinders 28. Hierzu weist die Sperreinrichtung 30 ein Sperrventil 36 auf, das vorliegend ein elektromagnetisches Sperrventil 38 ist und dass in der Zuführleitung 29 angeordnet ist. Durch Betätigung des elektromagnetischen Sperrventils 38 kann eine Bewegung der Platte 26 und damit der Schieber 22 blockiert werden, wie es im Folgenden noch näher beschrieben wird.
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Die Toleranzausgleichseinrichtung 32 ermöglicht, die Schieber 22 mit einem spezifischen Druck gegen die transparenten Folien 22 zu fahren und eine Bewegung der Antriebsvorrichtung 24 bei Überschreitung des spezifischen Drucks zu stoppen. Hierzu weist die Toleranzausgleichseinrichtung 32 ein Druckbegrenzungsventil 40 auf, das mit der Hydraulik der Antriebsvorrichtung 24 verbunden ist.
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Zur Abdichtung der transparenten Folien 12 vor der schäumfähigen Formmasse, werden die Schieber 22 mit einem vorbestimmten Druck gegen die transparenten Folien 22 gefahren. Der spezifische Druck entspricht dem zur Abdichtung der transparenten Folien 12 durch die Schieber 22 erforderlichen Druck. Der vorbestimmte Druck beträgt vorliegend 50 bar. Da die Schieber 22 die Folien gegen die Werkzeughälfte 14 drücken, tritt ein Gegendruck auf. Sobald die Höhe des Gegendrucks dem vorbestimmten Druck entspricht, öffnet das Druckbegrenzungsventil 40 und die Hydraulik strömt in einen nicht dargestellten Behälter oder Tank. Somit bleiben die Schieber 22 bei Erreichen des vorbestimmten Druckes und damit unabhängig von der Dicke der transparenten Folien 12 stehen. Dadurch fahren die Schieber 22 immer mit der gleichen Kraft auf die transparenten Folien 12, egal wie dick diese sind. Dadurch ist ein Toleranzausgleich aufgrund unterschiedlich dicker transparenter Folien 12 aufgrund von Fertigungstoleranzen möglich.
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Im Folgenden wird ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einer schäumfähigen Masse mit darin eingebrachten Lichtfenstern aus transparenten Folien 12 beschrieben. Zuerst werden die transparenten Folien 12 in die erste Werkzeughälfte 14 eingelegt und das Formgebungswerkzeug 10 wird geschlossen. Danach werden die Schieber 22 über die in die zweite Werkzeughälfte 16 eingebrachten Kanäle 34 eingefahren und mit einem vorbestimmten Druck gegen die Folien 12 gefahren. Dadurch drücken die Schieber 22 die transparenten Folien 12 gegen die erste Werkzeughälfte 14 mit dem vorbestimmten Druck und dichten die transparenten Folien 12 gegen die eingespritzte Formmasse ab. Wenn die Schieber 22 die transparenten Folien 12 mit dem vorbestimmten Druck gegen die erste Werkzeughälfte 14 drücken, wird das elektromagnetische Sperrventil 38 geschlossen, so dass die Antriebsvorrichtung 24 gesperrt und eine Bewegung der Schieber 22 blockiert ist. Anschließend wird die Formmasse in die Kavität 20 eingespritzt. Da die Schieber 22 blockiert sind, werden beim Einspritzen der Formmasse die Schieber 22 aufgrund des erhöhten Druckes der Formmasse nicht verdrängt und dichten weiterhin die transparenten Folien 12 ab. Anschließend werden die Werkzeughälften 14, 16 um einen vorbestimmten Weg voneinander wegbewegt und das elektromagnetische Sperrventil 38 wird geöffnet und die Schieber 22 werden weiter in die Kavität 20 eingefahren, um den durch das Auseinanderfahren der Werkzeughälften 14, 16 erzeugten Abstand zwischen den transparenten Folien 12 und der ersten Werkzeughälfte 14 auszugleichen und somit die transparenten Folien 12 weiterhin gegen die erste Werkzeughälfte 14 zu drücken und abzudichten. Nachdem die Formmasse vollständig aufgeschäumt ist, wird das Formgebungswerkzeug 10 geöffnet und die Schieber 22 werden eingefahren, um das fertige Formteil zu entnehmen.
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Das Formgebungswerkzeug 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die Schieber 22 mit einem vorbestimmten Druck und damit immer mit der gleichen Kraft auf die Folien 12 unabhängig von deren Dicke fahren, so dass ein Toleranzausgleich möglich ist. Darüber hinaus zeichnet sich das Formgebungswerkzeug 10 dadurch aus, dass die Antriebsvorrichtung 24 gesperrt und damit die Schieber 22 blockiert werden können. Dadurch kann verhindert werden, dass die Schieber 22 von der eingespritzten Formmasse verdrängt und die transparenten Folien 12 überspritzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Formgebungswerkzeug
- 12
- transparente Folie
- 14
- erste Werkzeughälfte
- 16
- zweite Werkzeughälfte
- 18
- Schiebersystem
- 20
- Kavität
- 22
- Schieber
- 24
- Antriebsvorrichtung
- 26
- Platte
- 27
- Antriebszylinder
- 28
- Hydraulikzylinder
- 29
- Zuführleitung
- 30
- Sperreinrichtung
- 32
- Toleranzausgleichseinrichtung
- 34
- Kanal
- 36
- Sperrventil
- 38
- elektromagnetisches Sperrventil
- 40
- Druckbegrenzungsventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206034 A1 [0003]
- DE 102004044035 A1 [0004]
- DE 102018131777 A1 [0005]
