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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Kunststoff mittels
eines Klappspritz-Verfahrens.
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Bei der Herstellung großflächiger Kunststoff-Formteile
treten beim Einsatz von herkömmlichen
Spritzgieß-
und Prägeverfahren
mit parallel geführten
Formplatten Schwierigkeiten auf. Da aufgrund der langen Fließwege mit
einem hohen Spritzdruck gearbeitet werden muss, führt dies
zu Verspannungen in dem fertigen Formteil, was zur Folge hat, dass
sich die erforderliche Produktqualität mit den bekannten Spritzgieß- und Prägeverfahren
nicht erreichen lässt.
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Besonders gravierende Schwierigkeiten
treten bei der Herstellung von transparenten optischen Formteilen,
wie z.B. Verscheibungen, auf. Verscheibungen wurden bisher in der
Regel aus Glas hergestellt. Da bei optischen Formteilen zumeist
nur randseitige Anspritzpunkte möglich
sind, sind lange Fließwege
unvermeidbar. Auf der anderen Seite muss das optische Formteil einen
besonders hohen Grad an Spannungsfreiheit aufweisen, da andernfalls
die optischen Eigenschaften des Formteils beeinträchtigt werden.
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Es ist bereits bekannt, zur Herstellung
von großflächigen Kunststoff-Formteilen
ein Klappspritz-Verfahren einzusetzen. Beim Klappspritzen werden
die beiden Formplatten in einer ersten Phase einander außerparallel
angenähert,
bis sie in einem Schwenkbereich zueinander in Anlage gebracht sind. In
diesem Bereich befindet sich in der Regel auch der Einspritzkanal
für die
Kunststoffmasse. In einer zweiten Phase wird die verschwenkbare
Formplatte um den Anlagepunkt auf die feste Formplatte geklappt. Noch
bevor die beiden Formplatten gänzlich
geschlossen sind, wird die sich in der Schlussphase der Klappbewegung
bildende Werkzeugkavität
zwischen den Formplatten mit Kunststoff gefüllt. Das aktive Bewegen einer
Formplatte bei teilweise oder vollständig gefüllter Kavität wird in der Fachsprache als
Prägen bezeichnet.
Beim Klappspritzprägen
werden aufgrund der durch den Klappvorgang unterstützten Ausbreitung
der Kunststoffmasse und der durch das Prägen bewirkten Nachdruckphase
eine bessere Verteilung der Kunststoffmasse in der Kavität erreicht und
deutlich weniger Spannungen in dem Formteil induziert.
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Klappspritzprägen setzt eine hohe Genauigkeit
und Reproduzierbarkeit der Werkzeugbewegung voraus. Der sogenannte
Tauchkantenspalt, der bei geschlossenen Werkzeughälften die
Kavität
abdichtet, darf in der Regel eine Maximaltoleranz von 1/10 mm nicht überschreiten.
Entsprechend exakt müssen die
beiden Formplatten einander bei der Klappbewegung angenähert werden.
Dies stellt höchste
Anforderungen an die Stabilität
der Schwenkmechanik, welche für
die geforderte Bewegungsgenauigkeit und Reproduzierbarkeit zu sorgen
hat. Je nach Ausführung
des Klappspritzwerkszeuges muss die Schwenkmechanik den Schwerkräften, Spritzdruckkräften, den
Schließkräften und
gegebenenfalls Reibungskräften,
welche durch die Beaufschlagung der schwenkbaren Formplatte zur
Bewirkung des Klappvorgangs entstehen, standhalten.
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In den Patentschriften
DE 195 17 024 C1 und
DE 43 13 015 C1 sind
Vorrichtungen zum Klappspritzprägen
beschrieben, bei welchen die das Schließen der Vorrichtung bewirkende
Kraft über eine
Gelenkverbindung auf die schwenkbare Formplatte ausgeübt wird.
Dadurch kann eine im Wesentlichen reibungs- freie Kraftübertragung
auf die schwenkbare Formplatte gewährleistet werden. Nachteilig
ist der hohe Konstruktionsaufwand.
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In der nicht vorveröffentlichten
DE 102 02 246 A1 ist
ein Werkzeug zum Klappspritzen beschrieben, bei welchem die schwenkbare
Formplatte durch eine an der Rücksei te
derselben anliegende Andruckplatte bei einer Verlagerung der Andruckplatte verschwenkt
wird. Dabei tritt im Anlagebereich zwischen der Formplatten-Rückseite
und der Andruckplatte aufgrund der Relativbewegung zwischen der Formplatte
und der Andruckplatte eine Reibungskraft auf, die auf die Schwenklagerung
drückt
und die Einhaltung der Toleranzen beim Schließablauf gefährdet. Dem Vorteil einer einfachen,
ohne Gelenkverbindung erfolgenden Übertragung der Andruckkraft
auf die schwenkbare Formplatte steht daher ein erhöhter Aufwand
für die
Gewährleistung
der mechanischen Stabilität
gegenüber.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Herstellen von Formteilen aus Kunststoff mittels
eines Klappspritz-Verfahrens zu schaffen, bei welcher Kräfte, die
infolge der Beaufschlagung der schwenkbaren Formplatte an der Schwenkmechanik
angreifen, gering gehalten werden. Ferner zielt die Erfindung darauf
ab, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem die auf die Schwenkmechanik
einwirkenden Kräfte
gering gehalten werden können.
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Die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung
umfasst die Vorrichtung eine erste Formplatte, eine im geöffneten
Zustand der Vorrichtung zur ersten Formplatte schwenkbar gelagerte
zweite Formplatte, eine Schwenkmechanik zur Lagerung der zweiten
Formplatte, ein Schubelement zum Beaufschlagen der zweiten Formplatte
mit einer während
einer Schwenkbewegung der zweiten Formplatte auf diese wirkenden
Kraft, und eine sich beim Schließen der Vorrichtung zwischen
den einander zugewandten Plattenvorderseiten der Formplatte ausbildende
Kavität.
Dabei liegt das Schubelement an einer mit der zweiten Formplatte
mechanisch gekoppelten Anschlagfläche an, deren Abstand zu der
durch die Plattenvorderseite der zweiten Formplatte definierten Ebene
kleiner ist als der Abstand zwischen der Plattenvorderseite und
der Plattenrückseite
der zweiten Formplat te. Durch die Lage der Anschlagfläche wird erreicht,
dass beim Klappvorgang eine verhältnismäßig geringe
Relativbewegung im Anlagebereich zwischen dem Schubelement und der
Anschlagfläche auftritt.
Dies bewirkt eine Reduzierung der beim Klappvorgang entstehenden
Reibungskraft beim Vergleiten des Schubelements auf der Anschlagfläche.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
ist die Anschlagfläche
als Grundfläche
einer in der Rückseite
der zweiten Formplatte ausgebildeten Vertiefung realisiert. Alternativ
hierzu besteht nach einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform
die Möglichkeit,
die zweite Formplatte mit einer die Anschlagfläche aufweisenden Druckkufe
auszuführen, wobei
die Anschlagfläche
die Rückseite
der zweiten Formplatte stufig fortsetzt.
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Vorzugsweise ist die Lage der Anschlagfläche so zu
wählen,
dass diese im geschlossenen Zustand der Vorrichtung auf oder in
der Nähe
einer gedachten Linie liegt, welche senkrecht zu der Richtung der
Kraft verläuft
und das Drehzentrum der Schwenkbewegung schneidet. Sofern das Drehzentrum
der Schwenkbewegung in der Ebene der Plattenvorderseite liegt, bedeutet
dies, dass die Anschlagfläche sich
ebenfalls in der Ebene der Plattenvorderseite oder benachbart dieser
Ebene erstreckt. Bei dieser Realisierung wird eine besonders geringe
Verfahrstrecke des Schubelements auf der Anschlagfläche erzielt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein die druckbeaufschlagte
Anschlagfläche
aufweisendes, relativ zur zweiten Formplatte beweglich gelagertes Ausgleichselement
zum Verteilen der Druckkraft. Durch das Ausgleichselement wird erreicht,
dass die druckbeaufschlagte Anschlagfläche stets senkrecht zu der
von dem Schubelement ausgeübten
Druckkraft orientiert ist. Dies bewirkt, dass das Schubelement stets
vollflächig
mit der Anschlagfläche
in Kontakt steht, wodurch das Auftreten hoher Drücke und ein übermäßiger Verschleiß im Bereich
der Anschlagfläche
wirkungsvoll unterbunden werden.
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Die Anschlagfläche kann im schwenklagerfernen
Bereich oder im schwenklagernahen Bereich der zweiten Formplatte
liegen. Es ist auch möglich, dass
während
der Schwenkbewegung zwei Kräfte auf
die schwenkbare zweite Formplatte ausgeübt werden und zu diesem Zweck
zwei tiefergelegte Anschlagflächen
(z.B. im schwenklagerfernen und im schwenklagernahen Bereich der
zweiten Formplatte) vorgesehen sind.
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Vorzugsweise umfasst die Schwenkmechanik
eine Rundkontur der zweiten Formplatte, welche in einem komplementär geformten
Schwenkgehäuse gelagert
ist. Gegenüber
einer Achsführung
ergibt sich der Vorteil, dass große Lagerflächen und damit geringe Lagerdrücke und
geringer Verschleiß erreichbar
sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung weist die Vorrichtung zum Herstellen von Formteilen zwei
während
der Schwenkbewegung zur Entlastung der Schwenkmechanik miteinander
in Eingriff stehende Kupplungselemente auf, von denen eines mit
der schwenkbaren Formplatte und das andere mit einem schwenkfesten
Teil der Vorrichtung mechanisch verbunden sind. Die miteinander
in Eingriff stehenden Kupplungselemente können dabei sowohl Reibungskräfte, wie
sie bei der bereits erläuterten
Beaufschlagung der zweiten Formplatte z.B. für die Klappbewegung auftreten,
als auch Schwerkräfte
oder gegebenenfalls infolge des Einspritzvorgangs auftretende Seitenkräfte abfangen.
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Vorzugsweise ist eines der Kupplungselemente
eine Ausnehmung und das andere Kupplungselement ein beim Schwenkvorgang
in die Ausnehmung einlaufender Vorsprung. Um bereits in der Anfangsphase
der Schwenkbewegung eine effektive Aufnahme von Kräften durch
die Kupplungselemente zu erzielen, ist die Ausnehmung an ihrer von
der Schwenkmechanik abgewandten Seite vorzugsweise mit einer Einlauf
kurve versehen.
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Vorzugsweise ist rückseitig
der schwenkbaren Formplatte eine schwenkfeste Platte vorgesehen,
die gleichzeitig das Schubelement bildet oder mechanisch mit dem
Schubelement in Verbindung steht. Bei der Platte kann es sich beispielsweise
um eine weitere Platte des Spritzgieß-Werkzeuges oder um die Aufspannplatte
einer das Spritzgieß-Werkzeug
halternden Spritzgießmaschine
handeln.
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Sofern die Platte gleichzeitig das
Schubelement zum Beaufschlagen der zweiten Formplatte bildet, wird
das Werkzeug durch eine (z.B. von einer Spritzgießmaschine
bewirkten) Verlagerung der Platte geschlossen. Es ist jedoch auch
möglich,
dass das Schubelement zum Beaufschlagen der zweiten Formplatte durch
eine Zylinder-Kolben-Anordnung realisiert ist.
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In besonders bevorzugter Weise ist
es möglich,
dass eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
sowohl mit der gegenüber
der Rückseite der
zweiten Formplatte tiefer liegend angeordneten Anschlagfläche gemäß Anspruch
1 als auch mit den gemäß Anspruch
9 vorgesehenen Kupplungselementen ausgeführt ist. Dadurch wird zum einen
das Entstehen hoher Reibungskräfte
verhindert und zum anderen werden die verbleibenden Kräfte (Reibungskraft
und gegebenenfalls weitere Kräfte)
durch die Kupplungselemente von der Schwenkmechanik fern gehalten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von miteinander kombinierbaren Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung erläutert;
in dieser zeigt:
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1 eine
schematische Teilschnittdarstellung einer Spritzgieß-Vorrichtung
zum Klappspritzen im geöffneten
Zustand nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung, wenn sich die beiden
Formplatten gerade berühren;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung der in den 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung in vollständig
geschlossenem Zustand;
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4 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
des Funktionsprinzips der Erfindung;
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5 eine
schematische Teilschnittdarstellung eines Werkzeugs zum Klappspritzprägen nach einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im geöffneten
Zustand;
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6 eine
schematische Teilschnittdarstellung des in 5 dargestellten Werkzeugs, wenn sich
die beiden Formplatten gerade berühren;
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7 eine
schematische Schnittdarstellung des in den 5 und 6 gezeigten
Werkzeugs im vollständig
geschlossenen Zustand; und
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8 eine
schematische Teilschnittdarstellung eines Werkzeuges zum Klappspritzprägen nach einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die in 1 dargestellte
Vorrichtung weist eine erste Formplatte 1 und eine zweite
Formplatte 2 auf, wobei die erste Formplatte 1 feststehend,
also unbeweglich, ausgeführt
ist. In der 1 ist die
feststehende erste Formplatte als Formkernplatte 1 mit einem über die
Plattenoberfläche
vorstehenden Formkern 3 ausgeführt, während die zweite, schwenkbare
Formplatte 2 als Matrizenformplatte 2 mit einer
Aussparung 4 realisiert ist. Ebenso ist es jedoch möglich, die
erste Form platte 1 als Matrizenformplatte und die zweite
Formplatte 2 als Formkernplatte zu realisieren.
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Die Aussparung 4 in der
Matrizenformplatte 2 weist eine vorgegebene dreidimensionale
Form auf, welche der Kontur der einen Seite des herzustellenden
Formteils entspricht. Die periphere Formgebung des Formkerns 3 ist
an die Kontur der Aussparung 4 angepasst. Der Formkern 3 kann
sowohl einstöckig
mit der Formkernplatte 1 als auch als eigenständiges,
vorzugsweise austauschbares Werkzeugteil ausgeführt sein.
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In der ersten Formplatte 1,
gemäß 1 also in der Formkernplatte,
ist im Randbereich des Formkerns 3 eine Kunststoffzuführung 5,
z.B. in Form eines Heißkanals,
vorgesehen. Die Kunststoffzuführung 5 kann
auch in der schwenkbaren zweiten Formplatte 2 ausgebildet
sein und in die Aussparung 4 münden.
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Die Vorrichtung umfasst ferner ein
Gehäuseteil 6,
an welchem die zweite Formplatte 2 mittels Trägern 7 befestigt
ist. Die Befestigung erfolgt so, dass die zweite Formplatte 2 um
den Punkt P (Drehzentrum) verschwenkbar ist. Beispielsweise können hierfür in nicht
dargestellter Weise Achsfortsätze
an der zweiten Formplatte 2 vorgesehen sein, die an beiden Seiten
aus der Formplatte 2 hervorstehen und in entsprechende
Achsaufnahmen in den Trägern 7 eingesetzt
sind. (In 7 ist lediglich
einer der Träger 7, nämlich der
sich in Blickrichtung hinter der Vorrichtung erstreckende Träger 7,
sichtbar. Der vordere Träger
wurde aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Die beiden Träger 7,
die auch als Stollenführungen
bezeichnet werden, bilden eine Gabel, welche die schwenkbare Formplatte 2 zu
beiden Seiten umfasst und an den Achsfortsätzen haltert.) Die zweite Formplatte 2 ist
in ihrem schwenkpunktnahen Bereich mit einer Rundkontur 8 gestaltet.
Die Rundkontur 8 erstreckt sich von der Rückseite 9 der
zweiten Formplatte 2 bis zu einer Anlagefläche 10 im
Bereich der Vorderseite 11 der zweiten Formplatte 2. Die
Rundkontur 8 liegt in einer Lagerschale 12, welche
in das Gehäuseteil 6 eingesetzt
ist und von diesem getragen wird. Die Rundkontur 9 sowie
die komplementär
geformte Wandung der Lagerschale 12 weisen einen teilkreisförmigen Verlauf
um das Drehzentrum P auf.
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Die in 1 dargestellte
Vorrichtung kann in der Praxis in jedweder Orientierung verwendet
werden. Es wird deutlich, dass eine Halterung der zweiten Formplatte 2 mittels
der Träger 7 nur
dann erforderlich ist, wenn die zweite Formplatte 2, wie
in 1 dargestellt, oberhalb
der ersten Formplatte 1 oder in einer dazu um 90° gedrehten
Orientierung angeordnet ist. Sofern die in 1 dargestellte Anordnung auf den Kopf
gestellt ist, liegt die zweite Formplatte 2 aufgrund der
Schwerkraft in der Lagerschale 12 und es kann gegebenenfalls
auf die Halterung der Formplatte 2 mittels der Träger 7 verzichtet
werden.
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Die schwenkbare zweite Formplatte 2 ist
an der der Rundkontur 8 gegenüberliegenden Seite mit einer
Anschlagfläche 13 versehen,
die auf der Oberseite einer Druckkufe 14 ausgebildet ist.
Die Druckkufe 14 ist vorzugsweise ein separates Teil, welches an
die zweite Formplatte 2 z.B. durch Verschraubung montiert
ist. Die Anschlagfläche 13 liegt
seitlich außerhalb
der Aussparung 4 und ist relativ zu der Rückseite 9 tieferliegend
angeordnet. Insbesondere kann sich die Anschlagfläche 13 in
der durch die Vorderseite 11 der zweiten Formplatte 2 definierten
Ebene erstrecken. Statt als Oberfläche der in 1 dargestellten Druckkufe 14 kann
die Anschlagfläche 13 auch
als Boden einer in die Rückseite 9 der
zweiten Formplatte 2 eingebrachten Vertiefung realisiert
sein. In dem Gehäuseteil 6 ist
eine Kolben-Zylinder-Anordnung 21 vorgesehen, deren Kolbenstange 22 mit
ihrem freien Ende auf der Anschlagfläche 13 aufliegt. Zunächst ist
die Kolben-Zylinder-Anordnung 21 nicht aktiviert,
d.h. die Anlage der Kolbenstange 22 auf der Anschlagfläche 13 ist
im Wesentlichen drucklos.
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In der in 1 gezeigten Ausgangsstellung ist die
schwenkbare zweite Formplatte 2 gegenüber der ersten Formplatte 1 verkippt.
Je nach Orientierung der Vorrichtung muss diese Stellung der zweiten Formplatte 2 durch
eine Halteeinrichtung 20 gesichert werden.
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2 zeigt
die Vorrichtung in einem Zustand, in welchem das Gehäuseteil 6 mit
der ersten Formplatte 1 in Anlage gebracht ist. Hierbei
stehen Seitenwände 15 und 16 des
Gehäuseteils 6 auf Randbereichen
der ersten Formplatte 1 auf. Der Zusammenhalt zwischen
der ersten Formplatte 1 und dem Gehäuse 6 wird durch eine äußere Verspanneinrichtung
bewirkt. Eine Möglichkeit
besteht darin, den Zusammenhalt zwischen der ersten Formplatte 1 und
dem Gehäuse 6 durch
die in der 2 angedeuteten
Spannelemente 17 zu gewährleisten,
die die Baugruppe 1, 6 in Art einer Klammer umfassen
und fest zusammenhalten. Ein andere Möglichkeit besteht darin, die
Baugruppe 1, 6 von den Aufspannplatten einer Spritzgießmaschine
(nicht dargestellt) zusammenzuhalten. Es wird darauf hingewiesen, dass
in diesem Fall die Spritzgießmaschine
lediglich die Aufgabe hat, den Zusammenhalt der Baugruppe 1, 6 während der
nachfolgenden Prozessschritte zu gewährleisten, sie bewirkt jedoch
nicht die im Folgenden noch näher
erläuterte
Klappbewegung der zweiten Formplatte 2 auf die erste Formplatte 1.
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In dem in 2 dargestellten Zustand befindet sich
die zweite Formplatte 2 weiterhin in geöffneter Stellung. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 21 ist drucklos.
Zur Aufnahme der Druckkufe 14 ist in der ersten Formplatte 1 eine
Aufnahmevertiefung 18 ausgebildet.
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3 zeigt
die Vorrichtung nach Durchführung
des Klappspritzschrittes mit geschlossenen Formplatten 1 und 2.
Die beiden Formplatten 1 und 2 liegen nun parallel,
wobei zwischen der Aussparung 4 und dem Formkern 3 die
mit Kunststoffmasse gefüllte
Kavität 19 ausgebildet
ist. Die Anschlagfläche
13 liegt
in dem hier dargestellten Beispiel exakt in einer Ebene E, die senkrecht
zu der Kraftausübungsrichtung
der Koloben-Zylinder-Anordnung 21 ist und durch das Drehzentrum
P verläuft.
Im vorliegenden Beispiel fällt
diese Ebene E mit der durch die Vorderseite 11 der zweiten
Formplatte 2 definierten Ebene zusammen. Die Druckkufe 14 befindet
sich vollständig
in der Aufnahmevertiefung 18.
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Der Ablauf zur Herstellung eines
Kunststoff-Formteils ist wie folgt:
Zunächst werden, wie bereits beschrieben,
die erste Formplatte 1 und das Gehäuseteil 6 zusammengebracht
und gesichert.
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Im nächsten Schritt wird die zweite, schwenkbare
Formplatte 2 auf die feststehende erste Formplatte 1 geschwenkt.
Die hierfür
erforderliche Kraft K wird von einem Schubelement einer geeigneten
Krafterzeugungseinrichtung auf die Anschlagfläche 13 ausgeübt. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird das Schubelement durch die Kolbenstange 22 der Kolben-Zylinder-Anordnung 21 realisiert.
Die Kraft K wirkt zwischen dem Gehäuseteil 6 und der zweiten
Formplatte 2.
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Wie noch später anhand der 4 näher
erläutert
wird, entsteht bei der Beaufschlagung der Anschlagfläche 13 durch
das Schubelement eine Reibungskraft, welche in Richtung des Pfeils
R, d.h. von der Druckkufe 14 in Richtung auf das Drehzentrum
P, wirkt. Diese Reibungskraft R wird von der Schwenkmechanik (Träger 7 mit
Achsfortsätzen
und/oder der Lagerschale 12) aufgenommen, ohne dabei ein
Ausweichen der zweiten Formplatte 2 in Richtung der Kraft
R zu gestatten. D.h., das Drehzentrum P bleibt trotz des Auftretens
der Reibungskraft R fest.
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Während
des Klapp- bzw. Schließvorganges der
Formplatten 1, 2 wird Kunststoffmasse über die Kunststoffzuführung 5 in
die sich bildende Kavität 19 eingeleitet.
Das Einleiten der Kunststoffmasse erfolgt unter einem hohen Druck,
welcher über
die Lagerschale 12 und das Schubelement (Kolbenstange 22) auf
das Gehäuseteil 6 übertragen
wird. Die Spannelemente 17 bzw. eine als Verspanneinrichtung
eingesetzte Spritzgießmaschine
müssen
der dadurch entstehenden Öffnungskraft
standhalten können.
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Durch den in der letzten Phase des
Schließvorgangs
auftretenden Prägeschritt
wird eine bessere Verteilung der Kunststoffmasse entlang der Fließwege bei
verhältnismäßig niedrigem
Druckgradienten ermöglicht,
wodurch die gewünschte
Spannungsfreiheit des gefertigten Formteils erreicht wird. Es wird
darauf hingewiesen, dass Fließwege
von über einem
Meter Länge
auftreten können,
wobei die Höhe
des Fließquerschnitts
(Stärke
des zu fertigenden Formteils) häufig
weniger als einen Zentimeter beträgt.
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Anschließend wird die Vorrichtung 1, 6 geöffnet und
das fertige Formteil entnommen.
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Anhand der 4 wird das Entstehen der Reibungskraft
R erläutert.
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Dargestellt ist die zweite, schwenkbare Formplatte 2 in
geöffneter
(geneigter) und geschlossener (waagerechter) Stellung. Das Drehzentrum
P liegt auch hier in der durch die Vorderseite 11 der Formplatte 2 definierten
Ebene.
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Zunächst wird der konventionelle
Fall betrachtet, bei welchem die Kraftausübung durch das Schubelement
(nicht dargestellt) an der Rückseite 9 der
zweiten Formplatte 2 ansetzt. Die Kraft 31 ist
mit einem gestrichelten Pfeil angedeutet und der Angriffspunkt ist
mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet. Die Linie 32 stellt
den Bewegungsweg des Angriffspunkts 30 beim Schließen der
zweiten Formplatte 2 dar. Es wird deutlich, dass zwischen
dem Schubelement und der Formplattenrückseite 9 eine Relativbewegung über die
Distanz 33 auftritt.
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Erfindungsgemäß greift die Kraft 41 jedoch an
dem auf der Anschlagfläche 13 liegenden
Angriffspunkt 40 an. Die Bewegungslinie des Angriffspunktes 40 ist
mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet. Die Distanz 43 der
Relativbewegung zwischen dem Schubelement und der Anschlagfläche 13 ist
bei gleichem Schwenkwinkel deutlich kleiner als die Distanz 33.
Folglich tritt auf der Anschlagfläche 13 ein geringerer
Verschleiß und
eine reduzierte Reibungskraft R auf. Infolge der geringeren auf
die Schwenkmechanik 7, 8, 12 einwirkenden
Kräfte
reduziert sich der Verschleiß in
der Schwenkmechanik 7, 8, 12.
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Die 5 bis 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung. Das hier dargestellte Spritzgießwerkzeug
zum Klappspritzen besteht aus drei Platten: Einer feststehenden
ersten Formplatte 101, einer zweiten, schwenkbaren Formplatte 102 und
einer Basisplatte 150. Die erste Formplatte 101 ist
als Formkernplatte ausgebildet und umfasst den Formkern 103 sowie eine
Kunststoffzuführung 105.
Die zweite, schwenkbare Formplatte 102 repräsentiert
die Matrizenformplatte und ist mit einer Aussparung 104 versehen.
Die Vorderseite der Matrizenformplatte 102 ist mit dem Bezugszeichen 111 bezeichnet,
das Drehzentrum P für
die Schwenkbewegung wird mittels der Träger 107 (nur der in
Blickrichtung hintere Träger
ist in 5 dargestellt)
und den durch Langlöcher 120 in den
Trägern 107 gelagerten
seitlichen Achsfortsätze (nicht
sichtbar) realisiert. Die Träger 107 sind
fest an der Basisplatte 150 angebracht. In Bezug auf die Schwenklagerung
sowie die Ausbildung der beiden Formplatten 101 und 102 wird
auf die entsprechende Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel
verwiesen.
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Das in 5 dargestellte
Werkzeug ist mit im Wesentlichen vertikal orientierten Formplatten 1, 2 gezeigt.
In diesem Fall wird die Schrägstellung
der zweiten, schwenkbaren Formplatte 102 im geöffneten
Zustand dadurch bewirkt, dass die zweite Formplatte 102 im
schwenklagernahen Bereich über
eine Krafterzeugungseinrichtung (nicht dargestellt), welche eine
zwischen der Basisplatte 150 und der zweiten Formplatte 102 wirkende
Aufstellkraft A erzeugt, von der Basisplatte 150 ferngehalten
wird, während die
zweite Formplatte 102 an der schwenklagerfernen Seite 121
durch eine Halterung (nicht dargestellt) an der Basisplatte 150 festgehalten
wird. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel
kann das Werkzeug jedoch auch in anderen Orientierungen betrieben
werden. Falls die Basisplatte 150 in waagerechter Stellung
orientiert ist und unterhalb der zweiten Formplatte 102 liegt,
kann z.B. auf eine Halterung an der Seite 121 verzichtet werden,
da in diesem Fall die zweite Formplatte 102 infolge der
Schwerkraft auf der Basisplatte 150 aufliegt.
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In den druckbeaufschlagten Bereichen
der zweiten Formplatte 102 sind Ausgleichselemente 112 vorgesehen.
Im einfachsten Fall sind diese Ausgleichselemente 112 als
Kugelabschnitte ausgebildet, die drehbar in entsprechenden Aussparungen der
zweiten Formplatte 102 gelagert sind. Derartige Ausgleichselemente 112 können auch
beim ersten Ausführungsbeispiel
an sämtlichen
druckbeaufschlagten Bereichen der zweiten Formplatte 2 und insbesondere
im Bereich der Anschlagfläche 13 vorgesehen
sein.
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In der Rückseite 109 der zweiten
Formplatte 102 befindet sich eine Steuerausnehmung 108,
in welche eine an der Basisplatte 150 ausgebildete Nocke 151 vorsteht.
Die Steuerausnehmung 108 weist eine im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildete Krümmungsfläche 114 auf,
welche in ihrem schwenklagerfernen Bereich mit einer Einlaufkurve 115 versehen
ist.
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Das Werkzeug 150, 102, 101 wird
zwischen die Aufspannplatten (nicht dargestellt) einer Spritzgießmaschine
gebracht und an diesen montiert. Die Aufspannplatten der Spritzgießmaschine
sind parallel zueinander orientiert und haltern die Basisplatte 150 und
die erste Formplatte 101. Die Aufspannplatten der Spritzgießmaschine
werden aufeinander zu bewegt, wobei das Werkzeug 150, 102, 101 in
die in 6 dargestellte
Stellung gelangt. In dieser Stellung liegt die schwenkbare zweite
Formplatte 102 mit ihrer Rückseite 109 im schwenklagerfernen
Bereich 121 an der Basisplatte 150 und mit ihrer
Vorderseite 111 im schwenklagernahen Bereich an der ersten Formplatte 101 an.
Genauer erfolgt die Anlage im rückwärtigen Bereich über eine
Anschlagfläche 113 des
Ausgleichselements 112, die an einer Gegenanschlagfläche 122 der
Basisplatte 150 anliegt, und die Anlage an der Plattenvorderseite
erfolgt über
die Anlagefläche 110 des
Ausgleichselements 112 und eine Gegenanlagefläche 116 der
ersten Formplatte 101. Die Aufstellkraft A wird auf eine
Anschlagfläche 117 des
schwenklagernahen Ausgleichselements 112 an der Rückseite 109 der
zweiten Formplatte 102 ausgeübt. Im Bereich der schwenklagernahen
Kunststoffzuführung 105 ist
der Tauchkantenspalt zwischen Formkern 103 und Aussparung 104 bereits ausgebildet,
während
die Kavität 119 (siehe 7) im schwenklagerfernen
Bereich noch nicht geschaffen ist. Die Nocke 151 liegt
zu diesem Zeitpunkt vorzugsweise bereits an der Einlauf kurve 115 der
Steuerausnehmung 108 an.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird das Verschwenken
der zweiten Formplatte 102 durch die Weiterführung der
Translationsbewegung der Aufspannplatten der Spritzgießmaschine
bewirkt. Genauso wie beim ersten Ausführungsbeispiel erfolgt während des
Klapp-Prozesses die Einleitung der Kunststoffmasse unter hohem Druck.
Durch den hohen Spritzdruck tritt an den Anschlagflächen 122, 113 an
der Rückseite 109 der
zweiten Formplatte 102 eine hohe Kraft K auf.
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Die Aufstellkraft A muss so groß gewählt sein,
dass die Anlage der zweiten Formplatte 102 an der ersten
Formplatte 101 im Bereich der Anlageflächen 110, 116 trotz
des Spritzdrucks erhalten bleibt. Sowohl an der Anschlagfläche 117 des
schwenklagernahen Ausgleichselements 112 als auch an der Anschlagfläche 113 des
schwenklagerfernen Ausgleichselements 112 der zweiten Formplatte 102 treten
wie beim ersten Ausführungsbei spiel
während des
Verschwenkens der zweiten Formplatte 102 aufgrund der Kräfte A und
K jeweilige Reibungskräfte
R' bzw. R auf. Dabei
verhindert die Nocke 151, dass die zweite Formplatte 102 sich
in Richtung der Reibungskräfte
R' bzw. R verschieben
kann. Der Verlauf der Krümmungsfläche 114 mit
Einlaufkurve 115 ist deshalb so vorgegeben, dass die Nocke 151 über den gesamten
Schwenkbereich stets an der Krümmungsfläche 114 mit
Einlauf kurve 115 anliegt, so dass die zweite Formplatte 102 stets
an der Nocke 151 abgestützt
wird.
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Durch die weitere Translation der
Aufspannplatten (nicht dargestellt) der Spritzgießmaschine wird
das Werkzeug 150, 102, 101 vollständig geschlossen,
siehe 7. Im vollständig geschlossenen
Zustand liegt die Rückseite 109 der
zweiten Formplatte 102 vollflächig an der Vorderseite der
Basisplatte 150 an. Der für den Zusammenhalt des Werkzeuges
erforderliche Druck wird von der Spritzgießmaschine erzeugt. Das Bezugszeichen 123 bezeichnet
den Tauchkantenspalt zwischen den beiden Formplatten 101 und 102.
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Durch die erfindungsgemäße Kraftkoppelung
zwischen der Nocke 151 und der Steuerausnehmung 108 während der
Schwenkbewegung können neben
der Reibungskraft R auch andere Kräfte aufgenommen werden, die
ansonsten die Schwenkmechanik beaufschlagen würden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
die anhand der beiden Ausführungsbeispiele
erläuterten Maßnahmen
zur Entlastung der Schwenkmechanik in vielfältiger Weise kombiniert werden
können.
Beispielsweise kann die anhand des ersten Ausführungsbeispiels erläuterte Tieferlegung
der Anschlagfläche 13 durch
eine entsprechende Gestaltung der Rückseite der zweiten Formplatte 102 auch
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
im Bereich der Anschlagflächen 113 und/oder 117 realisiert
sein. Ein solches Werkzeug ist in 8 gezeigt.
Die den beiden Anschlagflächen 113 und 117 des
zweiten Ausführungsbeispiels
entpsrechenden Anschlagflächen 213 und 217 sind
gegenüber
der Rückseite 209 der zweiten
Formplatte 202 tiefergelegt und verlaufen vorzugsweise
auf oder in der Nähe
der gedachten Linie E. Das Schubelement 222 für die Ausübung der die
Schließbzw.
Schwenkbewegung erzeugenden Kraft K ist im schwenklagerfernen Bereich
der Basisplatte 250 angeordnet, mit dieser fest verbunden
und erstreckt sich in der Verlagerungsrichtung der Basisplatte 250 bis
zur tiefergelegten Anschlagfläche 213 an
der Druckkufe 214.1.
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Im schwenklagernahen Bereich der
verkippbaren zweiten Formplatte 202 ist eine weitere Druckkufe 214.2 mit
der tiefergelegten Anschlagfläche 217 ausgebildet.
Die Aufstellkraft A wird durch eine nicht näher dargestellte Kolben-Zylinder-Anordnung erzeugt,
welche z.B. entsprechend der in 3 gezeigten
Kolben-Zylinder-Anordnung 21 ausgeführt sein kann. Auch in diesem
Beispiel ist die erste Formplatte 201 in optionaler Weise
als Matrizenformplatte mit Kunststoffzuführung 205 gestaltet.
Die Basisplatte 250 und die schwenkbare zweite Formplatte 202 können ferner
gemäß 5 bis 7 über
miteinander in Eingriff stehende Kupplungselemente 151, 108 (nicht dargestellt)
zusammenwirken. Hinsichtlich weiterer Gestaltungsmerkmale und des
Verfahrensablaufs beim Klappspritzprägen wird auf die vorstehenden Erläuterungen
Bezug genommen.
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Im Ergebnis ist sämtlichen Ausführungsbeispielen
gemeinsam, dass eine höhere
Maßhaltigkeit beim
Schließen
der Formplatten 101, 102 erzielt wird und Schwierigkeiten,
die sich aufgrund der hohen kräftemäßigen Beanspruchung
der Schwenkmechanik im Stand der Technik ergaben, von vornherein
unterbunden oder zumindest verringert werden.