DE19531131A1 - Vorrichtung zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmigen Kunststoffartikeln in einer Spritzgießmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmigen Kunststoffartikeln in einer SpritzgießmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spritzprägen von
insbesondere scheibenförmigen Kunststoffartikeln in einer
Spritzgießmaschine sowie ein Verfahren zum Spritzprägen unter
Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
Die angesprochenen scheibenförmigen Kunststoffartikel können
beispielsweise Compakt-Discs sein, sei es zur Musikwiedergabe,
sei es als Bildplatte oder als CD-ROM. Hierbei kommt es beim
Spritzvorgang darauf an, daß die Discs zum einen eine exakte
Planheit bei Vermeidung von mechanischen Spannungen im Artikel
aufweisen und zum anderen - in Anbetracht der Unzahl der die In
formationen repräsentierenden, Pitsgenannten Vertiefungen - auf
der Scheibe eine äußerst saubere Prägung gewährleistet ist, da
die Pits bei Abmessungen im 1/10µm-Bereich nur dann ihre Aufgabe
erfüllen können.
Herkömmlicherweise wird der Prägevorgang durch einen gesonderten
Bewegungsablauf der Schließeinheit ausgeführt. Der Nachteil ist
hierbei, daß aufgrund der jeweiligen Konstruktion der Schließ
einheit eine genaue Abstimmung der Bewegungsabläufe des Präge
vorgangs nur mit durch die Genauigkeit der Weg- und Kraftrege
lung bestimmten Parametern möglich ist.
Schließeinheiten mit Kniehebelmechanik benötigen hier zumeist
eine gesonderte Wegmessung im Bereich des Prägehubs, während
hydraulische Schließeinheiten wegen der für den eigentlichen
Prägehub notwendigen geringen Ölmengen schon von vornherein im
Grenzbereich der Kraft- und Wegregelung operieren und daher kei
nen sauber repreduzierbaren Ablauf erlauben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszuführen, daß
infolge genauester Regelbarkeit des Prägevorgangs eine Quali
tätsverbesserung bei der Herstellung der oben angesprochenen
Kunststoffartikeln erreicht wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren
anzugeben, das mit Hilfe der Vorrichtung durchgeführt werden
kann.
Die Erfindung löst diese Aufgaben dadurch, daß das für den Prä
gevorgang verantwortliche Antriebsaggregat des Prägestempels in
einer der Formwerkzeughälften integriert ist und im Bewegungsab
laufregelungs- und steuerungstechnisch völlig unabhängig ist.
Durch die völlige Entkopplung des Prägestempelantriebs vom Form
schließmechanismus, dadurch also, daß der Prägestempelantriebs
mechanismus in einem eigenen Inertialsystem wirkt, läßt sich
sowohl der Hub als auch die Prägekraft sehr genau und vor allen
Dingen reproduzierbar einstellen, während die Formzuhaltekraft,
die durch die Schließeinheit aufgebracht wird, und die
Düsenanlagekraft auch beim Prägen konstant gehalten werden.
Somit sind für den Prägevorgang nicht nur die Anfangsbedingungen
sondern auch die Randbedingungen definiert, was exakte
Reproduzierbarkeit beim Prägevorgang gewährleistet.
Dadurch, daß der Prägestempel seinen eigenen Antrieb innerhalb
des Formwerkzeugs und seine eigene Steuerung mitbringt, ist
der maschinenseitige mechanische und steuerungstechnische Auf
wand geringer als bei bekannten Lösungen.
Vorteilhafterweise ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 die
das mindestens eine Antriebsaggregat aufweisende Formwerkzeug
hälfte aus mehreren hintereinander angeordneten Platten aufge
baut, wobei eine der Platten als die beim Prägevorgang auftre
tenden Reaktionskräfte aufnehmende Abstützung und mindestens
eine weitere als Aufnahme für das mindestens eine Antriebsaggre
gat dient. Ein derartiger Aufbau hat zum einen den Vorteil, daß
das Antriebsaggregat bzw. die Antriebsaggregate im Falle der Re
paratur, des Austausches oder der Wartung gut zugänglich ist
bzw. sind und daß die innerhalb des Werkzeugs beim Prägevorgang
auftretenden Reaktionskräfte praktisch innerhalb des Werkzeugs
aufgenommen und abgeleitet werden.
Bei einer Ausgestaltung des Werkzeugs gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 3 ergibt sich der Vorteil, daß das Antriebsag
gregat bzw. die Antriebsaggregate exakt in den dafür vorgese
henen Ausnehmungen positionierbar sind, da die Ausnehmungen für
die Aufnahme der Antriebsaggregate einerseits durch die Abstütz
platte und andererseits durch die die Führungskanäle aufweisende
weitere Platte axial begrenzt sind und die Stirnflächen der Ge
häuse der Antriebsaggregate an diesen beiden Platten anliegen.
Die in den Führungskanälen angeordneten Bolzen übertragen somit
exakt die Antriebskräfte der Antriebsaggregate auf den in einer
weiteren Platte verschiebbar angeordneten Prägestempel.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die An
triebsaggregate bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie län
genveränderliche Körper. Durch die elektrische Betätigung ist
naturgemäß die Regelung und Steuerung einfach und vor allen Din
gen exakt. Derartige längenveränderliche Körper, auch als Akto
ren bezeichnet, können z. B. Piezokristalle sein (Anspruch 5),
die bei Anlegung einer elektrischen Spannung eine Längenverände
rung erfahren oder aber gemäß Anspruch 6 aus magnetrostriktivem
Keramikmaterial bestehen.
Gerade diese magnetrostriktiven Keramikmaterialien weisen einige
für die Erfindung wesentliche vorteilhafte Eigenschaften auf.
Die Größe der Längenänderung gerade bei den magnetostriktiven
Aktoren entspricht dem gewünschen Prägehub beim Spritzpräge
vorgang und ist in Weglänge (µm-Bereich) und Prägekraft genau
regelbar.
Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung wird ein Verfahren gemäß
Anspruch 8 geführt, bei dem zunächst das Formwerkzeug geschlos
sen wird und die entsprechende Schließkraft durch die Schließ
einheit aufgebracht, sodann die Kavität volumetrisch gefüllt
wird, wonach bei gleichbleibender Schließkraft in der Nachdruck
phase durch die Aktivierung der Antriebsaggregate der Präge
vorgang mit definierter Kraft und definiertem Weg des Prä
gestempels durchgeführt wird und schließlich die Schließkraft
abgebaut, die Schließeinheit zurück- und das Werkzeug aufgefah
ren wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung darge
stellt und näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt den Formwerkzeugteil 1 einer Spritzgieß
maschine. Maschinenbett und Schließeinheit sind aus Übersicht
lichkeitsgründen nicht dargestellt. Die Einspritzeinheit ist le
diglich durch die abgebrochen dargestellte Einspritzdüse 2 re
präsentiert.
Das Formwerkzeugteil 1 besteht aus einer mittels der nicht dar
gestellten Schließeinheit auf Holmen 3 verschiebbaren Formauf
spannplatte 4. Ebenfalls auf den Holmen 3 angeordnet ist eine
feststehende Formaufspannplatte 5. Zwischen den Formaufspann
platten 4 und 5 ist ein Formwerkzeug 6 angeordnet, das im we
sentlichen aus zwei Werkzeughälften 7 und 8 besteht, die eine
Formkavität 9 einschließen. Die Kavität 9 steht über einen An
gußkanal 10 in der Werkzeughälfte 8 und über eine Öffnung 11 in
der feststehenden Formaufspannplatte 5 mit dem Einspritzaggre
gat, das hier durch die Düse 2 repräsentiert wird, in Verbin
dung.
Zum Einspritzen des plastifizierten Kunststoffs wird die Düse 2
durch die Öffnung 11 an die dem Düsenmundstück entsprechend ge
formte Mündung 12 des Angußkanals 10 angelegt.
Während auf der feststehenden Formaufspannplatte 5 lediglich die
einteilige Werkzeughälfte 8 aufgespannt ist, besteht die auf der
verschiebbaren Formaufspannplatte 4 aufgespannte Werkzeughälfte
7 aus mehreren hintereinander angeordneten Platten 7a bis 7d.
Direkt an der Formaufspannplatte 4 befestigt ist eine Platte 7a,
an der wiederum eine mit Ausnehmungen 13 versehene Platte 7b be
festigt ist. In den Ausnehmungen 13 sind im vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiel die im folgenden als Aktoren bezeichneten
Antriebsaggregate 14 angeordnet, die aus einem zylindrischen
Metallgehäuse 15 und jeweils einem darin eingeschlossenen
Keramikkörper 16 bestehen, der beim Anlegen einer elektrischen
Spannung magnetostriktive Eigenschaften hat und sich in
Längsrichtung ausdehnt. Die Aktoren 14 bzw. deren Gehäuse 15
stützen sich dabei auf der Platte 7a ab. Die entgegengesetzte
Stirnfläche der Gehäuse 15 liegt an einer dritten Platte 7c an,
die wiederum mit der Platte 7b verbunden ist. Koaxial zu den
Ausnehmungen 13, aber mit geringerem Durchmesser versehen, sind
in der Platte 7c Führungskanäle 17 vorgesehen, in denen Bolzen
18 verschiebbar sind, die die Längenausdehnung der
magnetostriktiven Keramikkörper 16 der Aktoren 14 auf einen
Prägestempel 19 übertragen, der in einer Ausnehmung 20 einer
vierten Platte 7d verschiebbar ist, die an der Platte 7c
befestigt ist.
Der Prägestempel bildet mit seiner den Bolzen 18 abgewandten
Vorderseite, der Innenwand der Ausnehmung 20 und der Werkzeug
hälfte 8 die Formkavität 9.
Die Aktoren 14 werden über nicht dargestellte Verbindungskabel
einerseits mit elektrischer Energie versorgt und andererseits
gesteuert und geregelt.
Der Verfahrensablauf wird im folgenden anhand der Herstellung
einer Compact-Disc erläutert.
Nachdem die Werkzeughälften 7 und 8 mittels der Schließeinheit
aufeinanderzugefahren sind und die gewünschte Schließkraft
eingestellt ist, wird die Düse 2 an die Mündung 12 des Angußka
nals 10 angelegt. Die plastifizierte Kunststoffmasse wird in die
Kavität 9 unter Druck eingespritzt, wobei die dabei auftretenden
Reaktionskräfte über die Platten 7a bis 7d und 8 auf die Auf
spannplatten 4 und 5 übertragen werden, während die Aktoren 14
und die Bolzen 18 kräftefrei sind.
Nachdem der Füllvorgang beendet ist, werden die Aktoren 14 bei
konstanter Schließkraft aktiviert. Durch die Längenausdehnung
der magnetostriktiven Keramikkörper 16 in den Metallgehäusen 15
schieben die Bolzen 18 den Prägestempel 19 mit der exakt vorge
gebenen Kraft und dem gewünschten Hub in die Kavität 9 hinein.
Der Hub und die Prägekraft sind dabei exakt einstellbar, da die
ser Prägevorgang unabhängig vom Schließ- und Einspritzmechanis
mus stattfindet.
Nachdem die Aktoren 14 wieder stromlos sind, der Prägestempel 19
sich also wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt hat, wird
das Formwerkzeug 6 aufgefahren und die gespritzte und mit der
Prägung versehene CD entnommen.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Spritzprägen von insbesondere scheibenför
migen Kunststoffartikeln in einer Spritzgießmaschine mit
einer feststehenden und einer mittels einer Schließeinheit
relativ zur feststehenden Platte verschiebbaren Formauf
spannplatte, an denen jeweils eine Formwerkzeughälfte einer
Spritzgießform mit einer darin eingeschlossenen Formkavität
befestigt ist, in der ein mittels mindestens eines Antrieb
saggregats verschiebbarer Prägestempel angeordnet ist,
gekennzeichnet durch
die integrierte Anordnung des mindestens einen Antriebsag
gregats (14) innerhalb einer der Formwerkzeughälften (7)
und durch die Entkopplung der Prägestempelbewegung von der
Schließeinheit.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die das mindestens eine Antriebsaggregat (14) aufwei
sende Formwerkzeughälfte (7) aus mehreren hintereinander
angeordneten Platten (7a-d) besteht, wobei eine der Platten
(7a) als die beim Prägevorgang auftretenden Reaktionskräfte
aufnehmende Abstützung und mindestens eine weitere Platte
(7b) als Aufnahme für das mindestens eine Antriebsaggregat
(14) dient.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der die Aufnahme bildenden Platte (7b) und dem
Prägestempel (19) eine weitere Platte (7c) angeordnet ist,
in der Führungskanäle (17) für den Prägestempel (19) mit
dem mindestens einen Antriebsaggregat (14) verbindende Bol
zen (18) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine Antriebsaggregat (14) ein bei
Beaufschlagung mit elektrischer Energie längenveränderli
cher Körper (16) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der längenveränderliche Körper (16) ein Piezokristall
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der längenveränderliche Körper (16) aus magnetostrikti
vem Material besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Antriebsaggregate (14) in der Formwerkzeug
hälfte (7) angeordnet sind, die zur gemeinsamen Verschiebe
bewegung des Prägestempels (19) zusammenwirken.
8. Verfahren zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmi
gen Kunststoffartikeln unter Verwendung einer Vorrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Formwerkzeug (6) geschlossen wird und die entspre
chende Schließkraft durch die Schließeinheit aufgebracht,
sodann die Kavität (9) volumetrisch gefüllt wird, wonach
bei gleichbleibender Schließkraft in der Nachdruckphase
durch die Aktivierung der Antriebsaggregate (14) der Präge
vorgang mit definierter Kraft und definiertem Weg des Prä
gestempels (19) durchgeführt wird und schließlich die
Schließkraft abgebaut, die Schließeinheit zurück- und das
Werkzeug (6) aufgefahren wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: B29C 45/56 |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110301 |