DE19531131A1 - Vorrichtung zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmigen Kunststoffartikeln in einer Spritzgießmaschine - Google Patents

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.