DE19531131C2 - 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 gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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, Pits genannten Vertiefungen - auf der Scheibe eine äußerst saubere Prägung gewährleistet ist, da die Pits bei Abmessungen im 1/10 µm-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.

Aus der DE 44 10 015 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art bekannt.

Ein ringförmig ausgebildetes Hydraulik-Zylinder-Kolben-Element, das in der verschiebbaren Formhälfte angeordnet ist, wirkt auf eine ebenfalls ringförmig ausgestaltete verschiebbare Platte, die wiederum auf den eigentlichen Prägestempel wirkt.

Da ein hydraulischer Antrieb mit diversen Nachteilen behaftet ist, was die Reproduzierbarkeit des Kolbenhubs und die dem Hydrauliksystem immanente Elastizität, Temperaturabhängig etc. angeht, müssen bei der vorbekannten Vorrichtung komplizierte Vorrichtungen getroffen werden (definierte Anschläge, aufwendige Federkonstruktionen), damit die gewünschte Dicke t des Endpro­ dukts nach der Rekompression in jedem Fall erreicht wird.

Schon bei der Herstellung der Vorrichtung ist daher auf höchste Genauigkeit bei der Bearbeitung der zusammenwirkenden Bauteile zu achten. Ein besonderer Nachteil bei der vorbekannten Vorrich­ tung liegt darin, daß der Hydraulikzylinder speziell für das Werkzeug angefertigt werden muß.

Der komplizierte Aufbau wirkt sich jedoch auch im Betrieb nach­ teilig aus, da die Wartung aufwendig ist und Reparaturarbeiten schwierig sind.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art so auszuführen, daß infolge genauester Regelbarkeit des Prägevorgangs trotz vergleichsweise einfachem Aufbau eine Qualitätsverbesserung bei der Herstellung der oben angespro­ chenen Kunststoffartikeln erreicht wird.

In Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das mindestens eine Antriebsaggregat ein bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie längenveränderlicher Körper aus piezokristallinem Material ist.

Derartige, auch als Aktoren bezeichnete Antriebsaggregate können fertig gekauft werden. Durch die genaue Regelbarkeit derartiger Aktoren sind Vorkehrungen wie bei der vorbekannten Vorrichtung unnötig, insbesondere bedarf es keiner den Hub begrenzenden An­ schläge. Hierdurch verringert sich der konstruktive Aufwand, was die Vorrichtung nicht nur preiswerter in der Herstellung sondern zuverlässiger und effektiver in der Wirkungsweise macht. In der einfachsten Ausgestaltung sind die Aktoren zwischen der ver­ schiebbaren Formaufspannplatte und dem Prägestempel angeordnet, wobei die beim Prägen auftretenden Kräfte über die Aktoren selbst direkt auf die Formaufspannplatten abgeleitet werden kön­ nen.

Darüber hinaus läßt sich durch die völlige Entkopplung des Prä­ gestempelantriebs vom Formschließmechanismus, dadurch also, daß der Prägestempelantriebsmechanismus in einem eigenen Inertialsy­ stem wirkt, sowohl der Hub als auch die Prägekraft sehr genau und vor allen Dringen reproduzierbar einstellen, während die Formzuhaltekraft, die durch die Schließeinheit aufgebracht wird, und die Düsenanlagekraft auch beim Prägen konstant gehalten wer­ den. Somit sind für den Prägevorgang nicht nur die Anfangsbedin­ gungen 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.

Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung wird ein Verfahren geführt, bei dem zunächst das Formwerkzeug geschlossen wird und die entsprechende Schließkraft durch die Schließeinheit aufge­ bracht, sodann die Kavität volumetrisch gefüllt wird, wonach bei gleichbleibender Schließkraft in der Nachdruckphase durch die Aktivierung der Antriebsaggregate der Prägevorgang mit defi­ nierter Kraft und definiertem Weg des Prägestempels durchgeführt wird und schließlich die Schließkraft abgebaut, die Schließein­ heit zurück- und das Werkzeug aufgefahren wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 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 Kera­ mikkörper 16 aus piezokristallinem Material bestehen, der beim Anlegen einer elektrischen Spannung sich in Längsrichtung aus­ dehnt. Die Aktoren 14 bzw. deren Gehäuse 15 stützen sich dabei auf der Platte 7a ab. Die entgegengesetzte Stirnfläche der Ge­ häuse 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 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 ein­ gestellt ist, wird die Düse 2 an die Mündung 12 des Angußkanals 10 angelegt. Die plastifizierte Kunststoffmasse wird in die Ka­ vität 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 Keramikkörper 16 in den Metallgehäusen 15 schieben die Bol­ zen 18 den Prägestempel 19 mit der exakt vorgegebenen Kraft und dem gewünschten Hub in die Kavität 9 hinein. Der Hub und die Prägekraft sind dabei exakt einstellbar, da dieser Prägevorgang unabhängig vom Schließ- und Einspritzmechanismus 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 (4)

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 je eine Formwerkzeughälfte einer Spritzgießform mit einer Teilkavität befestigt ist, wobei die Formwerkzeughälften im geschlossenen Zustand die Form­ teilkavität ausbilden und wobei in der Formteilkavität ein mittels mindestens eines Antriebsaggregats verschiebbarer Prägestempel angeordnet ist, wobei das mindestens eine An­ triebsaggregat innerhalb einer der Formwerkzeughälften in­ tegriert ist, derart, daß die Prägestempelbewegung von der Schließeinheit entkoppelt ist dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Antriebsaggregat (14) ein bei Be­ aufschlagung mit elektrischer Energie längenveränderlicher Körper (16) aus piezokristallinem Material ist.

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 mehrere Antriebsaggregate (14) in der Formwerkzeug­ hälfte (7) angeordnet sind, die zur gemeinsamen Verschiebe­ bewegung des Prägestempels (19) zusammenwirken.