DE19531131C2 - 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 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.
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