DE4325481C2 - Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern und Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Kunststofformkörpern, mit einem wenigstens zwei Formeinsatzelemente und Temperiermittelräume aufweisenden Werkzeugkörper wobei die Formeinsatzelemente den Formkörperhohlraum umschließen und wobei zwischen den Temperiermittelräumen und dem Formkörperhohlraum eine Wärmeausgleichsschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.

Bei der Herstellung von Formkörpern, insbesondere Kunststoff-Formkörpern werden - je nach Geometrie des herzustellenden Formkörpers - mehrteilige, meist zweiteilige Formen benutzt, welche einerseits den Formkörperhohlraum umschließen und andererseits zur Entnahme des ausgehärteten Formkörpers voneinander getrennt werden müssen. Je nach Art der herzustellenden Formkörper müssen diese bestimmte Bedingungen hinsichtlich ihrer Oberflächenbeschaffenheit erfüllen. Dies gilt insbesondere für solche Formkörper, welche später als Datenträger dienen, wie beispielsweise CDs.

Die vorliegende Erfindung sei daher am Beispiel der Herstellung von CD-Rohlingen näher erläutert, auch wenn die Erfindung sich nicht auf die Herstellung lediglich flacher Formkörper beschränkt. Durch die rasche Verbreitung von CDs im HiFi-Bereich und auch die sprunghaft angestiegene Verbreitung als CD-ROM im EDV- Bereich haben dazu geführt, daß der Artikel CD ein Massenartikel geworden ist. Dies bedeutet für die Herstellung von entsprechenden Formkörpern, daß letztlich die Länge der Zykluszeiten den Herstellungspreis und somit die Stellung des Herstellers auf dem Markt bestimmen.

Bei bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von (CD-) Formkörpern werden zwei symmetrische Formeinsatzelemente verwendet, welche jeweils einen spiralförmig angeordneten Temperierkanal zur Aufnahme des Temperiermittels aufweisen. Dazu wird jedes Formeinsatzelement in Längsrichtung aufgetrennt, die entsprechenden Temperierkanäle in beide Hälften eingefräst und anschließend vakuumverlötet. In der Vergangenheit hat man nun versucht, die Zykluszeiten dadurch zu verkürzen, indem man die Temperiermittelräume möglichst dicht an den Formkörperhohlraum verlegt hat. Hierbei war es jedoch nicht möglich, die Formeinsatzelemente zur Verringerung der Zykluszeit sehr kalt zu fahren, da eine absolut gleichmäßige Temperatur in der Wandung des Formkörperhohlraums nicht gewährleistet werden konnte. Vielmehr entstanden durch Temperierfehler Oberflächenbeeinflussungen auf der hergestellten Kunststoffscheibe, die zu Spannungen und Ungleichmäßigkeiten und damit zur völligen Unbrauchbarkeit der so hergestellten CD-Scheiben geführt haben. Folglich mußten die Temperiermittelräume in einem gewissen Mindestabstand von der Wand des Formkörperhohlraums angeordnet werden, damit die Wanddicke eine Vergleichmäßigung der Temperatur bei der Kühlung bewirken konnte.

Aus der GB-PS 815 388 ist eine eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern, nämlich Schallplatten, bekannt. Die dort vorhandene Wärmeausgleichsschicht ist als gewöhnliche Kupferlegierungsschicht ausgebildet. Die Flächenpressung in einer Preßform für Duroplaste ist dabei nicht so hoch, daß eine Schädigung der Formen zu befürchten ist. Diese bekannten Formen lassen sich jedoch nicht ohne weiteres auf die Spritzgießtechnik übertragen, da dort Forminnendrücke von teilweise über 1000 bar auftreten, welche dann in Form einer Flächenpressung über die Kühlkanalstege auf die Kupferschicht übertragen wird. Eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Formen ist die Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung zu schaffen, wobei durch kürzere Zykluszeiten die Produktivität der Vorrichtung bzw. des entsprechenden Herstellungsverfahrens erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß die Wärmeausgleichsschicht aus Kupfer oder Kupferlegierungen und Kraftübertragungselementen besteht.

Verfahrensmäßig besteht die Lösung der Aufgabe durch die folgenden Schritte:

• - Herstellen eines Formeinsatzelementes mit einem Hohlraum für die Aufnahme des Elementes mit Temperiermittelräumen und des Wärmeausgleichselementes,
• - Fertigen eines Elementes mit Temperiermittelräumen,
• - Fertigen eines Wärmeausgleichselementes,
• - Einsetzen des Wärmeausgleichselementes und des Elementes mit den Temperiermittelräumen in den Hohlraum des Formeinsatzelementes und
• - Fügen von Formeinsatzelement, Wärmeausgleichselement und Element mit Temperiermittelräumen.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Methode, Temperierfehler, die entstehen würden, wenn sehr nah an der Formkörperhohlraumwand temperiert wird, auszugleichen. Dieser Ausgleich des Temperierfehlers geschieht über eine Wärmeausgleichsschicht, deren Wärmeleitfähigkeit erheblich über der des Formenstahls liegt. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit werden die Isothermen, die sich üblicherweise konzentrisch um einen Temperiermittelraum anordnen, "verwischt". Erste Versuche haben erwiesen, daß die Wärme in der Wärmeleitschicht mit etwa der siebenfachen Geschwindigkeit abgeführt wird. Dies sorgt für eine homogene Temperatur an der Formkörperhohlraumwand und führt letztlich zur Verringerung der Zykluszeiten aufgrund der erheblich besseren Kühlwirkung.

Erfindungsgemäß besteht die Wärmeausgleichsschicht aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen und Kraftübertragungs­ elementen. Die Kraftübertragungselemente sind deshalb notwendig, damit der beim Pressvorgang auftretende Druck, welcher normalerweise durch den Formenstahl aufgefangen wird, auch durch die "weichere" Wärmeausgleichsschicht aufgefangen bzw. an die andere Seite der Wärmeausgleichsschicht weitergegeben werden kann. Als Kraftübertragungselemente können dabei Stahlkugeln dienen. Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist es jedoch auch möglich, als Kraftübertragungselemente "honeycomb"-Strukturelemente vorzusehen.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, daß als Wärmeausgleichsschicht ein vorgefertigtes Wärmeausgleichselement hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Die Herstellung eines vorgefertigten Wärmeausgleichselements ist deshalb zweckmäßig, da das unmittelbare Eingießen flüssigen Kupfers oder einer flüssigen Kupferlegierung in das Formeinsatzelement zu Spannungen und Fehlern der Formeinsatzelemente führen kann.

Bei der Herstellung der Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern wird also zunächst ein Hohlraum in den Formeinsatzelementen geschaffen, welcher einerseits das Wärmeausgleichselement und andererseits das Element mit Temperiermittelräumen aufnimmt. Zweckmäßigerweise wird das Wärmeausgleichselement und auch das die Temperiermittelräume aufweisende Element mit dem Formeinsatzelement gleichzeitig durch Hochtemperatur- oder Hartlöten miteinander verbunden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der einzigen Figur ist lediglich ein einziges Formeinsatzelement dargestellt, wie es beispielsweise in Verbindung mit einem weiteren spiegelsymmetrischen Formeinsatzelement bei der Herstellung von CDs verwendet wird.

Dabei weist das Formeinsatzelement 1 Temperiermittelräume 2 und eine Wand 3 zur Begrenzung des nicht dargestellten Formkörperhohlraums auf. Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Wand 3 des Formeinsatzelementes 1 als ebene Fläche ausgebildet. Damit nun die Temperiermittelräume 2 relativ nahe an die Wand 3 herangebracht werden können, ist erfindungsgemäß zwischen Temperiermittelräume 2 und Wand 3 eine Wärmeausgleichsschicht 4 vorgesehen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Wärmeausgleichsschicht 4 als vorgefertigtes Wärmeausgleichselement ausgebildet, welches in einen im Formeinsatzelement 1 hergestellten Hohlraum 5 eingelegt und anschließend mit dem Formeinsatzelement 1, vorzugsweise durch Hochtemperatur-Hartverlöten, verbunden wird. Dabei ist das Wärmeausgleichselement durch eingearbeitete, nicht dargestellte, Kraftübertragungselemente verstärkt. Auf die Wärmeausgleichsschicht kommt dann zur "Füllung" des Hohlraumes 5 ein Temperiermittelraumelement 6, welches, ebenfalls vorzugsweise durch Hochtemperatur-Hartverlöten, mit dem Formeinsatzelement 1 verbunden wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Wärmeausgleichselement 4 als auch das Temperiermittelraumelement 6 als Hohlzylinderscheiben ausgebildet. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei Vorrichtungen zur Herstellung nicht symmetrischer Formkörper verwirklichen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Kunststofformkörpern, mit einem wenigstens zwei Formeinsatzelemente und Temperiermittelräume aufweisenden Formwerkzeug, wobei die Formeinsatzelemente den Formhohlraum umschließen und wobei zwischen den Temperiermittelräumen und dem Formträgerhohlraum eine Wärmeausgleichsschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeausgleichsschicht (4) aus Kupfer oder Kupferlegierungen und Kraftübertragungselementen besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftübertragungselemente Stahlkugeln vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftübertragungselemente "honeycomb"-strukturelemente vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeausgleichsschicht (4) ein vorgefertigtes Wärmeausgleichselement hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Herstellen eines Formeinsatzelementes mit einem Hohlraum für die Aufnahme des Elementes mit Temperiermittelräumen und des Wärmeausgleichselementes,
• - Fertigen eines Elementes mit Temperiermittelräumen,
• - Fertigen eines Wärmeausgleichselementes,
• - Einsetzen des Wärmeausgleichselementes und des Elementes mit den Temperiermittelräumen in den Hohlraum des Formeinsatzelementes und
• - Fügen von Formeinsatzelement, Wärmeausgleichselement und Element mit Temperiermittelräumen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fügen von Formeinsatzelement, Wärmeausgleichselement und Element mit Temperiermittelräumen durch Hochtemperaturlöten geschieht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fügen von Formeinsatzelement, Wärmeausgleichselement und Element mit Temperiermittelräumen durch Hartlöten geschieht.