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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Formwerkzeuganordnung, die zwei
Formwerkzeugteile umfasst, welche relativ zueinander bewegt werden können und
einen Formenhohlraum zwischen sich begrenzen, in den ein Kunststoff
eingespritzt wird, wobei die Formwerkzeugteile mit zusammenwirkenden
Zentriereinrichtungen versehen sind und die Zentriereinrichtung
eines Formwerkzeugteils einen ringförmigen Sitz umfasst und die
Zentriereinrichtung des anderen Formwerkzeugteils einen ringförmigen Körper umfasst,
wobei der Körper
so ausgeführt
ist, dass er eng anliegend um den Sitz passt.
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In
der Praxis ist es immer erforderlich, die Formwerkzeugteile von
zum Beispiel Spritzgussmaschinen zueinander zu zentrieren, um den
Formenhohlraum genau zu begrenzen. Es ist festgestellt worden, dass
die Bewegung von Formwerkzeugteilen relativ zueinander in einer
anderen Richtung als der Schließrichtung
nicht wünschenswert
ist und gewiss nicht, wenn Kunststoff eingespritzt wird. Bei verschiedensten
Verfahren wird Kunststoff eingebracht, ehe die Formwerkzeugteile
vollständig
geschlossen sind, während
darüber
hinaus Verfahren existieren, bei denen der Formenhohlraum niemals
vollständig geschlossen
ist. Einige wenige dieser Verfahren sind bekannt als Prägen/Vollprägen und
Lüften.
Beim Vollprägen
wird eine bestimmte Menge an Kunststoff während des Schließvorgangs
eingebracht, jedoch füllt
diese nicht vollständig
den Formenhohlraum aus. Ein vollständiges Füllen findet während des
Schließvorgangs
im Ergebnis der Verkleinerung des Formenhohlraums statt. Beim Lüften öffnet sich
die Form, nachdem sie geschlossen worden war.
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In
allen Fällen
ist die Bewegung auf der radialen Ebene in Bezug auf die Schließrichtung
nicht wünschenswert.
Das gilt im Besonderen, wenn Erzeugnisse mit hoher Genauigkeit eingespritzt
werden. Optische Informationsträger,
wie zum Beispiel CDs, DVDs und dergleichen, können hier als ein Beispiel
erwähnt
werden. In dem Maße,
wie sich die Informationsdichte erhöht, werden immer höhere Anforderungen
an die Spitzen und Mulden gestellt. Darüber hinaus ist festgestellt
worden, dass bei bestimmten Kunststoffen die Klarheit derselben
durch die gegenseitige Bewegung der Formwerkzeugteile auf der radialen
Ebene verringert wird.
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Beim
Stand der Technik, wie er oben beschrieben wird, findet die Zentrierung
mit Hilfe eines Kegels statt. Das heißt, der Körper hat einen konischen Aufbau,
während
der Sitz eine entsprechende konische Öffnung aufweist. In der Theorie
funktioniert eine solche Zentrierung jedoch nur bei einer Position der
gegenseitigen Bewegung der Formwerkzeugteile, das heißt der Position,
bei welcher diese Teile sich berühren.
Wenn eine Verunreinigung zwischen dem Kegel und dem Sitz vorhanden
ist, wird der Kegel durch diese Verunreinigung in eine Richtung
gedrückt,
und eine genaue Zentrierung kann nicht länger garantiert werden.
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Um
diesen Nachteil der Zentrierung in nur einer Position zu beseitigen,
sind beim Stand der Technik so genannte Blockführungen vorgehen worden. Mit
diesen Führungen
werden die Formwerkzeugteile relativ zueinander über eine längere Strecke der Schließbewegung
zentriert. Die mechanischen Kräfte,
die erforderlich sind, um die Bewegung in einer solchen Führung zu
erzielen, sind jedoch beträchtlich.
Schließlich
ist es möglich,
dass es keinerlei Spiel zwischen den verschiedenen Teilen gibt,
da ansonsten ein optimales Führen
nicht gewährleistet
werden kann. Darüber
hinaus besteht das Problem, dass bei der Erwärmung eines der Formwerkzeugteile
sich entweder das Spiel erhöht
oder eine Blockierung zwischen den Teilen der Blockführung stattfindet,
die sich relativ zueinander bewegen, wodurch sich die Abnutzung
beträchtlich
erhöht.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen
Nachteile zu umgehen und eine Führung
für Formwerkzeugteile
bereitzustellen, die über
einen beträchtlichen
Abschnitt des Schließhubs
der Formwerkzeugteile in Bezug auf einander wirksam ist und für eine genaue
Führung
sorgt, bei der keine Probleme im Fall von Temperaturunterschieden
zwischen den Formwerkzeugteilen auftreten und welche die Kräfte für das Öffnen und
Schließen
der Formwerkzeugteile nicht unverhältnismäßig erhöht. Diese Aufgabe wird mit
einer Formwerkzeuganordnung, wie oben beschrieben, dadurch gelöst, dass
entweder der Sitz oder der Körper
wenigstens fünf
Nuten aufweist, die sich zu dessen freiem Ende erstrecken, um wenigstens
fünf benachbarte
Elemente zu begrenzen, die um den Rand herum einen Klemmkontakt
mit dem Körper
oder dem Sitz herstellen, wobei der effektive Innendurchmesser des
Sitzes in Nichteingriffsposition 1 – 100 μm kleiner ist als der effektive
Außendurchmesser des
Körpers.
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Erfindungsgemäß ist entweder
der Körper oder
der Sitz als ein geschlossenes Teil in Form eines Kammes ausgebildet,
wobei der Kamm aus einer Reihe von benachbarten rippenförmigen Elementen besteht,
die durch Nuten voneinander getrennt werden. Bei dieser Anordnung
werden die Abmaße
der Elemente so gewählt,
dass die Festigkeit in radialer Richtung größer ist als die Festigkeit
in Tangentialrichtung. Andererseits sind die rippenförmigen Elemente
in einem bestimmten Maße
unter der Einwirkung der entstehenden Öffnungs- und Schließkräfte plastisch
verformbar. Die verschiedenen Merkmale werden dadurch erzielt, dass
die radiale Länge
erheblich größer ist
als die tangentiale Länge
jedes rippenförmigen
Elements. Es hat sich überraschenderweise
herausgestellt, dass durch diese Vorrichtung eine Klemmkraft auf
das andere Formwerkzeugteil ausgeübt werden kann, welche einerseits
nicht so groß ist,
dass die Bewegung der Formwerkzeugteile ineinander und auseinander
wesentlich behindert wird, welche jedoch andererseits für eine Zentrierung sorgt.
Darüber
hinaus ist festgestellt worden, dass, wenn eine Verunreinigung oder
dergleichen zwischen einem der rippenförmigen Elemente und dem gegenüberliegenden
Formwerkzeugteil vorhanden ist, sich nur das betreffende rippenförmige Element verformt
und im Ergebnis dessen die Zentrierung noch in der gewünschten
Weise stattfindet.
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Eine
optimale "Vorspannung" wird erreicht, wenn
sich der Unterschied im Durchmesser zwischen 1 und 100 μm und speziell
zwischen 1 und 50 μm
bewegt.
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Durch
die große
Anzahl von Elementen wird ein Fehler, wie zum Beispiel die oben
erwähnte
Verunreinigung, ausgeglichen.
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Der
Teil, der die Form eines Kammes aufweist, kann eine beliebige geschlossene
Umfangsform haben, wie z. B. eine polygonale Form. Vorzugsweise
ist er ringförmig
und im Besonderen elliptisch und gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
kreisförmig.
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Es
ist grundsätzlich
möglich,
dass erfindungsgemäß die Teile,
die sich relativ zueinander bewegen, über deren gesamte Länge in Kontakt
sind. Das heißt,
die rippenförmigen
Elemente drücken, über deren
gesamte "Höhe", gegen den anderen Formwerkzeugteil.
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weisen entweder die rippenförmigen Elemente oder der gegenüberliegende Teil
des anderen Formwerkzeugteils eine Verdickung auf, so dass der Eingriff
nur entlang einer ringförmigen
Linie stattfindet. Das heißt,
wenn die ringförmigen
Elemente eine Verdickung aufweisen, die sich vorzugsweise nahe dem
freien Ende derselben befindet, wird, wenn der andere Formwerkzeugteil
relativ dazu bewegt wird, ein konstanter Hebeldruck durch die rippenförmigen Elemente
ausgeübt.
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Wenn
andererseits der gegenüberliegende Teil
des anderen Formwerkzeugteils eine Verdickung aufweist, gleitet
diese Verdickung dann während
der Schließ-
oder Öffnungsbewegung über die
rippenförmigen
Elemente hinweg, und während
dieser Bewegung verkürzt
sich der durch die rippenförmigen
Elemente gebildete Hebel. Das heißt, im Falle einer Schließbewegung
wird die Hebellänge
zunehmend kürzer,
und die Zentrierungskraft wird folglich zunehmend größer. Eine
relativ niedrige Zentrierungskraft kann beim Eintreten ausreichen,
wobei sich die Kraft erhöht,
wenn die Formwerkzeugteile weiter in Bezug aufeinander geschlossen
werden.
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Die
rippenförmigen
Elemente können
als ein Ring angeordnet sein und als ein Sitz für einen darin aufzunehmenden
Körper
dienen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass ein Körper rund
um diese angeordnet wird, das heißt dass die rippenförmigen Elemente
in einem Sitz platziert werden. Abhängig von der Ausführungsform
erfolgt die Bewegung der rippenförmigen
Elemente nach außen
oder nach innen.
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Erfindungsgemäß müssen mindestens
fünf rippenförmige Elemente
angebracht werden. In der Praxis werden größere Anzahlen von bis zu einigen Hundert
verwendet.
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Die
Erfindung wird nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf veranschaulichende
Ausführungsformen,
die in der Zeichnung gezeigt werden, erläutert: Bei der Zeichnung zeigt:
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1 schematisch ein Formwerkzeugteil, das
eine erfindungsgemäße Zentrierung
aufweist;
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2 schematisch das Zusammenwirken von
zwei erfindungsgemäßen Formwerkzeugteilen;
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3 ein Detail der in 2 gezeigten Ausführung; und
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4 eine geänderte Ausführungsform
der Ausführung
gemäß 3.
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Die
Zentrierung von zwei Formwerkzeugteilen 2 und 3,
die Teil einer Formwerkzeuganordnung 1 sind, wird in 1 bis 3 gezeigt. Wie in 1 ersichtlich ist, weist das zweite Formwerkzeugteil 3 einen
Zentrierungssitz 4 auf, der durch eine große Anzahl,
zum Beispiel von einigen zehn, rippenförmiger Elemente 8 begrenzt
wird, zwischen denen Nuten 9 ausgeformt worden sind.
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Die
radiale Länge
dieser rippenförmigen
Elemente wird mit a angegeben, während
die Tangentiallänge
mit b angegeben wird. Die radiale Richtung wird mit R angegeben
und die Tangentialrichtung mit T. Bei diesem Beispiel sind die rippenförmigen Elemente
biegefester der radialen Richtung R als in der Tangentialrichtung
T. Das heißt,
diese Elemente lassen sich problemlos seitlich abbiegen, sie können jedoch
in radialer Richtung nur schwer abgebogen werden. Die Nuten können z.
B. durch elektro-erosive Bearbeitung ausgeformt werden, jedoch ebenfalls mit
jedem anderen Verfahren, das nach dem Stand der Technik bekannt
ist. Das Material, aus welchem diese rippenförmigen Elemente hergestellt
werden, wird im allgemeinen das gleiche Material sein, wie das des
betreffenden Formwerkzeugteils. Es wird ebenfalls der gleichen Wärmebehandlung
unterzogen werden. Die Abmaße
der rippenförmigen
Elemente sind so gewählt,
dass Bewegungen von wenigen hunderten Millimeter am freien Ende
derselben ohne plastische Deformation möglich sind.
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Die
Art und Weise, in welcher ein fester Zentrierkörper 6, der eine rund
um diesen angeordnete feste Zentrierhülse 6 aufweist, in
den Zentriersitz 4 eingeführt wird, wird in 2 gezeigt. Diese Zentrierhülse 6 kann
eine Oberflächenbeschichtung 7 aufweisen.
Ein Formenhohlraum 11 wird zwischen den Formwerkzeugteilen
begrenzt. Wenn der Zentrierkörper
oder die Zentrierhülse 6 nach
innen in die rippenförmigen
Elemente 8 hinein bewegt wird, findet eine elastische Deformation
der rippenförmigen
Elemente 8 als Ergebnis des Größenunterschiedes statt, wobei die
Zentrierhülse 6 zirka
1 – 100
und im Besonderen zirka 1 – 5 μm größer im Durchmesser
ist als der Zentriersitz 4. Es hat sich herausgestellt,
dass diese elastische Deformation relativ wenig Anstrengungen erforderlich
macht, und im Ergebnis dessen ist die Kraft, die für das Bewegen
der ersten und zweiten Formwerkzeugteile 2 und 3 zueinander
erforderlich ist, relativ gering. Andererseits erzeugt diese Ausführung einen
besonders großen
Zentrierungseffekt, was eine besonders genaue Zentrierung der Formwerkzeugteile
in Bezug auf einander möglich
macht. Die so erzielte Biegefestigkeit der Konstruktion ist viele
Male größer als
die Biegefestigkeit der Spritzgussmaschine, so dass die Auflagen
der Hersteller mehr als erfüllt
werden. Es versteht sich, dass die Zentrierung kontinuierlich über den
gesamten Weg für
die Bewegung der Zentrierhülse 6 und
des Zentriersitzes 4 zueinander stattfindet, wenn die Zentrierhülse 6 und
die rippenförmigen
Elemente 8 in Eingriff geraten. Dies steht im Gegensatz
zum Stand der Technik, bei welchem die Zentrierung mit Hilfe von Kegeln
erzielt wird. Im Ergebnis ist es möglich, Arbeitsschritte, wie
zum Beispiel Vollprägen
und Lüften vorzunehmen,
ohne dass die Gefahr besteht, dass sich die Formwerkzeugteile relativ
zueinander auf einer Ebene senkrecht zur Richtung des Schlusses
bewegen.
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Eine
besondere Ausführungsform
der Erfindung wird in 3 gezeigt.
Die rippenförmigen
Elemente 8 weisen eine Umfangsverdickung 10 auf.
Im Ergebnis dessen nimmt die Zentrierhülse 6 ausschließlich diese
nabenförmige
Verdickung 10 in Eingriff. Eine Zentrierwirkung findet
kontinuierlich statt, immer mit der gleichen Kraft, da der Hebel,
der durch das rippenförmige
Element gebildet wird, d. h. der Abstand von der Verdickung 10 relativ
zur Basis des zweiten Formwerkzeugteils, konstant bleibt.
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Dies
ist anders bei der Ausführungsform,
die in 4 gezeigt wird.
Bei dieser Figur wird die Zentrierhülse angegeben mit 16,
die gezeigte Zentrierrippe mit 18 und die auf dieser angebrachte
Beschichtung mit 17. In diesem Fall wird die Verdickung
mit 20 angegeben, und sie ist auf dem Zentrierkörper positioniert.
Der Eingriff von Verdickung 20 findet an verschiedenen "Höhen" des gezeigten rippenförmigen Elements
statt, d. h. die Hebelwirkung derselben ändert sich beim Schließen, und
die Zentrierkraft erhöht sich
beim Schließen.
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Die
oben gezeigte Anordnung ist in der Lage, problemlos Ausrichtungsfehler
zu verkraften und einen Ausgleich für Temperaturunterschiede zu
schaffen. Es ist möglich,
Abweichungen von zirka 0 – 1
mm zu verkraften, abhängig
von der Anzahl von Blöcken und
dem Durchmesser des Sitzes. Die Festigkeit jedes der rippenförmigen Elemente
in der radialen Richtung ist, wie oben angegeben, viel größer als diejenige
in der Tangentialrichtung. Ein Faktor von mindestens fünf wird
beispielhaft erwähnt.
Im allgemeinen liegt der kritische Teil der Schließbewegung bei
zirka 1 mm oder weniger. Die oben beschriebene Vorrichtung kann
für den
Spritzguss jedes Artikel eingesetzt werden, der nach dem Stand der
Technik vorstellbar ist, sie wird jedoch im Besonderen für den Spritzguss
von optischen Informationsträgern
und noch spezieller für
DVDs eingesetzt. Die Form ist entsprechend ausgelegt.
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Obwohl
die Erfindung oben unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben worden ist, versteht es sich, dass zahlreiche Änderungen
an denselben vorgenommen werden können, ohne über den Schutzbereich der vorliegenden
Anmeldung hinauszugehen. Diese Änderungen
liegen für
Fachleute beim Lesen der obigen Beschreibung auf der Hand, und sie
fallen in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche.