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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung
von Kunststoff-Formteilen, insbesondere von großflächigen
und gegebenenfalls optischen Formteilen aus Kunststoff.
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Zur
Herstellung von großflächigen Kunststoff-Formteilen
werden häufig sogenannte Prägeverfahren eingesetzt.
Bei Prägeverfahren wird die flüssige Kunststoffmasse
in eine vorvergrößerte Kavität zwischen
den Formplatten eingespritzt und anschließend unter Ausführung
einer Formplattenbewegung in Dickenrichtung verpresst. Das Einspritzen der
Kunststoffmasse in die vorvergrößerte Kavität
erleichtert die Befüllung der Kavität. Darüber
hinaus bewirkt die Formplattenbewegung während der Abkühlphase
einen Schwundausgleich und ermöglicht so die Herstellung
von besonders spannungsarmen Kunststoff-Formteilen. Insbesondere
bei der Herstellung flächiger optischer Kunststoff-Formteile
wie z. B. Verscheibungen von Kraftfahrzeugen (Kfz), bei denen der
Anspritzort im Randbereich des Formteils liegt und Verspannungen
im Produkt sichtbar sind, werden Prägeverfahren häufig
eingesetzt.
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Parallelpräge-Vorrichtungen
ermöglichen die Durchführung von Prägeverfahren
mit einer in den Toleranzgrenzen der Vorrichtung parallelen Stellung der
Formplatten zueinander. Durch das randseitige Einspritzen der Kunststoffmasse
kann eine "exakte" Plattenparallelität verloren gehen und
eine Verkippung der Platten bis hin zu den durch die Vorrichtungstoleranzen
gegebenen Grenzen auftreten. Aus der Schrift
DE 102 33 679 ist es bekannt, einem
solchen Verkippen der Formplatten infolge des Einspritzvorgangs
entgegenzuwirken.
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Beim
Herstellen großer flächiger Formteile kann das
Problem auftreten, dass die Maßhaltigkeit des Formteils
im angussfernen Bereich geringer als im angussnahen Bereich ist.
Beispielsweise kann eine nominal konstante Wandstärke des
fertigen Kunststoff-Formteils im angussnahen Bereich größer als
im angussfernen Bereich sein, da das eingespritzte Kunststoffmaterial
im angussnahen Bereich höher komprimiert ist als im angussfernen
Bereich und daher im angussnahen Bereich eine geringere Schwindung
beim Verfestigen des Kunststoffmaterials auftritt als im angussfernen
Bereich.
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Aus
der Schrift
DE 102 59 076 ist
eine Spritzgießvorrichtung bekannt, mit welcher ein Klappprägeverfahren
durchgeführt wird. Eine der beiden Formplatten weist eine
Klappachse auf, um welche diese Formplatte verschwenkt werden kann.
Beim Klappprägen wird vor der Einleitung der flüssigen Kunststoffmasse
eine Schiefstellung der beiden Formplatten relativ zueinander erzeugt.
Die Kunststoffmasse wird dann randseitig im Bereich der Klappachse
in die keilförmige Kavität zwischen den beiden
Formplatten eingespritzt. Das Klappen (d. h. das Reduzieren des Öfnungswinkels)
der Formplatten in die Schließstellung bewirkt eine Verdrängung
der Kunststoffmasse in den angussfernen Bereich der Kavität
und erleichtert somit die vollständige Befüllung
der Kavität auch im angussfernen Bereich. Nachteil dieser
Technik sind die hohen Herstellungskosten für Klappprägevorrichtungen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von flächigen Kunststoff-Formteilen anzugeben, mit welchem
in einfacher Weise flächige Kunststoff-Formteile mit hoher Maßhaltigkeit
hergestellt werden können. Ferner zielt die Erfindung darauf
ab, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher Kunststoff-Formteile
mit hoher Maßhaltigkeit gefertigt werden können.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die
Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vor teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Durch
das Dimensionieren der Kavität im angussfernen Bereich
auf Übermaß (bezogen auf die Sollwandstärke)
wird erreicht, dass das im angussnahen Bereich höher komprimierte
Kunststoffmaterial nach unten in die im angussfernen Bereich temporär
vergrößerte Kavität verdrängt
wird. Dadurch sammelt sich im Vergleich zu einer der Sollwandstärke entsprechenden
Geometrie der Kavität mehr Kunststoffmaterial im angussfernen
Bereich der Kavität an. Dieses lokale, temporäre Überdimensionieren
der Kavität kann durch einen Biegeprozess zumindest einer
der Formplatten oder auf konstruktivem Weg erreicht werden. Nach
dem Einspritzen des Kunststoffmaterials und einer entsprechend der
Kavitätsgeometrie erfolgten Materialverteilung wird die
lokale Überdimensionierung der Kavität wieder
aufgehoben, d. h. eine Kavitätsgeometrie entsprechend der Sollwandstärke
des zu fertigenden Formteils geschaffen. Dadurch wird das vom angussnahen
Bereich verdrängte Kunststoffmaterial am angussfernen Ende
des Kunststoff-Formteils weiter komprimiert und somit die dort erhöhte
Schwindung kompensiert. Die Neudimensionierung der Kavität
auf Sollwandstärke kann z. B. ein Zurückstellen
der zuvor gebogenen Formplatte oder ein Biegen der Formplatte umfassen.
Im Ergebnis wird dadurch ein flächiges Kunststoff-Formteil
mit maßhaltiger (z. B. konstanter) Wandstärke
und ausgeglichenen Druck-Spannungsverhältnissen über
das gesamte Formteil erhalten.
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Nach
einem ersten Ausführungsbeispiel wird die mindestens eine
Formplatte während des Einspritzens des Kunststoffmaterials
angussfern auf Übermaß gebogen. Die Biegung der
Formplatte kann hierbei gegebenenfalls allein durch den Einspritzdruck
des Kunststoffmaterials herbeigeführt werden.
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Nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die mindestens eine
Formplatte vor dem Einspritzen des Kunststoffmaterials angussfern
auf Übermaß gebogen. Die Biegung der Formplatte kann z.
B. durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung bewirkt werden.
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Vorzugsweise
ist der Einspritzvorgang vor dem Neudimensionieren der Kavität
auf Sollwandstärke (z. B. durch Zurückstellen
der gebogenen Formplatte) bereits abgeschlossen. D. h. die Kavität ist
vorzugsweise vor dem Beginn des Zurückbiegens der gebogenen
Formplatte bereits vollständig gefüllt. Darüber
hinaus ist vorzugsweise vor dem Zurückstellen der gebogenen
Formplatte der Materialausgleich bereits erfolgt.
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Das
Plattenbiegen kann mit einem Prägeverfahren (d. h. der
Verpressung des eingespritzten Kunststoffmaterials mittels einer
maschinengesteuerten Formplattenbewegung zum Schwundausgleich und
besseren Füllung) kombiniert sein. In diesem Fall kann
nach dem Zurückstellen der gebogenen Formplatte z. B. in
ihre Plattenebene noch ein Prägespalt zwischen den Formplatten
vorhanden sein. Das Schließen der Formplatten kann anschließend
durch einen Parallel-Prägeschritt (sofern der Prägespalt
ein Parallelspalt ist und die Spritzgießmaschine eine Parallelpräge-Funktionalität
hat) oder einen Klapp-Prägeschritt (sofern der Prägespalt
ein Keilspalt ist und die Spritzgießmaschine eine Klapppräge-Funktionalität
hat) erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, den maschinengesteuerten
Prägeschritt (Parallelprägen bzw. Klappprägen) überlagert
mit dem Zurückstellen der gebogenen Formplatte oder vor
dem zurückstellen der gebogenen Formplatte durchzuführen.
In letzterem Fall werden die Formplatten durch das Zurückstellen
der gebogenen Formplatte vollständig geschlossen.
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Eine
Verfahrensvariante, bei welcher die Formplatten durch das Zurückstellen
der gebogenen Formplatte vollständig geschlossen werden,
kann auch auf einer Standard-Spritzgießmaschine ohne jegliche
Präge-Funktionalität durchgeführt werden.
In diesem Fall sind die Formplatten vor der Befüllung der
Kavität bereits vollständig geschlossen. Das Biegen
der Formplatte im angussfernen Bereich mit anschließendem
Zurückstellen der gebogenen Formplatte bewirkt dort ähnlich
wie bei einem maschinengesteuerten Prägeverfahren einen
Schwundausgleich. Allerdings wird die Befüllung der Kavität
in diesem Fall nicht erleichtert.
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Eine
Vorrichtung zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen
umfasst eine erste und eine zweite Formplatte, die relativ zueinander
verfahrbar sind. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Basisplatte,
die eine der beiden Formplatten rückseitig abstützt,
wobei eine zur Abstützung dienende Fläche der
Basisplatte oder der abgestützten Formpatte eine Krümmung
oder Abschrägung aufweist. Durch die Krümmung
oder Abschrägung wird eine temporäre Verbiegung
der Formplatte im Betrieb erzeugt.
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Die
Vorrichtung kann eine Krafterzeugungseinrichtung aufweisen, die
ausgelegt ist, derart auf die abgestützte Formplatte einzuwirken,
dass diese im Bereich der Krümmung oder Abschrägung
der Fläche von der Basisplatte abgehoben wird. Dadurch wird
die Formplatte zurückgestellt.
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Die
abgestützte Formplatte kann an ihrer Rückseite
eine oder mehrere Ausnehmungen zur Beeinflussung ihrer Biegeelastizität
aufweisen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von Zeichnungen
beschrieben, die nicht maßstäblich sind; in diesen
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Herstellen
von Kunststoff-Formteilen;
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2 eine
gewölbte Basisplatte in Draufsicht;
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3–6 schematische
Schnittdarstellungen der Formplatten im Bereich der Kavität
zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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7 eine
schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten
Vorrichtung mit gebogener zweiter Formplatte;
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8 eine
schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten
Vorrichtung mit gebogener und schiefgestellter zweiter Formplatte;
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9 eine
schematische Schnittdarstellung eines Werkzeugs mit Stollenführung;
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10 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung zum Herstellen
von Kunststoff-Formteilen;
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11 eine
schematische Schnittdarstellung der in 10 gezeigten
Vorrichtung mit zwei gebogenen Formplatten;
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12 eine
schematische Teilschnittdarstellung einer Spritzgießvorrichtung
mit zwei Formplatten, wobei die Biegerichtung der einen Formplatte
im wesentlichen senkrecht zur Schließrichtung orientiert ist;
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13 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung zum Herstellen
von Kunststoff-Formteilen mit gekrümmter oder abgeschrägter
Kavität;
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14 eine
schematische Schnittdarstellung der in 13 gezeigten
Vorrichtung mit einer im geschlossenen Zustand gebogenen Formplatten;
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15 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung zum Herstellen
von Kunststoff-Formteilen; und
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16 eine
schematische Schnittdarstellung der in 15 gezeigten
Vorrichtung mit einer zweiten gebogenen Formplatten.
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Die
nachfolgend beschriebenen Vorrichtungen können zur Herstellung
von (groß)flächigen Kunststoff-Formteilen wie
beispielsweise transparenten Verscheibungen z. B. von Kraftfahrzeugen,
Fernsehern oder anderen Produkten mit transparenten Panelen eingesetzt
werden. Darüber hinaus können auch nicht transparente
Abdeckteile bzw. Panele hergestellt werden. Die seitlichen Dimensionen
derartiger flächiger Kunststoff-Formteile können
beispielsweise um mehr als den Faktor 30, insbesondere um mehr als
den Faktor 50 größer als die Wandstärke der
Formteile sein. Darüber hinaus befindet sich der Anspritzpunkt
(d. h. die Mündung der Kunststoffzuführungseinheit)
häufig in einem randseitigen Bereich des zu fertigenden
Kunststoff-Formteils, da es manchmal nur dort möglich ist,
den Anspritzpunkt durch geeignete Maßnahmen zu kaschieren.
Die vergleichsweise geringe Wandstärke und die verhältnismäßig
langen Fließwege bewirken, dass mit einem sehr hohen Einspritzdruck
gearbeitet werden muss, um die Kavität vollständig
mit Kunststoffmaterial zu füllen. Infolge des hohen Einspritzdruckes
können leicht Verspannungen im Kunststoff-Formteil auftreten,
die insbesondere bei einem optischen Kunststoff-Formteil (d. h.
zum Beispiel bei einer transparenten Kunststoff-Verscheibung) für
den Betrachter sichtbar sind. Die Herstellung solcher flächigen Kunststoff-Formteile
ist daher schwierig und es kann erforderlich sein, Prägever fahren
einzusetzen, um möglichst spannungsfreie Formteile erzielen
zu können.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung kann nach 1 eine
erste Formplatte 1 und eine zweite Formplatte 2 aufweisen,
die die beiden zusammenwirkenden Hälften eines Spritzgießwerkzeugs
darstellen. In 1 ist die erste Formplatte 1 als
Matrizenformplatte ausgeführt, d. h. mit einer Aussparung 3 in
ihrer der zweiten Formplatte 2 gegenüberliegenden
Plattenoberfläche versehen. Die zweite Formplatte 2 bildet
in dem hier dargestellten Beispiel die Kernformplatte, d. h. sie
weist an ihrer der ersten Formplatte 1 zugewandten Oberfläche
einen vorstehenden Formkern 4 auf. Die Geometrie des Formkerns 4 korrespondiert
mit der Geometrie der Aussparung 3, sodass bei einem Eintauchen
des Formkerns 4 in die Aussparung 3 zwischen den
jeweiligen Werkzeugflächen eine Kavität gebildet
wird. Die Abdichtung der Kavität erfolgt dabei über
Tauchkanten oder Hubleisten 5, 6, die die Aussparung 3 bzw.
den Formkern 4 seitlich begrenzen.
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In
z. B. der zweiten Formplatte 2 ist im Randbereich des Formkerns 4 eine
Kunststoffzuführungseinheit 7 vorgesehen. Die
Kunststoffzuführungseinheit 7 kann beispielsweise
in Form eines Heißkanals ausgebildet sein, der direkt in
die Kavität mündet und z. B. senkrecht zu der
Stirnfläche des Formkerns 4 verläuft.
Vorzugsweise ist die Kunststoffzuführungseinheit 7 mit
einem Sperrschieberverschluss (nicht dargestellt) ausgerüstet, über
welchen die abgegebene Kunststoffmaterialmenge genau gesteuert werden
kann. Es ist jedoch auch möglich, eine seitlich (d. h.
parallel zur Stirnfläche des Formkerns 4) orientierte
Kunststoffzuführung vorzusehen (sogenannter Filmanguss).
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Die
beiden Formplatten 1 und 2 sind auf jeweiligen
Basisplatten 8, 9 montiert. Die Basisplatten 8, 9 sind
in der Regel dem Werkzeug zugeordnet. Die Basisplatten 8, 9 können
jedoch beispielsweise auch Aufspannplatten einer Spritzgießmaschine sein.
In dem hier dargestellten Beispiel ist die Basisplatte 8 als
feststehende, unbewegliche Platte realisiert, während die
Basisplatte 9 in Richtung des Doppelpfeils P verfahren
werden kann. Zum Verfahren der Basisplatte 9 können
beispielsweise Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 vorgesehen
sein, die Bestandteil einer Spritzgießmaschine oder einer
sonstigen Vorrichtung zum Spritzgießen sein können.
Die Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 können
zwischen der Rückseite der Basisplatte 9 und einem
feststehenden, unbeweglichen Rahmen 12 angeordnet sein.
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Ferner
kann die Vorrichtung in nicht dargestellter Weise Werkzeugführungen
aufweisen. Werkzeugführungen können z. B. durch
Säulen realisiert sein, die durch Bohrungen in den Basisplatten 8 und 9 oder
Bohrungen in den Formplatten 1 und 2 hindurch
ragen, in Bewegungsrichtung verlaufen und dafür sorgen,
dass die Formplatten 1, 2 während einer
Werkzeugbewegung stets zueinander ausgerichtet bleiben. Andere Führungen
(z. B. sogenannte Stollenführungen, bei denen in Bewegungsrichtung orientierte
Schwerter in seitlichen Führungsnuten z. B. im Werkzeug
verlaufen) sind ebenfalls möglich. In der Regel ist die
Säulenführung in den Aufspannplatten der Spritzgießmaschine
und die Stollenführung im Werkzeug (d. h. in den Formplatten 1, 2 oder
den Basisplatten 8, 9) integriert.
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Bei
der in 1 beispielhaft dargestellten Vorrichtung kann
es sich um eine Parallelpräge-Vorrichtung handeln, d. h.
eine Spritzgießmaschine oder eine andere zum Spritzgießen
von Kunststoff-Formteilen verwendete Vorrichtung, bei welcher die
Formplatten 1 und 2 stets parallel (innerhalb
der Maschinen- bzw. Werkzeugtoleranz) zueinander angeordnet sind
und in dieser Stellung relativ zueinander verfahren werden können,
wobei das Verfahren während der Prägephase unter
Verwendung einer Steuerung erfolgt. Eine solche Vorrichtung weist
keinen Klappmechanismus (bestehend z. B. aus Lagerschalen und einer
Drehwelle) auf, mit welchem eine der Formplatten 1 bzw. 2 um
eine Klappachse herum verschwenkt werden kann. Innerhalb von Toleranzgrenzen,
die durch Materialelastizität und gegebenenfalls einem
gewissen Bewegungsspiel gegeben sind, ist jedoch auch bei einer
solchen Parallelpräge-Vorrichtungen eine geringe Schiefstellung
der Formplatten 1, 2 möglich, wie dies
noch später in Bezug auf die 7 und 8 erläutert
wird.
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Die
in 1 dargestellte Anordnung lässt sich in
vielerlei Hinsicht variieren. Anstelle der zweiten Formplatte 2 kann
die erste Formplatte 1 oder können auch beide
Formplatten 1 und 2 als bewegliche Formplatten
ausgeführt sein. Die erste Formplatte 1 kann auch
als Formkernplatte und die zweite Formplatte 2 kann auch
als Matrizenformplatte realisiert sein. Die randseitige Kunststoffzuführungseinheit 7 kann
in der Matrizenformplatte angeordnet sein und dort randseitig in
die Aussparung 3 münden. Darüber hinaus
kann eine Mehrzahl von randseitigen Kunststoffzuführungseinheiten 7 in
dem in 1 dargestellten oberen Bereich der Spritzgieß-Vorrichtung vorgesehen
sein. Die Kunststoffzuführung kann auch zentrisch sein.
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Die
räumliche Anordnung der Vorrichtung wird vorzugsweise so
gewählt, dass die Kunststoffzuführungseinheit 7 im
oberen Bereich der Vorrichtung vorgesehen ist, sodass eingespritztes
Kunststoffmaterial aufgrund der Schwerkraft in der Kavität
zwischen der Ausnehmung 3 und dem Formkern 4 nach unten
läuft. Bei der Darstellung der 1 kann es sich
mit anderen Worten um einen Vertikalschnitt handeln, bei welchem
sich der Standboden der Vorrichtung in der 1 unten
befindet. Da andere Orientierungen im Raum aber ebenfalls möglich
sind, sind die Begriffe vertikal und horizontal im allgemeinen nur
als relative Richtungsangaben zu verstehen.
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Die
zweite Formplatte 2 ist mit ihrer vorzugsweise ebenen Rückseite
an einer Auflagefläche 25 der Basisplatte 9 abgestützt.
Die Auflagefläche 25 ist beispielsweise in einem
angussnahen Teilbereich eben und in einem angussfernen Teilbereich 22 leicht gekrümmt
und/oder abgeschrägt. Z. B. kann sich die Krümmung
oder Abschrägung über etwa die untere Plattenhälfte
(bezogen auf die Kavitätsmitte) erstrecken und einen maximalen
tangentialen Winkel (am unteren Ende des Formteils) im Bereich von
etwa 2/2000 oder 1/2000 rad gegenüber der Plattenebene (d.
h. der Stützfläche im Bereich der oberen Plattenhälfte)
aufweisen.
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Wie
im folgenden noch näher erläutert kommt es im
Betrieb zu einer elastischen Durchbiegung der zweiten Formplatte 2 entlang
dem gekrümmten bzw. abgeschrägten Teilbereich 22 der Auflagefläche 25.
D. h., der Teilbereich 22 dient als Biegeanschlag für
die zweite Formplatte 2. Die maximal erreichbare Krümmung/Abschrägung
der Auflagefläche 25 ist durch die Biegeelastizität
bzw. die Biegetoleranz der zweiten Formplatte 2 limitiert.
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Zur
Lagesteuerung des angussfernen Bereichs der zweiten Formplatte 2 können
eine oder mehrere Zylinder-Kolben-Anordnungen 23 vorgesehen
sein, die zwischen der zweiten Formplatte 2 und der Basisplatte 9 (oder
auch einer nicht dargestellten dahinter liegenden weiteren Platte)
wirken und z. B. unterhalb der Kavität 20 angeordnet
sind. Die Zylinder-Kolben-Anordnungen 23 können
in der Basisplatte 9 oder in der zweiten Formplatte 2 ausgebildet sein
oder können ein Bestandteil der Spritzgießmaschine
sein. Wie im folgenden noch näher ausgeführt dienen
sie dazu, die gebogene zweite Formplatte 2 wieder zurückzustellen,
wobei eine Rückstellung gegebenenfalls auch allein durch
die Rückstellelastizität der zweiten Formplatte 2 selbst
bewirkt werden kann. Ferner können sie optional das Biegen
der zweiten Formplatte 2 unterstützen (wobei sie
dann dazu ausgelegt sein müssen, auch auf Zug arbeiten zu
können).
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Eine
Krümmung oder Abschrägung der Auflagefläche 25 der
Basisplatte 9 im Teilbereich 22 kann entlang beider
Dimensionen der Auflagefläche 25 ausgebildet sein. 2 zeigt
beispielhaft die Basisplatte 9 im Bereich der Auflagefläche 25 in
Draufsicht auf die Auflagefläche 25. Die Linie 27 entspricht der
Kontur der Kavität, und der Anspritzpunkt im oberen Endbereich
der Kavität ist mit A gekennzeichnet. Ferner sind auf Höhe
des oberen Bereichs der Kavität seitliche Aussparungen 26 in
der Basisplatte 9 vorgesehen, die zur Aufnahme von Schwertern
einer Stollenführung (Werkzeugführung) dienen.
Die Aussparungen 26 befinden sich vorzugsweise oberhalb des
Beginns der Krümmung oder Abschrägung der Auflagefläche 25.
Die Lage zweier Zylinder-Kolben-Anordnungen 23 unterhalb
der Kavitätskontur 27 ist ebenfalls dargestellt.
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Die
Krümmung oder Abschrägung der Auflagefläche 25 innerhalb
der Kavitätskontur 27 wird durch die Zahlenangaben
(in mm) zum Ausdruck gebracht. Diese entsprechen dem Abstand zwischen der
ebenenflächigen Rückseite der zweiten Formplatte 2 und
der Auflagefläche 25 der Basisplatte 9 bei
im wesentlichen druckfreier Anlage (d. h. bei nicht durchgebogener
zweiter Formplatte 2). In einem streifenförmigen,
mittigen, vertikal verlaufenden Abschnitt 28 ist die Auflagefläche 25 in
der oberen Hälfte der Kavitätskontur 27 eben
(Abstand 0,00). Ein Mittenbereich innerhalb der Kavitätskontur 27 erstreckt
sich in Horizontalrichtung und ist mit dem Bezugszeichen 29 bezeichnet.
In der unteren Hälfte der Kavitätskontur 27 krümmt
sich die Auflagefläche 25 entlang dem Abschnitt 28 oder
verläuft schräg, so dass die Zahlenangaben (Abstände
0,1, 0,2, 0,3) mit wachsender Distanz von dem Mittenbereich 29 der Kavitätskontur 27 zunehmen.
Die 1 kann als ein Schnitt entlang dem streifenförmigen
Abschnitt 28 aufgefasst werden.
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Wie
in 2 dargestellt kann optional auch eine Krümmung
oder Abschrägung der Auflagefläche 25 in
der Horizontaldimension vorgesehen sein. Die Krümmung oder
Abschrägung kann symmetrisch zum Abschnitt 28 sein
und beispielsweise auch in der oberen Hälfte der Kavitätskontur 27 ausgebildet
sein. Ausgehend von dem Anspritzpunkt A ist die Auflagefläche 25 in 2 also
in 3 Richtungen (nach unten und zu beiden Seiten hin) gekrümmt,
wobei die Rückstellung der zweiten Formplatte 2 in sämtlichen
Richtungen auch allein durch die elastische Rückstellkraft der
zweiten Formplatte 2 selbst erfolgen kann.
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Der
Anspritzpunkt A kann auch in die Mitte der Kavitätskontur 27 liegen.
Eine zentrische Formteilanbindung kann beispielsweise bei nicht-transparenten
Formteilen oder bei transparenten Formteilen mit einer optischen
Kaschierung im Mittenbereich (z. B. bei Verscheibungen mit einem
Schwarzrandkreuz) möglich sein. In diesem Fall kann die
Auflagefläche 25 der Basisplatte 9 ausgehend
von dem Anspritzpunkt A auch in 4 Richtungen (nach unten, nach oben und
zu beiden Seiten hin) gekrümmt bzw. abgeschrägt
sein. Durch eine Krümmung oder Abschrägung der
Auflagefläche 25 in der Horizontaldimension kann
eine genaue und definierte Massenumverteilung entsprechend der Fließweglänge
in den angussfernen Bereichen der Kavitätskontur 27 vorgenommen
werden.
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Die
Krümmung oder Abschrägung der Auflagefläche 25 kann
so gestaltet sein, dass sie einem Effekt entgegenwirkt, der bei
großen, flächigen Teilen auftritt: Es hat sich
herausgestellt, dass es bei herkömmlichen, nicht gebogenen
Formplatten zu einer Wandstärkenverdickung in einem zentralen
Bereich des Formteils (d. h. in einem mittigen Bereich der Kavität 20)
kommt. Dieser Effekt tritt sowohl matrizenplattenseitig als auch
formkernseitig auf. Dieser "Verbauchung" des Kunststoff-Formteils
kann durch eine entgegengerichtete Wölbung (d. h. Krümmung
oder Abschrägung der Auflagefläche 25 ausgehend
von der Kavitätsmitte in vorzugsweise alle 4 Richtungen) entgegengewirkt
werden. Die dadurch erzeugte Formänderung der zweiten Formplatte 2 (und/oder
der ersten Formplatte 1, sofern diese Wölbung
an der Auflagefläche der ersten Basisplatte 8 für
die erste Formplatte 1 vorgesehen ist) wird nicht zurückgestellt,
sondern bleibt in der Schließposition des Werkzeugs erhalten.
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Es
ist auch möglich, dass die Krümmung oder Abschrägung
der Basisplatte 9 bereits oberhalb der Kavitätskontur 27 und
so mit außerhalb der Kavität beginnt. In diesem
Fall krümmt sich die Auflagefläche 25 auch
schon entlang dem Abschnitt 28 in der oberen Hälfte
der Kavitätskontur 27 oder ist dort abgeschrägt.
Die Biegebelastung liegt dann weitestgehend außerhalb der
Kavität. Bei dieser Ausführung wird ähnlich
wie beim herkömmlichen Klappprägen mit einer Klappachse
der Einspritzdruck reduziert. Aufgrund der geringeren elastischen
Rückstellkräfte werden für das Abheben
der zweiten Formplatte 2 von der gekrümmten Auflagefläche 25 jedoch
stärkere und/oder mehr Zylinder-Kolben-Anordnungen 23 als
bei dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel
benötigt und/oder die zweite Formplatte 2 sollte
steifer sein.
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Die
Biegeelastizität der zweiten Formplatte 2 kann
durch eine oder mehrere Aussparungen 24 erhöht
werden. Die Aussparungen 24 können je nach der
Ausführung bzw. Formgebung der Auflagefläche 25 angeordnet
und gestaltet werden. Beispielsweise können die Aussparungen 24 gekreuzt
oder diagonal verlaufen und in der Tiefe variieren. Die Aussparung(en) 24 beginnen
vorzugsweise dort, wo die Krümmung oder Abschrägung
der Auflagefläche 25 beginnt. Beispielsweise können
die in 2 dargestellten streifenförmigen Bereiche 28, 29 Aussparungen 24 darstellen.
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Die
Formgebung der Auflagefläche 25 in ihrem gekrümmten
oder abgeschrägten Teilbereich 22 (und somit auch
der Verlauf der Plattenbiegung) kann sehr unterschiedlich ausgebildet
sein. Sie kann z. B. in Form einer Rundung mit im wesentlichen konstantem
Radius oder in Form einer Abschrägung realisiert sein,
die an einem Biegepunkt oder einer Biegezone mit vergleichsweise
kleinem Krümmungsradius beginnt und im weiteren Verlauf
schwächer oder gar nicht mehr gekrümmt (d. h.
linear) ist. Insofern kann sich der Biegespalt zwischen der Rückseite
der zweiten Formplatte 2 und der Auflagefläche 25 der
Basisplatte 9 "progressiv" vergrößern
(d. h. der Biegespaltwinkel im angussnahen Bereich ist kleiner als
der Biegespaltwinkel im angussfernen Bereich – dies tritt beispielsweise
bei einer Rundung mit im wesentlichen konstanten Radius auf) oder
der Biegespalt kann sich im Wesentlichen linear vergrößern
(d. h. der Biegespaltwinkel ist entlang dem Teilbereich 22 im
wesentlichen konstant – dies tritt beispielsweise bei einer
Abschrägung auf).
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Anstelle
der Auflagefläche 25 der Basisplatte 9 kann
auch die Rückseite der zweiten Formplatte 2 eine
entsprechende Krümmung oder Abschrägung aufweisen.
In diesem Fall kann die Auflagefläche 25 der Basisplatte 9 eben
sein. Sämtliche Angaben zur Formgebung der Auflagefläche 25 der
Basisplatte 9 gelten dann in analoger Weise für
die Formgebung der Rückseite der zweiten Formplatte 2 bzw.
der ersten Formplatte 1, sofern diese als Biegeplatte ausgeführt
ist (siehe 10, 11).
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Die 3 bis 6 veranschaulichen
ein Ausführungsbeispiel eines ersten Verfahrens, bei welchem
das erfindungsgemäße Biegen der zweiten Formplatte 2 mit
einem Parallelprägeverfahren kombiniert wird. Zunächst
wird die zweite Formplatte 2 in Parallelstellung zu der
ersten Formplatte 1 hin verschoben, wobei der Formkern 4 in
die Ausnehmung 3 eintaucht und eine Kavität 20 definiert.
Beim Verschieben liegt die zweite Formplatte 2 lediglich
am nicht gekrümmten (oberen) Bereich der Abstützfläche 25 der
Basisplatte 9 an der Abstützfläche 25 an. Die
Kavität 20 wird durch die zusammenwirkenden Tauchkanten 5, 6 abgedichtet.
Die Formplatten 1 und 2 sind parallel, d. h. der
Prägespalt X1 zwischen den Formplatten 1 und 2 oberhalb
der Kavität 20 weist im Wesentlichen dieselbe
Größe wie der Prägespalt X2 zwischen
den Formplatten 1 und 2 unterhalb der Kavität 20 auf.
Der Prägespalt X1 = X2 kann in 3 einige
Millimeter, z. B. etwa 5 mm oder auch nur etwa 3 mm, betragen.
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Bei
dieser Plattenstellung kann der Einspritzprozess beginnen, mit welchem
Kunststoffmaterial in die Kavität 20 eingeleitet
wird. Der Anspritzort (entspricht der Mündung der in den 3 bis 6 nicht eingezeichneten
Kunststoffzufüh rungseinheit 7) ist durch die Pfeilspitze
A (Anguss) veranschaulicht.
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Durch
das Befüllen der Kavität 20 mit Kunststoffmaterial
wird in der Kavität 20 ein Fülldruck
aufgebaut, der in Öffnungsrichtung wirkt. Dieser Fülldruck
bewirkt, dass die zweite Formplatte 2 auch im gekrümmten
Teilbereich 22 der Stützfläche 25 an
die Basisplatte 9 gedrückt und dabei gebogen wird.
Ferner kann während des Einspritzens des Kunststoffmaterials
optional eine Parallelpräge-Bewegung durchgeführt
werden, bei welcher die Basisplatte 9 in Parallelstellung
weiter in Schließrichtung verfahren wird.
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Nachdem
die Kavitätsbefüllung weitestgehend oder vollständig
abgeschlossen ist, ist die zweite Formplatte 2 gebogen,
siehe 4. Der Abstand X1 im oberen Bereich zwischen den
Formplatten 1 und 2 ist nun kleiner als der Abstand
X2 im unteren Bereich zwischen den Formplatten 1 und 2.
Beispielsweise kann bei einer Länge des Kunststoff-Formteils
(entspricht der in den Figuren dargestellten Dimension der Kavität 20 in
Vertikalrichtung) von 1 m eine Wegdifferenz von maximal 0,3 mm bis 1,0
mm zwischen X2 und X1 auftreten. Größere Verbiegungen
können für das Werkzeug möglicherweise kritisch
sein (höherer Verschleiß) und sind außerdem für
das Nachdruckprägen auch nicht notwendig. Der Prägespalt
X2 unterhalb der Kavität 20 kann zu diesem Zeitpunkt
etwa z. B. noch maximal 1,0 oder 1,5 mm betragen.
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Die
in 4 gezeigte Verbiegung der zweiten Formplatte 2 kann
wie bereits erwähnt auch durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 23 unterstützt oder
gegebenenfalls auch allein herbeigeführt werden. In diesem
Fall kann die Biegung der zweiten Formplatte 2 auch zeitlich
vor der Befüllung der Kavität 20 erzeugt
werden.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, eine Verbiegung der
Formplatte 2 durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung 21 zu
be wirken, die im angussfernen Bereich der Kavität 20 angeordnet
ist und zwischen den Formplatten 1, 2 wirkt, siehe 4.
Eine solche Zylinder-Kolben-Anordnung wirkt (anders als die Zylinder-Kolben-Anordnung 23)
der Schließkraft entgegen und bewirkt aufgrund ihrer randseitigen Lage
somit auch eine Verkippung der beiden Formplatten 1, 2 zueinander.
Die Möglichkeit einer zusätzlichen Verkippung
der beiden Formplatten 1, 2 durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 21 wird
später noch betrachtet.
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Die
Abstände X1 und X2 in 4 definieren den
gekrümmten Prägespalt, der für das Nachdruckprägen
(d. h. die Prägephase nach vollständiger Füllung
der Kavität, die der Schwundkompensation dient) zur Verfügung
steht.
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Durch
die Verbiegung der zweiten Formplatte 2 wird erreicht,
dass die Wandstärke im angussfernen Bereich temporär
größer eingestellt wird als im angussnahen Bereich.
Dadurch kommt es in der Kavität 20 zu einer besseren
Materialverteilung, da der höheren Materialverdichtung
im angussnahen Bereich ein größeres Volumen im
angussfernen Bereich gegenübersteht. Durch die Biegung
der zweiten Formplatte 2 wird das höher komprimierte,
angussnahe Kunststoffmaterial nach unten in die zeitweilig dort
größer bleibende Kavität 20 verdrängt.
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Sobald
die gewünschte Biegestellung und die gewünschte
Materialumverteilung erreicht ist (siehe 4) – für
die Materialumverteilung kann eine gewisse Wartezeitdauer nach Erreichen
der Biegestellung benötigt werden – wird durch
ein Zurückstellen der gebogenen zweiten Formplatte 2 im
unteren Bereich die Plattenparallelität wieder hergestellt. Dies
kann durch die in den 1 und 2 dargestellte
Zylinder-Kolben-Anordnung 23 erfolgen. Das Wiederherstellen
der Plattenparallelität kann als eine Zurückbiege-Prägephase
aufgefasst werden. Durch die Zurückbiege-Prägephase
wird das Kunststoffmaterial im angussfernen Bereich weiter komprimiert und
somit wird die dort größere Schwindung kompensiert.
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Es
kann insbesondere bei sehr langen Bauteilen (ein oder mehrere Meter
Länge) vorteilhaft sein, im angussfernen Bereich durch
eine "zu große" Krümmung oder Abschrägung
der Basisplatte 9 und somit Biegung der zweiten Formplatte 2 eine
größere Materialanhäufung im angussfernen
Bereich anzustreben, als das Schwindungsvolumen der Wandstärke
es erforderlich machen würde. In diesem Fall würde
das überschüssige Kunststoffmaterial während
der Zurückbiege-Prägephase wieder in Richtung
Formteilzentrum verdrängt, und würde auch dort die
Schwindung reduzieren. Zudem wird durch einen größeren
Biegespaltwinkel der Füllprozess positiv beeinflusst.
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Nach
der Wiederherstellung der Plattenparallelität (siehe 5)
ist der Plattenabstand X1 oberhalb der Kavität 20 wieder
identisch mit dem Plattenabstand X2 unterhalb der Kavität 20.
Beispielsweise können beide Abstände in etwa 0,5
mm betragen. Der Abstand X1 = X2 in 5 kann jedoch
auch kleiner oder größer sein. Z. B. kann der
Abstand X1 = X2 in 5 etwa 0,2 oder 0,3 mm betragen,
wobei in diesem Fall der Abstand X2 in 4 bei einer
angenommenen Verbiegung um z. B. 0,5 mm auf 1 m Formteillänge
in etwa 0,7 oder 0,8 mm betragen würde.
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Im
Ergebnis wird durch die Zurückbiege-Prägephasen
erreicht, dass das fertiggestellte Kunststoff-Formteil eine maßhaltige
(z. B. konstante) Wandstärke über seine gesamte
Ausdehnung vom angussnahen Bereich zum angussfernen Bereich aufweist
und eine Verringerung der Spannungen und Spannungsunterschiede im
Formteil ermöglicht wird.
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Nach
der Parallelstellung der Formplatten 1 und 2 wird
das Werkzeug geschlossen, siehe 6. Zu diesem
Zweck werden die beiden Formplatten 1 und 2 in
Parallelstellung oben wie unten auf Anlage (X1 = X2 = 0) oder nahezu
auf Anlage gebracht. Es ist möglich und gegebenenfalls
auch vorteilhaft, den Nullabstand (X1 = X2 = 0) nie ganz zu realisieren
(z. B. X1 = X2 = 0,01 bis 0,1 mm), damit eine maximale Nachdruckdauer
erreicht wird. Diese abschließende Parallelprägephase,
die ebenfalls dem Schwundausgleich dient (d. h. ein Nachdruckprägen
ist), kann der Zurückbiege-Prägephase auch überlagert
sein, d. h., dass während des Zurückbiegens der
zweiten Formplatte 2 der Abstand X1 oberhalb der Kavität 20 stetig (jedoch
mit geringerer Geschwindigkeit als der Abstand X2 unterhalb der
Kavität 20) verringert wird. Ferner ist es möglich,
die Parallelprägephase vor der Zurückbiege-Prägephase
vorzunehmen. In diesem Fall wird das Werkzeug durch die Zurückbiege-Prägephase
an seinem "aufgebogenem" Plattenende bei X2 vollständig
geschlossen.
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Das
beschriebene "Biegeprägen" kann auch auf einer Spritzgießmaschine
ohne Prägefunktionalität ausgeführt werden.
In diesem Fall wird das Werkzeug zuerst durch Anwendung ausreichend
hoher Zuhaltekräfte geschlossen, d. h. X1 = X2 = 0 (kein Prägespalt).
Durch das Einleiten von Kunststoffmasse in die geschlossene Kavität 20 biegt
sich die zweite Formplatte 2 in der bereits beschriebenen
Weise, d. h. X2 öffnet sich. Die Zurückstellung
der zweiten Formplatte 2 kann in der gleichen Weise erfolgen, wie
dies in Verbindung mit 4 und 5 beschrieben
wurde ("Biegeprägen"). Der abschließende Parallelprägeschritt
(5 zu 6) entfällt.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, das "Biegeprägen"
mit einem sogenannten Atmungsprägen zu kombinieren. Beim
Atmungsprägen ist das Werkzeug vor dem Einleiten des Kunststoffmaterials vollständig
geschlossen. Im Vergleich zum Prägen mit vorvergrößerter
Kavität wird hier zumindest am Anfang des Einspritzens
ein höherer Einspritzdruck benötigt. Beim oder
nach dem Befüllen der Kavität 20 wird
das Werkzeug dann aber etwas geöffnet, z. B. um 0,5 mm,
um nach der vollständigen Füllung der Kavität 20 eine
Prägephase für den Schwundausgleich ausführen
zu können. Diese Prägephase ist dann identisch
mit der Prägephase beim Parallelprägen (siehe 5 zu 6).
Eine parallele und präzise Öffnung des Werkzeugs
kann vorteilhaft durch Zylinder-Kolben-Anordnungen 21 (jede
für sich regelbar) die zwischen den Formplatten 1 und 2 (oder
Basisplatten 8 und 9) der Schließkraft
entgegenwirken, erreicht werden.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, das Biegeprägen
in Verbindung mit einem Klappprägeverfahren durchzuführen.
Ein Klappprägeverfahren ist z. B. aus der Schrift
DE 102 59 076 bekannt.
Eine Spritzgießvorrichtung zur Durchführung eines
Klappprägeverfahrens weist eine Formplatte mit einer Klappachse
auf, um welche diese Formplatte verschwenkt werden kann. Mittels
der Klappachse sind wesentlich größere Winkel
zwischen den Formplatten als beim Biegeprägen erreichbar.
Beim Klappprägen wird vor der Einleitung der flüssigen
Kunststoffmasse eine Schiefstellung der beiden Formplatten relativ
zueinander erzeugt. Die Kunststoffmasse wird dann randseitig im
Bereich der Klappachse in die zu diesem Zeitpunkt bereits keilförmige
Kavität zwischen den beiden Formplatten eingespritzt. Das Klappen
(d. h. das Reduzieren des Öfnungswinkels) der Formplatten
in die Schließstellung bewirkt eine Verdrängung
der Kunststoffmasse in den angussfernen Bereich der Kavität
und erleichtert somit die vollständige Befüllung
der Kavität auch im angussfernen Bereich. Durch das beim
Klappen in die Schließstellung auftretende Verbiegen einer
oder beider Formplatten
2 (z. B. der klappbaren Formplatte
entgegen der Klapprichtung oder auch der feststehenden Formplatte
in Klapprichtung) infolge einer geeignet geformten Krümmungs-
oder Schrägfläche wird auch hier eine bessere
Maßhaltigkeit des herzustellenden Formteils herbeigeführt.
Die Krümmungs- oder Schrägfläche kann
entweder an der Rückwand der zu biegenden Formplatte oder
an der Auflagefläche der die zu biegende Formplatte abstützenden
Basisplatte realisiert sein, wobei die jeweils gegenüberliegende
Fläche dann typischerweise eben ist.
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Eine
weitere optionale Maßnahme betrifft die gezielte Schiefstellung
einer oder beider Formplatten 1, 2 innerhalb der Werkzeug-
bzw. Spritzgießmaschinentoleranzen bei Verwendung einer
Spritzgießmaschine, bei welcher die Basisplatten 8, 9 bauartbedingt
immer "parallel" zueinander ausgerichtet sind. Beispielsweise kann
es sich um eine übliche Spritzgießmaschine ohne
Prägefunktionalität oder um eine Parallelpräge-Spritzgießmaschine
handeln. Innerhalb von Toleranzen, die durch die Elastizität
der Spritzgießmaschine und/oder der Werkzeugführung (z.
B. Stollenführung oder Säulenführung)
begrenzt sind, ist es jedoch möglich, die Basisplatten 8, 9 geringfügig
gegeneinander zu verkippen bzw. schiefzustellen. Eine solche Schiefstellung
der Basisplatten 8, 9 zueinander kann gezielt
z. B. durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung in Höhe des
angussfernen Bereichs der Kavität 20 oder unterhalb
der Kavität 20 herbeigeführt werden,
die zwischen den Basisplatten 8, 9 oder zwischen
den Formplatten 1, 2 wirkt. Beispielsweise kann
die in 4 dargestellte Zylinder-Kolben-Anordnung 21 eingesetzt
werden, die auch zur Biegung der zweiten Formplatte 2 genutzt werden
kann. Alternativ kann eine Zylinder-Kolben-Anordnung verwendet werden,
die zwischen den Basisplatten 8, 9 wirkt.
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7 und 8 zeigen
die in 1 dargestellte Parallelprägevorrichtung
in dem in 4 gezeigten Verfahrensschritt
ohne (7) und mit (8) Schiefstellung
der Basisplatten 8, 9 zueinander. Durch die Schiefstellung
der Basisplatten 8, 9 kann der Prägespalt
im angussfernen Bereich weiter geöffnet werden. Z. B. kann
durch die Schiefstellung ein zusätzlicher Prägeweg ΔX2
von etwa maximal 0,3, 0,5 mm oder eventuell 1,0 mm (bezogen auf
eine Länge des Formteils von etwa 1 m) unterhalb der Kavität 20 erzielt
werden. Der Prägespalt wird hier also sowohl durch die
Formgebung der gekrümmten oder abgeschrägten Auflagefläche 25 als
auch durch die Toleranz der Parallelhaltung des Werkzeugs bestimmt.
Der in 8 beim Bezugszeichen 21 eingezeichnete
Pfeil stellt dabei eine Kraft dar, die durch eine zwischen den Basisplatten 8, 9 wirkende
optionale Zylinder-Kolben-Anordnung 21 erzeugt wird. Die Schiefstellung
der Basisplatten 8, 9 kann aber auch durch die Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 der Spritzgießmaschine
bewirkt werden.
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Zur
Wiederherstellung der Plattenparallelität wird die durch
die Zylinder-Kolben-Anordnung 21 oder 10, 11 erzeugte
Platten-Schiefstellungskraft abgebaut. Gleichzeitig, vorher oder
auch danach kann durch Betätigung der Zylinder-Kolben-Anordnung 23 die
zweite Formplatte 2 wieder zurückgebogen werden.
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9 zeigt
eine Seitenansicht des Werkzeugs 1, 2 mit Basisplatten 8, 9,
in welcher eine seitliche Werkzeugführung (Stollenführung)
erkennbar ist. Diese umfasst ein z. B. an der ersten Formplatte 1 mit
Verschraubungen 41 fixiertes Schwert 42 und eine
z. B. in die zweite Formplatte 2 eingearbeitete Schwertnut 43,
in welche das Schwert 42 beim Zusammenfahren des Werkzeugs
formschlüssig einfährt. Eine solche Stollenführung
ist bekannt und dient üblicher Weise zur Führung
und Parallelhaltung der Formplatten 1, 2. Eine
Besonderheit der hier dargestellten Stollenführung besteht
darin, dass sie eine Biegezone mit definiertem Biegeanschlag umfasst. Diese
wird durch mindestens einen oder zwei auf einer Linie liegende Schlitze 44 und/oder
einen dritten parallel zur Führungsnut 23 liegenden
Schlitz realisiert, die jeweils in Rundausnehmungen 45 auslaufen.
Die Schlitze 44 sowie die Rundausnehmungen 45 können
in ihrer Anzahl, Form und Positionierung je nach Anforderung variieren.
Zwischen den Rundausnehmungen 45 befindet sich die Biegezone des
Schwertes 42. Der maximal mögliche Biegewinkel
wird durch das Aufeinandertreffen der als Biegeanschlag wirkenden
Schlitzflanken, d. h. durch die Geometrie (Länge, Breite)
des Schlitzes 44 definiert. Diese Stollenführung
ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Schiefstellung der Formplatten 1, 2 und Basisplatten 8, 9 gemäß 8 vorgesehen
ist. Sie kann aber auch bei einem Biegeprägen ohne Schiefstellung
der Basisplatten 8, 9 eingesetzt werden.
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Die
in 10 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von
der in 1 gezeigten Vorrichtung im Wesentlichen nur dadurch,
dass auch im Bereich der ersten Formplatte 1 eine gekrümmte
oder abgeschrägte Fläche 22 zur Verbiegung
der ersten Formplatte 1 unter Belastung vorhanden ist.
Exemplarisch ist die gekrümmte oder abgeschrägte
Fläche 22 hier an der Rückseite der ersten
Formplatte 1 ausgebildet.
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11 zeigt
die Durchbiegung beider Formplatten 1, 2 im belasteten
Zustand. Durch die Biegung beider Formplatten 1, 2 kann
der Prägespalt im angussfernen Bereich weiter geöffnet
werden. Z. B. kann durch die Biegung der ersten Formplatte 1 ein zusätzlicher
Prägeweg ΔX2 von etwa maximal 0,3, 0,5 mm oder
eventuell 1,0 mm (bezogen auf eine Länge des Formteils
von etwa 1 m) unterhalb der Kavität 20 erzielt
werden.
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Zum
Zurückstellen der ersten Formplatte 1 während
des "Biegeprägens" kann eine nicht dargestellte Zylinder-Kolben-Anordnung
vorgesehen sein, die vergleichbar zu der Zylinder-Kolben-Anordnung 23 ist
und z. B. in der Basisplatte 8 ausgebildet sein kann. Es
ist jedoch auch möglich, nur an einer Werkzeugseite eine
Zylinder-Kolben-Anordnung 23 (z. B. die in 11 dargestellte
Zylinder-Kolben-Anordnung 23 in der Basisplatte 9)
zu realisieren und diese beim Abheben der zweiten Formplatte 2 über
den gesamten Prägeweg X2 + ΔX2 zu nutzen. Insofern muss
das Zurückstellen der zweiten Formplatte 2 nicht
notwendigerweise in ihre Plattenebene erfolgen, sondern kann z.
B. auch über die Plattenebene hinausgeführt werden.
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Eine
weitere Variante besteht darin, einen Abschnitt der Formplatte zu
biegen, der nicht im Wesentlichen senkrecht, sondern geneigt oder
parallel zur Bewegungsrichtung P der verfahrbaren Formplatte(n)
orientiert ist. Dieselben Bezugszeichen in den Figuren kennzeichnen
gleiche oder funktional äquivalente Teile. 12 zeigt
eine Teilschnittdarstellung eines Werkzeugs, das zwei Formplatten 1 und 2 umfasst.
Das Werkzeug ist geschlossen, so dass zwischen den Formplatten 1, 2 eine
Kavität 20 ausgebildet ist. Die Kavität 20 weist
einen ersten Abschnitt 20a auf, der z. B. senkrecht zur
Bewegungsrichtung P verläuft, und einen zweiten Abschnitt 20b, der
sich z. B. unter einem Winkel von 90° (oder einem anderen
Winkel) zum ersten Abschnitt 20a erstreckt. Der zweite
Abschnitt 20b der Kavität 20 wird durch eine
Außenseitenfläche 30 der ersten Formplatte 1 und
eine gegenüberliegende Innenseitenfläche 31 der
zweiten Formplatte 2 begrenzt. Die Innenseitenfläche 31 ist
an einem Abschnitt 2a der zweiten Formplatte 2 ausgebildet,
der in dem in 12 dargestellten Beispiel im
Wesentlichen in Bewegungsrichtung der zweiten Formplatte 2 orientiert
ist.
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An
seiner Außenseite liegt der zweite Abschnitt 2a der
zweiten Formplatte 2 an einer Auflagefläche 25 der
Basisplatte 9 an. Die Auflagefläche 25 weist über
einen Teilbereich 22 eine Krümmung oder Abschrägung
auf, deren Verlauf bzw. Formgebung entsprechend den obigen Angaben
gestaltet sein kann. Die Krümmung oder Abschrägung
ermöglicht, dass sich der Abschnitt 2a der zweiten
Formplatte 2 bei der Befüllung der Kavität 20 nach
außen biegen und in Anlage an den Teilbereich 22 der
Auflagefläche 25 gelangen kann, so dass der Zwischenraum zwischen
den Flächen 30 und 31 (d. h. die temporäre Wandstärke)
mit wachsendem Abstand vom Angusspunkt zunimmt. Die Plattenebene,
aus welcher bei diesem Ausführungsbeispiel der Abschnitt 2a der zweiten
Formplatte 2 herausgebogen wird, verläuft also
geneigt zu einer Ebene, die senkrecht zur Bewegungsrichtung P orientiert
ist. Es wird die bereits im Zusammenhang mit den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen beschriebene Wirkung einer verbesserten
Maßhaltigkeit des hergestellten Formteils im angussfernen
Bereich erzielt. Durch eine z. B. in der Basisplatte 9 untergebrachte
Zylinder-Kolben-Anordnung 23 kann der Biegeabschnitt 2a der
zweiten Formplatte 2 optional aufgebogen und gemäß der vorhergehenden
Beschreibung wieder zurückgestellt werden, wodurch der
im angussfernen Bereich erhöhte Schwund kompensiert wird.
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Zusammenfassend
ergibt sich also, dass eine Plattengeometrie, bei der die Kavität 20 (bzw. der
Plattenabstand X2) im angussfernen Bereich größer
als die Kavität 20 (bzw. der Plattenabstand X1)
im angussnahen Bereich ist, sowohl allein durch ein Biegen einer
oder beider Formplatten 1, 2 oder durch ein Biegen
einer oder beider Formplatten 1, 2 in Kombination
mit einem Schiefstellen einer oder beider Formplatten 1, 2 aus
der Normalebene zur Bewegungsrichtung herbeigeführt werden
kann, wobei die für das Biegen benötigte(n) gekrümmte(n)
Fläche(n) an jedweder Auflagefläche einer Platte
(Formplatte, Basisplatte) vorgesehen sein kann (können).
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In
den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde eine
Kavität 20, die im angussfernen Bereich stärker
als im angussnahen Bereich bezogen auf die Sollwandstärke
des zu fertigenden Formteils vergrößert ist, durch
ein geeignetes Biegen und optional Schrägstellen mindestens
einer der Formplatten 1, 2 erzeugt. Eine andere
Möglichkeit zur Erzeugung einer solcherart gegenüber
der Sollwandstärke angussfern "überdimensionierten"
Kavität besteht darin, diese baulich (d. h. durch die Formgebung
des Formkerns 4 und/oder der Ausnehmung 3) zu
erzeugen und nach Befüllung der Kavität 20 dann
einen Biegeprozess durchzuführen, um die Kavität 20 über
ihren gesamten Verlauf auf Sollwandstärke zu redimensionieren. 13 zeigt
eine relaxierte (d. h. nicht gebogene) zweite Formplatte 2,
deren Formkern 4 gekrümmt oder abgeschrägt
zur Rückwand der zweiten Formplatte 2 verläuft.
In der Praxis wird bei diesem Ausführungsbeispiel also
bereits bei der Werkzeugherstellung (Fräsbearbeitung) die
gewünschte angussferne Überdimensionierung der
Kavität 20 bezogen auf die Sollwandstärke
berücksichtigt. Dies hat zur Folge, dass die Kavität 20 wie
in 13 dargestellt vor dem Füllprozess bei
exakt parallel angeordneten Basisplatten 8, 9 und
ohne Biegebeanspruchung bereits konisch ist. Der Abschrägungswinkel
oder Krümmungswinkel des Formkerns 4 kann in dem
für die anderen Ausführungsbeispiele bereits genannten
Bereich liegen.
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Die
konische Kavität 20 wird dann mit Kunststoffmaterial
gefüllt. Anschließend werden die Formplatten 1, 2 geschlossen.
Dabei wird z. B. mittels der Zylinder-Kolben-Anordnung 23 die
zweite Formplatte 2 so in die Schließstellung
hinein gebogen, dass die Kavität 20 in bei vollständig
geschlossenem Werkzeug ihre über ihren gesamten Verlauf
die Sollwandstärke aufweist. In Schließstellung
des Werkzeugs ist also zumindest eine der Formplatten 1, 2 gebogen. Dieses
Ausführungsbeispiel lässt sich mit den zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispielen und Varianten kombinieren.
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14 zeigt
die geschlossene und über ihren gesamten Verlauf auf Sollwandstärke
gebrachte Kavität 20. Bei einem Formteil mit konstanter
Wandstärke verlaufen die Sirnflächen der Ausnehmung 3 und
des Formkerns 4 parallel. Die hierfür erforderliche
Plattenbiegung wird durch Betätigen der Zylinder-Kolben-Anordnung 23 herbeigeführt.
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Allgemein
lässt sich somit feststellen, dass die Kavität 20 für
den Füllprozess zunächst angussfern überdimensioniert
und später auf Sollwandstärke redimensioniert
wird, wobei zumindest einer dieser beiden Dimensionierungsschritte
(Überdimensionierung oder Redimensionierung) mittels Plattenbiegens
herbeigeführt wird.
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Die 15 und 16 zeigen
eine weitere Möglichkeit zur Rückstellung der
gebogenen Formplatte 2. Die die zweite Formplatte 2 abstützende
Basisplatte 9 ist hier ebenfalls verbiegbar. Die zweite Basisplatte 9 liegt
rückseitig an einer Platte 9a an und ist über
oben und unten angeordnete Verbindungselemente 32 mit dieser
fest verbunden. Zwischen der zweiten Basisplatte 9 und
der Platte 9a befindet sich ein über Dichtungen 33 abgedichteter
Druckhohlraum 23a, der mit einem Druckfluid unter Druck
gesetzt werden kann. 15 zeigt die Anordnung vor der
Befüllung der Kavität 20 mit Kunststoffmaterial und
vor der Beaufschlagung des Druckhohlraums 23a mit dem Druckfluid.
Die Auflagefläche 25 der zwei ten Basisplatte 9 ist
wie in einigen der vorhergehenden Ausführungsbeispielen
in einem Teilbereich 22 gekrümmt oder abgeschrägt
(oder die Rückseite der zweiten Formplatte 2 ist
entsprechend gekrümmt oder abgeschrägt). Der Teilbereich 22 kann
sich über den Großteil oder die gesamte Projektion
der Kavität 20 auf die zweite Basisplatte 9 erstrecken.
Z. B. kann eine Biegezone bei der Ausnehmung 24 auf Höhe des
oberen Kavitätsendes vorgesehen sein.
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Wie
bereits im Zusammenhang mit vorhergehenden Ausführungsbeispielen
beschrieben wird die zweite Formplatte 2 bei der Befüllung
der Kavität 20 formschlüssig an die (gekrümmte
bzw. abgeschrägte) Auflagefläche 25 gebogen.
Die Redimensionierung der Kavität 20 (d. h. das
Zurückbiegen der zweiten Formplatte 2) erfolgt
hier durch Beaufschlagung des Druckhohlraums 23a mit Druckfluid.
Durch den im Druckhohlraum 23a erzeugten Überdruck biegt
sich die zweite Basisplatte 23a nach außen, siehe 16,
und biegt dadurch die zweite Formplatte 2 flächig
zurück. Vorteilhaft ist, dass ein Großteil der Rückseitenfläche
der zweiten Formplatte 2 von der zweiten Basisplatte 9 beim
Zurückbiegen beaufschlagt bzw. gestützt wird,
wodurch ein Durchbiegen der zweiten Formplatte 2 ausgeschlossen
ist. Da die Lage der zweiten Formplatte 2 praktisch über
ihre gesamte Länge verändert werden kann, kann
zumindest nahezu auch eine Schiefstellung der zweiten Formplatte 2 erreicht
werden. Ferner können hohe Zurückbiegekräfte
(bzw. Zurückstellkräfte bezüglich einer
Schiefstellung) ausgeübt werden, was insbesondere bei einer
auf Höhe des oberen Bereichs der Kavität 20 oder
oberhalb der Kavität 20 angeordneten Biegezone
(bei 24) vorteilhaft ist. Der Druckhohlraum 23a kann
in nicht dargestellter Weise mit einer Zylinder-Kolben-Anordnung 23 gemäß der
vorhergehenden Beschreibung (siehe z. B. 1) kombiniert werden.
Darüber hinaus ist das in den 15 und 16 dargestellte
Ausführungsbeispiel mit den anderen zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispielen und Varianten kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10233679 [0003]
- - DE 10259076 [0005, 0066]