DE102007058635B4

DE102007058635B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen

Info

Publication number: DE102007058635B4
Application number: DE200710058635
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: DE102007058635A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen mittels einer eine erste und eine zweite Formplatte (1, 2) aufweisenden Spritzpräge-Vorrichtung, welches umfasst: – Positionieren der Formplatten (1, 2) in Parallelstellung zueinander, wobei ein Parallelspalt zwischen den Formplatten vorhanden ist; – Einspritzen von Kunststoffmaterial in eine Kavität (20), die zwischen den Formplatten (1, 2) ausgebildet ist; – gezieltes Erzeugen einer Schiefstellung der Formplatten (1, 2) zueinander, derart, dass der Plattenabstand in einem angussfernen Bereich größer als der Plattenabstand in einem angussnahen Bereich ist; danach – Schließen der Formplatten (1, 2), wobei die Plattenparallelität wieder hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen, insbesondere von großflächigen und gegebenenfalls optischen Formteilen aus Kunststoff. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Krafterzeugungseinrichtung in einer Parallelpräge-Vorrichtung.
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.
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 A1 ist es bekannt, einem solchen Verkippen der Formplatten infolge des Einspritzvorgangs entgegenzuwirken.
Beim Parallelprägen mit randseitigem Einspritzen 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.
Aus der Schrift DE 102 59 076 B3 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.
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.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Durch das gezielte Erzeugen einer Schiefstellung der Formplatten zueinander wird erreicht, dass das im angussnahen Bereich höher komprimierte Kunststoffmaterial nach unten in die dort temporär vergleichsweise größer bleibende Kavität verdrängt wird. Dadurch sammelt sich im Vergleich zu einem Prägevorgang mit optimaler Plattenparallelität mehr Kunststoffmaterial im angussfernen Bereich der Kavität an. Durch das Wiederherstellen der Plattenparallelität beim anschließenden Schließvorgang wird das vom angussnahen Bereich verdrängte Kunststoffmaterial am angussfernen Ende des Kunststoff-Formteils weiter komprimiert und somit die Schwindung kompensiert. Mit anderen Worten wird durch die Schiefstellung eine im angussfernen Bereich temporär ”überdimensionierte” (bezogen auf die Sollwandstärke) Kavität geschaffen, welche eine Umverteilung von Kunstoffmaterial bewirkt. Im Ergebnis wird dadurch ein flächiges Kunststoff-Formteil mit maßhaltiger (z. B. konstanter) Wandstärke und ausgeglichenen Druck-Spannungsverhältnissen über das Formteil erhalten.
Vorzugsweise ist der Einspritzvorgang vor dem Erzeugen der Schiefstellung der Formplatten im Wesentlichen (d. h. vollständig oder weitestgehend) bereits abgeschlossen. In diesem Fall bewirkt die Schiefstellung der Formplatten – anders als bei dem bekannten Kipp-Prägeverfahren – keine einfachere Befüllung der Kavität, da die Schiefstellung zum Zeitpunkt der Kavitätsbefüllung noch nicht vorhanden ist. Sie dient hier hauptsächlich zur nachträglichen Umverteilung von Kunststoffmaterial vor der den Schwundausgleich bewirkenden Prägephase. Da hierfür nur eine verhältnismäßig geringe Materialanreicherung im angussfernen Ende der Kavität erforderlich ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit üblichen Parallelpräge-Vorrichtungen durchgeführt werden. D. h., die gezielte Schiefstellung der Formplatten bewegt sich in einem mechanischen Toleranzbereich der Parallelpräge-Vorrichtung, welcher ohne die beim Klapp-Prägen erforderlichen Achslagerungen auskommt.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kennzeichnet sich dadurch, dass während des Einspritzens von Kunststoffmaterial in die Kavität ein Parallelpräge-Vorgang durchgeführt wird. Die Schiefstellung der Formplatten kann im Anschluss an diesen Parallelpräge-Vorgang eingeleitet werden, z. B. wenn die Befüllung der Kavität im wesentlichen abgeschlossen ist.
Der Schwundausgleich durch Schließen der Formplatten unter Wiederherstellung der Plattenparallelität kann vorzugsweise in zwei Phasen erfolgen. In einer ersten Bewegungsphase kann die Plattenparallelität der Formplatten wiederhergestellt werden, wobei ein Parallelspalt zwischen den Formplatten verbleibt. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Ursache für die gezielte Erzeugung der Schiefstellung wieder aufgehoben bzw. beseitigt wird. In einer zweiten Bewegungsphase werden die parallelen Formplatten dann durch eine Parallelpräge-Bewegung geschlossen.
Zur gezielten Erzeugung der Schiefstellung kann vorgesehen sein, dass in Schließrichtung wirkende Kräfte, die auf zumindest eine der Formplatten ausgeübt werden, im angussfernen Bereich geringer als im angussnahen Bereich eingestellt werden. Dies lässt sich z. B. durch eine geeignete, lokal unterschiedliche Steuerung der verteilt wirkenden Schließkräfte einer Spritzgießmaschine erreichen, in welcher die Formplatten eingespannt sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Schiefstellung dadurch gezielt erzeugt wird, dass im angussfernen Bereich zumindest eine der Formplatten durch eine Gegenkraft beaufschlagt wird, die der in Schließrichtung wirkenden Kraft entgegenwirkt. Die Gegenkraft kann z. B. durch eine Zylinder-Kolbenanordnung oder durch eine die Schließbewegung einer Formplatte im angussfernen Bereich hemmenden Mechanik erzeugt werden. Beispielsweise kann die Zylinder-Kolbenanordnung einen Anschlag erzeugen, um den Schiefstellwinkel genau zu definieren.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es auch möglich, die Schiefstellung der beiden Formplatten bereits vor dem Einspritzen von Kunststoffmaterial in die Kavität herbeizuführen. In diesem Fall erfolgt während des Einspritzvorgangs ein Annähern der Formplatten zueinander unter Beibehaltung der z. B. konstanten Schiefstellung (d. h. keine Winkeländerung) zwischen den Formplatten. Dies erleichtert die Befüllung der Kavität. Der Schwundausgleich durch Schließen der Formplatten unter Wiederherstellung der Plattenparallelität kann wiederum vorzugsweise in zwei Bewegungsphasen (Kipp-Prägephase und abschließende Parallel-Prägephase) erfolgen.
Eine Parallelpräge-Vorrichtung zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen umfasst eine erste und eine zweite Formplatte, die relativ zueinander verfahrbar sind. Sie umfasst ferner eine Krafterzeugungseinrichtung, die ausgelegt und bestimmt ist, die Parallelität der Formplatten in den Toleranzgrenzen der Parallelpräge-Vorrichtung gezielt aufzuheben. Durch die Krafterzeugungseinrichtung kann die gezielte Schiefstellung der Formplatten während des Prägevorgangs bewirkt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von Zeichnungen beschrieben, die nicht maßstäblich sind; in diesen zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Parallelprägen von Kunststoff-Formteilen;
2–5 schematische Schnittdarstellungen der Formplatten im Bereich der Kavität zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens; und
6–9 schematische Schnittdarstellungen der Formplatten im Bereich der Kavität zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens,
10 eine schematische Schnittdarstellung einer Formplatte und einer gewölbten Basisplatte für die in 1 dargestellte Vorrichtung,
11 eine gewölbte Basisplatte in Draufsicht,
12 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen mit gekrümmter oder abgeschrägter Kavität;
13 eine schematische Schnittdarstellung der in
12 gezeigten Vorrichtung mit einer im geschlossenen Zustand gebogenen Formplatten;
14 eine schematische Schnittdarstellung eines Werkzeugs mit Stollenführung;
15 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Formteilen; und
16 eine schematische Schnittdarstellung der in
15 gezeigten Vorrichtung mit einer zweiten gebogenen Formplatten.
Eine 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.
In 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).
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 Spritzprägen sein können. Die Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 können zwischen der Rückseite der Basisplatte 9 und einem feststehenden, unbeweglichen Rahmen 12 angeordnet sein.
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 integriert.
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 Parallelpräge-Vorrichtung vorgesehen sein.
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.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung kann 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 7) 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 ist in den meisten Fällen erforderlich, Prägeverfahren einzusetzen, um möglichst spannungsfreie Formteile erzielen zu können.
Bei der in 1 beispielhaft dargestellten Vorrichtung handelt es sich um eine Parallelpräge-Vorrichtung, 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. Eine solche Vorrichtung weist üblicherweise 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 Schiefstellung der Formplatten 1, 2 möglich. Die maximal mögliche Schiefstellung der Formplatten 1, 2 wird typischer Weise durch die Elastizität der Spritzgießmaschine, der Werkzeugführung und gegebenenfalls – siehe 10 und 11 – die Biegeelastizität des Werkzeugs (Formplatte) begrenzt. Derzeit ist unter Serienbedingungen eine maximale Schiefstellung von etwa 0,5 mm bis 1,0 mm pro ein Meter Länge des Formteils denkbar. Dies entspricht einer maximalen Schiefstellung von etwa 1/2000 bis 2/2000 rad.
Die 2 bis 5 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel eines ersten Verfahrens. Die zweite Form- platte 2 wird zu der ersten Formplatte 1 hin verschoben, wobei der Formkern 4 in die Ausnehmung 3 eintaucht und eine Kavität 20 definiert. 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 1 einige Millimeter, z. B. etwa 5 mm oder auch nur etwa 3 mm, betragen.
Bei dieser Plattenstellung beginnt der Einspritzprozess, mit welchem Kunststoffmaterial in die Kavität 20 eingeleitet wird. Der Anspritzort (entspricht der Mündung der in den 2 bis 5 nicht eingezeichneten Kunststoffzuführungseinheit 7) ist durch die Pfeilspitze A (Anguss) veranschaulicht.
Während des Einspritzens des Kunststoffmaterials kann eine Parallelpräge-Bewegung durchgeführt werden. In diesem Fall werden die Abstände X1 und X2 um gleiche Werte verringert, d. h. der Formkern 4 wird bei paralleler Formplattenstellung 1 und 2 weiter in die Ausnehmung 3 eingeschoben. Der optionale Parallelprägeschritt während der Einspritzphase ist in den 2 bis 5 nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Nachdem die Kavitätsbefüllung weitestgehend oder vollständig abgeschlossen ist, wird gezielt eine Schiefstellung der zweiten Formplatte 2 relativ zu der ersten Formplatte 1 erzeugt, siehe 3. Das Erzeugen der Schiefstellung kann als erste Kipp-Prägephase bezeichnet werden. Die Schiefstellung kann z. B. zu einem Zeitpunkt eingeleitet werden, wenn der Abstand X2 der beiden Formplatten 1 und 2 unterhalb der Kavität 20 noch maximal etwa 1,0 oder 1,5 mm beträgt. Die in 3 dargestellte Schiefstellung kann beispielsweise durch eine unterschiedliche Schließbewegung oder durch unterschiedliche Schließgeschwindigkeiten der unteren (bodenseitigen) und der oberen (deckenseitigen) Zylinder-Kolben-Anordnungen 10 bzw. 11 hervorgerufen werden. Beispielsweise kann die Schließbewegung am unteren Formplattenende durch einen Anschlag gestoppt werden, während im Bereich des oberen Formplattenendes die Prägebewegung weitergeführt wird. 3 zeigt die Stellung der beiden Formplatten 1 und 2 nach Erreichen der maximalen Schiefstellung, die durch eine mechanische Toleranz der Vorrichtung gegenüber einer Plattenverkippung gegeben ist. 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 Verkippungen sind bei üblichen Parallelpräge-Vorrichtungen typischerweise kritisch (höherer Verschleiß), und sind außerdem für das Nachdruckprägen auch nicht notwendig.
Die in 3 dargestellte Schiefstellung der beiden ”parallelen” Formplatten 1 und 2 wird gezielt herbeigeführt. Dies kann einerseits wie bereits beschrieben durch eine unterschiedliche Ansteuerung der Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 bewirkt werden, so dass diese unterschiedliche Schließkräfte ausüben und infolgedessen unterschiedliche Abstände X1 und X2 erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass im unteren Teil einer der Formplatten 1 oder 2 eine Anschlag-Zylinder-Kolben-Anordnung 21 ausgebildet ist, die der Schließkraft entgegenwirkt und einen lagesteuerbaren mechanischen Anschlag bildet. Darüber hinaus kann die Schließbewegung im unteren Bereich der zweiten Formplatte 2 auch durch einen mechanischen Anschlag anderer Ausführung (z. B. eine Anschlagrampe oder dergleichen) temporär gehemmt, d. h. gestoppt oder verlangsamt werden. Der Anschlag definiert den verbleibenden Prägespalt für das Nachdruckprägen (d. h. die Prägephase nach vollständiger Füllung der Kavität, die der Schwundkompensation dient).
Durch die Schiefstellung der beiden Formplatten 1 und 2 wird erreicht, dass die Wandstärke des zu fertigenden Kunststoff-Formteils im angussfernen Bereich größer eingestellt wird als die Wandstärke 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 Schiefstellung der Formplatten 1 und 2 wird das höher komprimierte, angussnahe Kunststoffmaterial nach unten in die zeitweilig dort größer bleibende Kavität verdrängt.
Sobald die gewünschte Schiefstellung und die gewünschte Materialumverteilung erreicht ist (siehe 3) – für die Materialumverteilung kann eine gewisse Wartezeitdauer nach erreichter Schiefstellung benötigt werden – wird durch das Freigeben der Schließbewegung im unteren Bereich der zweiten Formplatte 2 die Plattenparallelität wieder hergestellt. Das Wiederherstellen der Plattenparallelität kann als zweite Kipp-Prägephase aufgefasst werden. Durch die zweite Kipp-Prägephase wird das von oben verdrängte Kunststoffmaterial im angussfernen Bereich weiter komprimiert und somit wird die Schwindung kompensiert. Dabei kann es insbesondere bei sehr langen Bauteilen (ein oder mehrere Meter Länge) vorteilhaft sein, im angussfernen Bereich durch eine ”zu große” Schiefstellung eine größere Materialanhäufung anzustreben, als das Schwindungsvolumen der Wandstärke es erforderlich machen würde. In diesem Fall würde das überschüssige Kunststoffmaterial während der zweiten Kipp-Prägephase wieder in Richtung Formteilzentrum verdrängt, und auch dort die Schwindung reduziert.
Nach der Wiederherstellung der Plattenparallelität (siehe 4) 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 4 kann jedoch auch kleiner oder größer sein. Z. B. kann der Abstand X1 = X2 in 4 etwa 0,2 oder 0,3 mm betragen, wobei in diesem Fall der Abstand X2 in 3 bei einer angenommenen Schiefstellung von z. B. 0,5 mm auf 1 m Formteillänge in etwa 0,7 oder 0,8 mm betragen würde.
Im Ergebnis wird durch die beiden Kipp-Prägephasen erreicht, dass das fertiggestellte Kunststoff-Formteil eine konstante Wandstärke über seine Ausdehnung (vom angussnahen Bereich zum angussfernen Bereich) aufweist und eine Verringerung der Spannungen und Spannungsunterschiede im Formteil ermöglicht wird.
Nach der Parallelstellung der Formplatten 1 und 2 wird das Werkzeug geschlossen, siehe 5. 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 zweiten Kipp-Prägephase auch überlagert sein, d. h., dass während der zweiten Kipp-Prägephase auch der Abstand X1 oberhalb der Kavität 20 stetig (jedoch mit geringerer Geschwindigkeit als der Abstand X2 unterhalb der Kavität 20) verringert werden kann.
Die 6 bis 9 veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem Verfahrenablauf entfällt die erste Kipp-Prägephase, da die zweite Formplatte 2 bereits vor dem Einspritzen des Kunststoffmaterials in die Kavität 20 gegenüber der ersten Formplatte 1 schiefgestellt ist (siehe 6). Die Schiefstellung kann wie im ersten Ausführungsbeispiel z. B. durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 21 oder durch eine unterschiedliche Ansteuerung der oberen und unteren Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 herbeigeführt werden. Die Befüllung der Kavität 20 mit Kunststoffmaterial am Anspritzort A erfolgt also mit einer vorvergrößerten Kavität 20, bei welcher der Abstand X2 am unteren Ende der Kavität 20 z. B. 0,5 mm größer als der Abstand X1 am oberen Ende der Kavität ist. Beispielsweise kann in 6 X1 etwa 5,0 mm und X2 etwa 5,5 mm betragen. Die gezielte Erzeugung der Schiefstellung der zweiten Formplatte 2 kann in der gleichen Weise bewirkt werden, wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Während der Einspritzphase wird der Formkern 4 weiter in die Ausnehmung 3 eingeschoben, wobei die Schiefstellung der zweiten Formplatte 2 beibehalten wird. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis die Kavität 20 im Wesentlichen gefüllt ist (7).
Daran anschließend wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nur eine einzige Kipp-Prägephase durchgeführt. Diese Kipp-Prägephase dient dazu, die Formplatten 1 und 2 wieder parallel zu stellen. Dabei wird der Abstand X2 unterhalb der Kavität 20 auf denselben Wert eingestellt wie der Abstand X1 oberhalb der Kavität 20, siehe 8. Die Werte für X1 und X2 können beispielsweise wiederum im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm liegen.
Anschließend wird das Werkzeug durch eine Parallelpräge-Bewegung geschlossen, siehe 9. Dabei gelangen Anschlagflächen der beiden Formplatten 1 und 2 in Anlage, d. h. X1 = X2 = 0, oder nahezu in Anlage (z. B. X1 = X2 = 0,01 bis 0,1 mm). Wie im Zusammenhang mit den 4 und 5 bereits beschrieben, kann die (hier einzige) Kipp-Prägephase auch mit der in 9 dargestellten Parallelprägebewegung beim Nachdruckprägen überlagert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Angaben bezüglich der Abstände X1 und X2 beispielhaft sind und insbesondere von der Sollwandstärke (d. h. der Wandstärke des Kunststoff-Formteils im fertigen Zustand) und der Schwindung (sogenannter Schwund) des verwendeten Kunststoffes abhängen. Die obigen Angaben beziehen sich auf ein Polycarbonat-Formteil mit einer Wandstärke von etwa 5 mm. Der nominale Schwund z. B. von Polycarbonat beträgt etwa zwischen 0,5% und 1,0%. Für Kunststoff-Formteile mit dünneren oder dickeren Wandstärken oder aus anderen Kunststoffen gelten entsprechend andere Werte. Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass die Kavität 20 im geschlossenen Zustand nicht notwendigerweise durch parallele Hauptflächen begrenzt sein muss (d. h., dass das Formteil nicht notwendigerweise über seinen gesamten Verlauf eine konstante Wandstärke aufweisen muss). Die gewünschte Wandstärke des Kunststoff-Formteils ist durch die Formgebung der Kavität 20 bei geschlossenen Formplatten definiert. Die Erfindung kann auch bei einem Kunststoff-Formteil mit einer sich über seinen Verlauf verändernden Wandstärke zum Einsatz kommen, da bei einem solchen Formteil die Maßhaltigkeit sowie der Spannungsausgleich in gleicher Weise durch die Kipp-Prägephase(n) während des Parallelpräge-Prozesses günstig beeinflusst werden können.
Eine weitere Möglichkeit der Verfahrensdurchführung besteht darin, dass die Formplatten 1, 2 angussnah geschlossen (d. h. in Anlage) sind und mindestens eine der Formplatten 1, 2 z. B. durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 21 angussfern schief gestellt ist. Danach erfolgt das Befüllen der Kavität 20 mit Kunststoffmaterial und nach Beendigung des Füllvorgangs erfolgt ein vollständiges Schließen des Werkzeugs, wobei die Plattenparallelität wieder hergestellt wird.
Bei noch einer weiteren Möglichkeit der Verfahrensdurchführung sind die Formplatten 1, 2 zunächst ebenfalls vollständig geschlossen. Die Kavität 20 (die bei geschlossenem Werkzeug dem herzustellenden Kunststoff-Formteil entspricht) wird nun mit Kunststoffmaterial gefüllt. Spätestens bei vollständiger Füllung der Kavität 20 erfolgt eine Schiefstellung der mindestens einen Formplatte 1, 2 (z. B. die zweite Formplatte 2) und eine weitere Befüllung der sich durch das Schiefstellen im angussfernen Bereich vergrößernden Kavität 20. Die Schiefstellung kann durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 21 oder eine Erniedrigung der Zuhaltekraft der Spritzgießmaschine im Bereich der unteren Zylinder-Kolben-Anordnung 10 herbeigeführt werden. Nach Beendigung des Schiefstell- und Füllvorgangs erfolgt ein Schließen des Werkzeugs, wobei die Plattenparallelität wieder hergestellt wird.
Die beiden oben genannten Möglichkeiten, bei denen der Abstand X1 im oberen Bereich der Formplatten 1, 2 immer etwa Null bleibt, können auf einer einfachen Spritzgießmaschine ohne Prägefunktionalität mit baulich vorgegebenen parallelen Platten (innerhalb der Toleranzen) durchgeführt werden. Es ist darüber hinaus auch möglich, mit einem geschlossenen Werkzeug (Formplatten 1, 2 in Anlage) zu beginnen und das ”Schiefstellen” einer der Formplatten 1, 2 mit einem Prägeschritt (sogenanntes Atmungsprägen) zu kombinieren. Beim Atmungsprägen ist das Werkzeug wie gesagt 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 4 zu 5). Die Schiefstellung der einen Formplatte (z. B. Formplatte 2) kann beispielsweise am Ende der Öffnungsphase erfolgen (die Plattenstellung entspricht dann der in 3 gezeigten Darstellung) und die Wiederherstellung der Plattenparallelität kann beispielsweise anschließend, d. h. vor der abschließenden Prägephase (die Plattenstellung entspricht dann der in 4 gezeigten Darstellung) oder überlagert mit dieser erfolgen. Eine parallele und präzise Öffnung des Werkzeugs sowie eine Schiefstellung kann vorteilhaft durch die 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.
Die Schiefstellung der zweiten-Formplatte 2 kann dadurch erleichtert oder hervorgerufen werden, dass die Basisplatte 9 wie in 10 veranschaulicht über einen angussfernen Teilbereich 22 ihrer die zweite Formplatte 2 abstützenden Fläche (d. h. der Auflagefläche 25 für die zweite Formplatte 2) leicht abgeschrägt bzw. abgerundet ist. Z. B. kann sich die Abschrägung oder Rundung über etwa die untere Plattenhälfte (bezogen auf die Kavitätsmitte) erstrecken und einen maximalen tangentialen Winkel (am unteren Ende des Formteils) in dem bereits-genannten Bereich von etwa 2/2000 oder 1/2000 rad gegenüber der Stützfläche im Bereich der oberen Plattenhälfte aufweisen. Der Vorteil dieser Abschrägung oder Rundung besteht darin, dass die Schiefstellung der zweiten Formplatte 2 nun nicht mehr durch die Elastizität der Spritzgießmaschine beschränkt bzw. abgefangen wird und diese beansprucht. Statt dessen kommt es zu einer elastischen Durchbiegung der zweiten Formplatte 2 entlang des abgeschrägten bzw. abgerundeten Teilbereichs 22 der Auflagefläche 25. Die maximale Krümmung der Auflagefläche 25 (welche identisch mit der maximal erreichbaren Durchbiegung der zweiten Formplatte 2 ist, welche funktionell der zuvor beschriebenen Verkippung entspricht) wird somit durch die Biegeelastizität bzw. die Biegetoleranz der zweiten Formplatte 2 limitiert. Der Teilbereich 22 der Auflagefläche 25 dient als Biegeanschlag für die Rückseite der zweiten Formplatte 2.
Zur Lagesteuerung des angussfernen Bereichs der zweiten Formplatte 2 bei einer Biegung 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 in Vertikalrichtung 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 ein Bestandteil der Spritzgießmaschine sein. Für eine Biegung der zweiten Formplatte 2 wirken diese Zylinder-Kolben-Anordnungen 23 auf Zug und ziehen die zweite Formplatte 2 an die als Biegeanschlag dienende Teilfläche 22 der Auflagefläche 25 der Basisplatte 9.
Eine Abschrägung bzw. Rundung der Auflagefläche 25 der Basisplatte 9 im Teilbereich 22 kann entlang der beiden Dimensionen der Auflagefläche 25 ausgebildet sein. 11 zeigt beispielhaft die Basisplatte 9 im Bereich der Auflagefläche 25 in Draufsicht auf die Auflagefläche 25. Die Linie 27 entspricht der Kontur der Kavität 20, und der Anspritzpunkt im oberen Endbereich der Kavität 20 ist mit A gekennzeichnet. Ferner sind auf Höhe des oberen Bereichs der Kavität 20 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 Biegung der zweiten Formplatte 2. Die Lage zweier Zylinder-Kolben-Anordnungen 23 unterhalb der Kavitätskontur 27 ist ebenfalls dargestellt.
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, so dass die Zahlenangaben (Abstände 0,1, 0,2, 0,3) mit wachsender Distanz von dem Mittenbereich 29 der Kavitätskontur 27 zunehmen. Die 10 kann als ein Schnitt entlang dem streifenförmigen Abschnitt 28 aufgefasst werden.
Wie in 11 dargestellt kann optional auch eine Krümmung oder Abschrägung der Auflagefläche 25 in der Horizontaldimension vorgesehen sein. Die Krümmung bzw. 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 11 also in 3 Richtungen (nach unten und zu beiden Seiten hin) gekrümmt.
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 bzw. 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.
Die Krümmung oder Abschrägung der Auflagefläche 25 kann so gestaltet sein, dass sie einem Effekt entgegenwirkt, der insbesondere 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) aufgrund einer nicht vermeidbaren Durchbiegung der Formplatten und Aufspannplatten der Spritzgießmaschine kommt. Dieser Effekt tritt sowohl matrizenplattenseitig als auch formkernseitig auf. Ursache sind im wesentlichen die Füll- und Nachdruckkräfte in Verbindung mit der maschinenseitig fehlenden Abstützmöglichkeit der Aufspannplatten und Formplatten 1, 2 im zentralen Bereich des Formteils. 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. Diese Wölbung der Auflagefläche 25 verhindert die Durchbiegung der Formplatten 1, 2 in der Schließposition und damit die ”Verbauchung” des Kunststoff-Formteils, auch wenn infolge der Füll- und Nachdruckkräfte die unvermeidbare Durchbiegung der maschinenseitigen Aufspannplatten auftritt.
Ein Nachdruckprägen mit einer durch Plattenverbiegung bewirkten Schiefstellung der Formplatten kann mit einem Parallelprägeverfahren kombiniert werden, d. h. genauso wie das in den 2 bis 9 dargestellte Verfahren auf einer Spritzgießmaschine mit Prägefunktion (für Parallelprägen) ausgeführt werden.
Bei diesen Ausführungsvarianten kann das Schiefstellen bzw. Durchbiegen der zweiten Formplatte 2 selbsttätig durch den Spritzdruck (in Verbindung mit der fehlenden Plattenabstützung im unteren Teilbereich 22) herbeigeführt werden. Alternativ oder unterstützend ist es auch möglich, die Durchbiegung der zweiten Formplatte 2 durch die Zylinder-Kolben-Anordnung(en) 23 zu bewirken. In diesem Fall kann die Durchbiegung auch vor dem Einspritzen des Kunststoffmaterials erzeugt werden. Beim Durchbiegen kommt es zu einer vollflächigen Anlage der Rückseite der zweiten Formplatte 2 an die Auflagefläche 25 der Basisplatte 9, wodurch sich die 3-dimensionale Formgebung der Auflagefläche 25 und somit auch die Form des gebogenen bzw. abgeschrägten Teilbereichs 22 derselben auf die Formgebung des Formkerns 4 überträgt.
Das erneute Parallelstellen der beiden Formplatten 1, 2 (siehe 4 und 8) kann z. B. durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 23 bewerkstelligt werden. Durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 23 kann die zweite Formplatte 2 gegen den Druck in der Kavität 20 von dem als Krümmung bzw. Schrägfläche ausgebildeten Teilbereich 22 der Basisplatte 9 wieder abgehoben werden. Das erste Ausführungsbeispiel eines Verfahrensablaufs (2 bis 5) gilt gleichermaßen bei Verwendung der in 10 gezeigten Vorrichtung, jedoch mit der Besonderheit, dass hier das Schiefstellen (d. h. Durchbiegen) der zweiten Formplatte 2 erst während des Befüllens der Kavität 20 mit Kunststoffmaterial erfolgt (falls die Durchbiegung der zweiten Formplatte 2 nicht mittels der Zylinder-Kolben-Anordnung 23 vorher erzwungen wird). Darüber hinaus muss in der 3 die geradlinige Konturlinie des Formkerns 4 aufgrund der Plattenbiegung durch eine zumindest abschnittsweise gebogene Konturlinie ersetzt werden (für das in den 10 und 11 gezeigte Beispiel erstreckt sich der gebogene Konturlinienabschnitt z. B. nur über die untere Hälfte des Formkerns 4).
Es ist auch möglich, dass die Rundung bzw. Abschrägung der Basisplatte 9 bereits oberhalb der Kavitätskontur 27 und somit außerhalb der Kavität 20 beginnt. In diesem Fall krümmt sich die Auflagefläche 25 auch schon entlang dem Abschnitt 28 in der oberen Hälfte der Kavitätskontur 27. Die Biegebelastung liegt dann weitestgehend außerhalb der Kavität 20. Bei dieser Ausführung wird ähnlich wie beim herkömmlichen Klappprägen mit einer Klappachse der Einspritzdruck reduziert. Aufgrund der geringeren Rückstellkräfte werden für das Anheben der zweiten Formplatte 2 jedoch stärkere und/oder mehr Zylinder-Kolben-Anordnungen 23 als bei dem in den 10 und 11 dargestellten Beispiel benötigt und/oder die zweite Formplatte 2 sollte steifer sein.
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) beginnen vorzugsweise dort, wo die Rundung bzw. Abschrägung der Auflagefläche 25 beginnt. Beispielsweise können die in 11 dargestellten streifenförmigen Bereiche 28, 29 Aussparungen 24 darstellen.
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 beginnt (beginnen) vorzugsweise dort, wo die Krümmung oder Abschrägung der Auflagefläche 25 beginnt.
Die Formgebung der Auflagefläche 25 in ihrem gebogenen bzw. 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).
Anstelle der Auflagefläche 25 der Basisplatte 9 kann auch die Rückseite der zweiten Formplatte 2 eine entsprechende Krümmung 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.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die erste Formplatte 1, als Biegeplatte auszuführen. In diesem Fall sind die in Bezug auf eine Plattenbiegung gemachten Angaben zur zweiten Formplatte 2 und zur Basisplatte 9 auf die erste Formplatte 1 bzw. die erste Basisplatte 8 analog übertragbar.
Abschließend wird nochmals darauf hingewiesen, dass eine Plattengeometrie, bei der der Plattenabstand X2 im angussfernen Bereich größer als der Plattenabstand X1 im angussnahen Bereich ist, sowohl durch das Neigen einer oder beider Formplatten 1, 2 aus der Normalebene zur Bewegungsrichtung ohne Plattenbiegung als auch durch ein Neigen und ein Biegen einer oder beider Formplatten 1, 2 herbeigeführt werden kann.
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 Schiefstellen und optionales Biegen 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 Schiefstellprozess durchzuführen, um die Kavität 20 über ihren gesamten Verlauf auf Sollwandstärke zu redimensionieren. 12 zeigt eine nicht schiefgestellte (d. h. parallel zur ersten Formplatte 1 verlaufende) 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 12 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.
Die konische Kavität 20 wird dann mit Kunststoffmaterial gefüllt. Anschließend werden die Formplatten 1, 2 geschlossen. Dabei wird z. B. mittels der Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 oder 23 die zweite Formplatte 2 so in die Schließstellung hinein schief gestellt, 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 schief gestellt. Dieses Ausführungsbeispiel lässt sich mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen und Varianten kombinieren.
13 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 Plattenschiefstellung wird in dem gezeigten Beispiel durch eine geeignete Kraft/Wegsteuerung der Zylinder-Kolben-Anordnungen 10, 11 herbeigeführt.
Allgemein lässt sich somit feststellen, dass die Kavität 20 für den Füllprozess zunächst angussfern überdimensioniert und später auf Sollwandstärke redimensioniert wird, wobei der Prozess der Überdimensionierung und/oder der Redimensionierung mittels eines Schiefstellens und optionalen Biegens von mindestens einer der Formplatten 1, 2 herbeigeführt wird.
14 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 ermöglicht eine Werkzeugführung auch im Fall der hier beschriebenen Schiefstellung der Formplatten 1, 2.
Die 15 und 16 zeigen eine weitere Möglichkeit zur Rückstellung der gebogenen (d. h. schiefgestellten) 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 zweiten 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.
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. 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. Ferner können hohe Zurückbiegekräfte 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.

Claims

Verfahren zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen mittels einer eine erste und eine zweite Formplatte (1, 2) aufweisenden Spritzpräge-Vorrichtung, welches umfasst: – Positionieren der Formplatten (1, 2) in Parallelstellung zueinander, wobei ein Parallelspalt zwischen den Formplatten vorhanden ist; – Einspritzen von Kunststoffmaterial in eine Kavität (20), die zwischen den Formplatten (1, 2) ausgebildet ist; – gezieltes Erzeugen einer Schiefstellung der Formplatten (1, 2) zueinander, derart, dass der Plattenabstand in einem angussfernen Bereich größer als der Plattenabstand in einem angussnahen Bereich ist; danach – Schließen der Formplatten (1, 2), wobei die Plattenparallelität wieder hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzvorgang vor dem Erzeugen der Schiefstellung der Formplatten (1, 2) im Wesentlichen abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen der Formplatten (1, 2) eine erste Bewegungsphase aufweist, in welcher die Plattenparallelität der Formplatten (1, 2) wiederhergestellt wird, wobei ein Parallelspalt zwischen den Formplatten (1, 2) verbleibt, und eine zweite Bewegungsphase aufweist, in welcher die parallelen Formplatten (1, 2) geschlossen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Schiefstellung geringer als etwa 2/2000 rad, insbesondere geringer als etwa 1/2000 rad ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiefstellung dadurch gezielt erzeugt wird, dass in Schließrichtung wirkende Kräfte, die auf zumindest eine der Formplatten (2) ausgeübt werden, im angussfernen Bereich geringer als im angussnahen Bereich eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiefstellung dadurch gezielt erzeugt wird, dass im angussfernen Bereich zumindest eine der Formplatten (2) durch eine Gegenkraft beaufschlagt wird, die einer in Schließrichtung wirkenden Kraft entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung (21) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Erzeugung der Schiefstellung eingeleitet wird, sobald der Spalt zwischen den Formplatten (1, 2) geringer als 1,5 mm, insbesondere geringer als 1,0 mm ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bewegungsphase einen Bewegungsweg von maximal 0,5 mm, insbesondere maximal 0,3 mm umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiefstellung der Formplatten (1, 2) zumindest teilweise durch eine Verbiegung zumindest einer der Formplatten (1, 2) bewirkt wird.
Verfahren zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen mittels einer eine erste und eine zweite Formplatte aufweisenden Spritzpräge-Vorrichtung, welches umfasst: – gezieltes Erzeugen einer Schiefstellung der Formplatten (1, 2) zueinander, derart, dass der Plattenabstand in einem angussfernen Bereich größer als der Plattenabstand in einem angussnahen Bereich ist; – Einspritzen von Kunststoffmaterial in eine Kavität (20), die zwischen den Formplatten (1, 2) ausgebildet ist; – Annähern der Formplatten (1, 2) zueinander unter Beibehaltung der Schiefstellung zwischen den Formplatten (1, 2); und – Schließen der Formplatten (1, 2), wobei die Plattenparallelität wieder hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzvorgang zu dem Zeitpunkt, an dem die Schiefstellung der Formplatten (1, 2) abgebaut wird, im Wesentlichen abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen der Formplatten (1, 2) eine ersten Bewegungsphase aufweist, in welcher die Plattenparallelität der Formplatten wiederhergestellt wird, wobei ein Parallelspalt zwischen den Formplatten (1, 2) verbleibt, und eine zweite Bewegungsphase aufweist, in welcher die parallelen Formplatten (1, 2) geschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Schiefstellung geringer als etwa 2/2000 rad, insbesondere geringer als etwa 1/2000 rad ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiefstellung dadurch gezielt erzeugt wird, dass in Schließrichtung wirkende Kräfte, die auf zumindest eine der Formplatten (1, 2) ausgeübt werden, im angussnahen Bereich geringer als im angussfernen Bereich eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiefstellung dadurch gezielt erzeugt wird, dass im angussfernen Bereich zumindest eine der Formplatten (1, 2) durch eine Gegenkraft beaufschlagt wird, die einer in Schließrichtung wirkenden Kraft entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung (21) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbau der Schiefstellung eingeleitet wird, sobald der Spalt zwischen den Formplatten im angussnahen Bereich kleiner als etwa 0,5 mm, insbesondere etwa 0,3 mm ist.
Verfahren zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen mittels einer eine erste und eine zweite Formplatte (1, 2) aufweisenden Spritzpräge-Vorrichtung, welches umfasst: – gezieltes Erzeugen einer Schiefstellung der Formplatten (1, 2) zueinander, derart, dass die Formplatten (1, 2) in einem angussnahen Bereich aneinander anliegen und in einem angussfernen Bereich einen Abstand zueinander aufweisen; – Einspritzen von Kunststoffmaterial in eine zwischen den zwei geschlossenen Formplatten (1, 2) ausgebildet Kavität (20) entweder vor und/oder während dem Erzeugen der Schiefstellung oder nach erzeugter Schiefstellung der Formplatten (1, 2) zueinander; und danach – Schließen der Formplatten (1, 2), wobei die Plattenparallelität wieder hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen mittels einer eine erste und eine zweite Formplatte (1, 2) aufweisenden Spritzpräge-Vorrichtung, welches umfasst: – Einspritzen von Kunststoffmaterial in eine Kavität (20), die zwischen den Formplatten (1, 2) ausgebildet ist, wobei zumindest eine der Formplatten derart geformt ist, dass die Kavität (20) bei parallel angeordneten Formplatten (1, 2) im angussfernen Bereich gegenüber der Sollwandstärke des zu fertigenden Formteils überdimensioniert ist; und – Schließen der Formplatten (1, 2), wobei die Kavität (20) durch Schiefstellen wenigstens einer der Formplatten (1, 2) in Schließstellung auf Sollwandstärke gebracht wird.
Parallelspritzgieß-Vorrichtung zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen, mit einer ersten und einer zweiten Formplatte (1, 2), die relativ zueinander verfahrbar sind, und einer Krafterzeugungseinrichtung (21, 10, 11), mit der die Parallelität der Formplatten (1, 2) im Rahmen der Toleranzen der Parallelpräge-Vorrichtung gezielt aufhebbar ist.
Parallelspitzgieß-Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungseinrichtung durch Zylinder-Kolben-Anordnungen (10, 11) einer Spritzgießmaschine realisiert ist.
Parallelspritzgieß-Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungseinrichtung durch eine zwischen den beiden Formplatten (1, 2) oder zwischen die Formplatten (1, 2) abstützenden Basisplatten (8, 9) wirkende Zylinder-Kolben-Anordnungen (21) realisiert ist.
Parallelspritzgieß-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Krafterzeugungseinrichtung (21, 10, 11) erzeugte Schiefstellung der Formplatten (1, 2) geringer als etwa 2/2000 rad, insbesondere geringer als etwa 1/2000 rad ist.
Parallelspritzgieß-Vorrichtung zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen, mit einer ersten und einer zweiten Formplatte (1, 2), die relativ zueinander verfahrbar sind, und einer Basisplatte (9), die eine der beiden Formplatten (2) rückseitig abstützt, wobei eine zur Abstützung dienende Fläche (25) der Basisplatte (9) oder der abgestützten Formplatte (2) eine Krümmung oder Abschrägung aufweist.
Parallelspritzgieß-Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Krafterzeugungseinrichtung (23), die die abgestützte Formplatte (2) im Bereich der Krümmung oder Abschrägung der Fläche (25) von der Basisplatte (9) abstützt.
Parallelspritzgieß-Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung oder Abschrägung der Fläche (25) einen Winkel von weniger als etwa 2/2000 rad, insbesondere weniger als etwa 1/2000 rad ausmacht.
Parallelspritzgieß-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die abgestützte Formplatte (2) an ihrer Rückseite Ausnehmungen (24) zur Beeinflussung der Biegeelastizität aufweist.
Verwendung einer Krafterzeugungseinrichtung in einer Parallelspritzgieß-Vorrichtung zur Herstellung von flächigen Kunststoff-Formteilen zum gezielten Schiefstellen wenigstens einer der Formplatten (2) innerhalb der Toleranzen der Parallelspritzgieß-Vorrichtung.
Verwendung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Krafterzeugungseinrichtung (21) eine Schiefstellung der Formplatten (1, 2) erzeugbar ist, die geringer als etwa 2/2000 rad, insbesondere geringer als etwa 1/2000 rad ist.