DE102016204019A1 - Injection molding device and injection molding - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgussvorrichtung (1) zur Herstellung eines Werkstücks (L), wie einer Linsenoptik und insbesondere eines Linsenblockrasters, aufweisend ein Spritzgusswerkzeug (2) mit einem Hohlraum (20) zum Einspritzen eines Spritzgussmaterials, eine Stempelvorrichtung (3) mit einem Stempel (4), welcher wahlweise in den Hohlraum (20) hinein längsverschieblich in dem Spritzgusswerkzeug (2) aufgenommen ist, wobei der Stempel (4) eine zum Hohlraum (20) hin geschlossene Längsbohrung (42) aufweist, welche an ihrer dem Hohlraum (20) abgewandten Seite (44) mit einem ersten Kühlkanal (5) und an ihrer dem Hohlraum (20) zugewandten Seite (41) mit einem zweiten Kühlkanal (6) verbunden ist, um ein Kühlsystem (S) zum Durchleiten eines Kühlmediums, insbesondere eines Fluids wie Luft, durch den Stempel (4) zu bilden. Ferner betrifft die Erfindung ein Spritzgussverfahren zur Herstellung eines Werkstücks (L) unter Verwendung der erfindungsgemäßen Spritzgussvorrichtung (1). Ebenso betrifft die Erfindung ein mit dem erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren hergestelltes Werkstück (L).The present invention relates to an injection molding apparatus (1) for producing a workpiece (L), such as a lens optic and in particular a lens block grid, comprising an injection molding tool (2) with a cavity (20) for injecting an injection molding material, a stamping device (3) with a punch (4), which is optionally longitudinally displaceable in the cavity (20) received in the injection molding tool (2), wherein the punch (4) has a cavity (20) towards closed longitudinal bore (42) which at its the cavity (20 ) facing away from side (44) with a first cooling channel (5) and at its the cavity (20) facing side (41) with a second cooling channel (6) is connected to a cooling system (S) for passing a cooling medium, in particular a fluid like air, through the punch (4) to form. Furthermore, the invention relates to an injection molding method for producing a workpiece (L) using the injection molding apparatus (1) according to the invention. The invention likewise relates to a workpiece (L) produced by means of the injection molding method according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgussvorrichtung zur Herstellung einer Linsenoptik, insbesondere eines Linsenblockrasters, oder auch eines anderen Werkstücks und ferner ein Spritzgussverfahren zur Herstellung eines solchen Werkstücks. Die Erfindung umfasst ferner eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Linsenoptik. The present invention relates to an injection molding apparatus for producing a lens optic, in particular a lens block grid, or else another workpiece and also an injection molding method for producing such a workpiece. The invention further comprises a lens optic produced by the method according to the invention.
Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich die Herstellung von Werkstücken wie Linsenoptiken mittels Spritzgussverfahren bekannt. Beim Spritzgussverfahren entstehen aufgrund des aufgeschmolzenen Spritzgussmaterials entsprechende Temperaturen, denen mittels einer aktiven Kühlung entgegengewirkt werden sollte, um den Herstellungsprozess zu beschleunigen und zudem Werkzeug und Werkstück zu schonen. In principle, the production of workpieces such as lens optics by means of injection molding is known from the prior art. Due to the molten injection molding material, the injection molding process produces corresponding temperatures which should be counteracted by means of active cooling in order to accelerate the manufacturing process and also to protect the tool and the workpiece.
Aus dem Stand der Technik ist es grundsätzlich bekannt, Spritzgusswerkzeuge durch Bohrungen oder Spültürme mit Wasser zu kühlen. Dies erfordert jedoch eine gewisse Wandstärke der dafür erforderlichen separaten Einsätze. Die so bereitgestellten Kühleinsätze erfordern einen gewissen Platzbedarf, da sie sowohl Zuleitung als auch Ableitung – bspw. in Form von Kühlschleifen – erfordern. Zum Entformen der spritzgegossenen Werkstücke sind zudem in der Regel Auswerferstifte bereitgestellt, die neben der Kühlung (bspw. Kühleinsätze) in dem Werkzeug vorgesehen sind. From the prior art, it is generally known to cool injection molds through holes or flushing towers with water. However, this requires a certain wall thickness of the required separate operations. The cooling inserts thus provided require a certain amount of space, since they require both supply and discharge - for example, in the form of cooling loops. For ejecting the injection-molded workpieces ejector pins are also usually provided, which are provided in addition to the cooling (eg, cooling inserts) in the tool.
Bei neuesten Linsenoptiken – wie insbesondere Linsenblockrastern – findet die Anordnung der einzelnen Linsenelemente oder -töpfe auf engstem Raum statt, sodass für die zwei Systeme, also Kühlung einerseits und Entformungsmechanismus andererseits, kein ausreichender Platz zur Verfügung steht. With the latest lens optics - in particular lens block grids - the arrangement of the individual lens elements or pots takes place in a confined space, so that for the two systems, ie cooling on the one hand and Entformungsmechanismus on the other hand, no sufficient space is available.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spritzgussvorrichtung und ein Spritzgussverfahren bereitzustellen, welche eine ausreichende Kühlung und sichere Entformung insbesondere bei der Herstellung von Werkstücken wie Linsenoptiken ermöglichen. It is therefore an object of the present invention to provide an injection molding apparatus and an injection molding method which enable sufficient cooling and reliable removal, in particular in the production of workpieces such as lens optics.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter. This object is solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Spritzgussvorrichtung zur Herstellung eines Werkstücks und insbesondere einer Linsenoptik. Wenn im Folgenden von Linsenoptik die Rede ist, so wird darunter im Rahmen der Erfindung auch immer allgemein ein entsprechendes Werkstück verstanden. Bei einer solchen Linsenoptik kann es sich insbesondere um ein Linsenblockraster handeln. Die Spritzgussvorrichtung weist ein Spritzgusswerkzeug (im Folgenden auch als „Werkzeug“ bezeichnet) mit einem Hohlraum zum Einspritzen eines Spritzgussmaterials auf. Als Spritzgussmaterial kommen entsprechende Kunststoffe, wie insbesondere PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonate) und dergleichen, zum Einsatz. Das Spritzgusswerkzeug ist bevorzugt zwei- oder mehrteilig ausgebildet, um eine Entformung eines spritzgegossenen Werkstücks zu ermöglichen. According to a first aspect, the present invention relates to an injection molding apparatus for producing a workpiece and in particular a lens optic. Whenever lens optics is referred to below, in the context of the invention it is always understood to mean generally a corresponding workpiece. Such a lens optic may, in particular, be a lens block grid. The injection molding apparatus has an injection molding tool (hereinafter also referred to as "tool") having a cavity for injecting an injection molding material. As injection molding material corresponding plastics, such as in particular PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonates) and the like, are used. The injection molding tool is preferably formed in two or more parts in order to enable demolding of an injection-molded workpiece.
Die Spritzgussvorrichtung weist des Weiteren eine Stempelvorrichtung mit einem (oder mehreren) Stempel(n) (auch als „Prägestempel“ bezeichnet) auf, welche wahlweise in den Hohlraum hinein längsverschieblich in dem Spritzgusswerkzeug aufgenommen ist/sind. Der Stempel ist somit in dem Spritzgusswerkzeug in Richtung seiner Längsachse beweglich angeordnet in der Weise, dass er sich bis zu einem gewissen Maß in den Hohlraum hinein erstrecken kann. The injection molding apparatus further includes a stamping device having one (or more) dies (also referred to as "die") which is selectively received in the cavity longitudinally displaceably in the injection molding tool. The plunger is thus movably arranged in the injection molding tool in the direction of its longitudinal axis in such a way that it can extend into the cavity to a certain extent.
Der Stempel weist eine (einzige) zum Hohlraum hin geschlossene Längsbohrung auf. Dabei kann die Wandstärke auf der dem Hohlraum zugewandten Seite des Stempels beispielsweise 2 bis 10 Millimeter und vorzugsweise 6 Millimeter betragen. Die Längsbohrung ist an ihrer dem Hohlraum abgewandten Seite mit einem ersten Kühlkanal und an ihrer den Hohlraum zugewandten Seite mit einem zweiten Kühlkanal verbunden. Durch die Verbindung der beiden Kühlkanäle mit der Längsbohrung wird ein Kühlsystem zum Durchleiten eines Kühlmediums (beispielsweise ein Fluid wie Luft) durch den Stempel hindurch gebildet. The punch has a (single) longitudinal bore closed to the cavity. In this case, the wall thickness on the side facing the cavity of the punch, for example, 2 to 10 millimeters and preferably 6 millimeters. The longitudinal bore is connected at its side facing away from the cavity with a first cooling channel and at its side facing the cavity with a second cooling channel. By the connection of the two cooling channels with the longitudinal bore, a cooling system for passing a cooling medium (for example, a fluid such as air) is formed through the stamp.
Durch die einfache Bereitstellung einer einzigen Längsbohrung in dem Stempel, welcher an gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung gesehen an die entsprechenden Kühlkanäle fluidtechnisch angebunden ist, wird eine geometrisch und herstellungstechnisch besonders einfache und zugleich platzsparende Kühlung einer entsprechenden Spritzgussvorrichtung bereitgestellt. Da der Hohlraum der Spritzgussvorrichtung zu den Stempeln hin offen ausgebildet ist, kann die Kühlwirkung der Stempel in einfacher Weise zum Hohlraum hin und somit zu einem spritzgegossenen Werkstück bereitgestellt werden. Da des Weiteren die Stempel längsverschieblich bis in den Hohlraum hineingefahren werden können, kann die Kühlwirkung der so bereitgestellten Stempel während des gesamten Prozesses (Spritzgießen, Prägen, Entformen) bereitgestellt werden, wie auch im Weiteren noch näher beschrieben wird. Aufgrund der Zusammenfassung des Kühlsystems und der Stempel- bzw. Prägevorrichtung kann somit Platz eingespart werden, um auch komplexe und kleinstrukturierte Systeme, wie beispielsweise Linsenblockraster, sicher mittels eines Spritzgussverfahrens herzustellen. Somit können auch großflächige Linsenoptiken hergestellt werden, die sonst bisher wegen unzureichender Kühlung nicht hergestellt werden konnten. By simply providing a single longitudinal bore in the punch, which is fluidly connected to the corresponding cooling channels on opposite sides in the longitudinal direction, a geometric and manufacturing technology particularly simple and at the same time space-saving cooling a corresponding injection molding device is provided. Since the cavity of the injection molding apparatus is formed open toward the dies, the cooling effect of the dies can be easily provided to the cavity and thus to an injection-molded workpiece. Furthermore, since the stamp can be moved longitudinally displaceable into the cavity, the cooling effect of the stamp thus provided during the entire process (injection molding, embossing, demolding) can be provided, as will be described in more detail below. Due to the summary of the cooling system and the stamping or embossing device thus space can be saved to even complex and small-scale systems, such as lens block grid, safely by means of a To produce injection molding process. Thus, large-area lens optics can be produced, which otherwise could not be produced previously due to insufficient cooling.
Die Stempelvorrichtung kann ferner eine Vielzahl der vorbezeichneten Stempel aufweisen, welche dann alle längsverschieblich in dem Spritzgusswerkzeug aufgenommen sind. Dabei sind die Stempel bevorzugt alle parallel zueinander ausgerichtet. Dies ermöglicht eine gleichgerichtete Führung aller Stempel. Zudem können an gewünschten Stellen entsprechende Stempel zur Entformung und Prägung bereitgestellt werden, während gleichzeitig eine großflächige Kühlung über eben diese Stempel – als Teil des Kühlsystems – bereitgestellt wird. The stamping device may further comprise a plurality of the aforementioned stamp, which are then all received longitudinally displaceable in the injection molding tool. The stamps are preferably all aligned parallel to each other. This allows a rectified guidance of all stamps. In addition, appropriate stamps for demolding and embossing can be provided at desired locations, while at the same time a large-scale cooling over these same stamp - as part of the cooling system - is provided.
Der Hohlraum des Spritzgusswerkzeugs kann eine Vielzahl miteinander verbundener Kavitäten zur Bildung einzelner Linsenelemente eines Linsenblockrasters aufweisen, wobei bevorzugt jeder Kavität ein Stempel zugeordnet ist. Auf diese Weise kann insbesondere ein Linsenblockraster besonders effektiv und sicher hergestellt werden; auch in einer großflächigen Ausprägung. The cavity of the injection molding tool may have a plurality of interconnected cavities for forming individual lens elements of a lens block grid, wherein preferably each cavity is associated with a stamp. In this way, in particular a lens block grid can be made particularly effective and safe; also in a large scale.
Sowohl die Vielzahl der Stempel als auch die Vielzahl der Kavitäten können bevorzugt rasterförmig verteilt angeordnet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass diese in einer anderen Verteilung – beispielsweise in einer Reihe, in einer Kreisanordnung und dergleichen – angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine beliebige Linsenoptik mit der Spritzgussvorrichtung hergestellt werden. Gleichzeitig kann eine großflächige Kühlung und Entformungsfläche bereitgestellt werden. Both the plurality of punches and the plurality of cavities may preferably be arranged distributed in a grid pattern. However, it is also conceivable that they are arranged in a different distribution - for example in a row, in a circle arrangement and the like. In this way, any lens optics can be produced with the injection molding apparatus. At the same time, a large-area cooling and demolding surface can be provided.
Die ersten Kühlkanäle mehrerer Stempel können zu einem ersten Kühlnetzwerk verbunden sein. Ebenso können die zweiten Kühlkanäle mehrerer Stempel zu einem zweiten Kühlnetzwerk verbunden sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Längsbohrungen aller Stempel miteinander über die Kühlkanäle beziehungsweise die Kühlnetzwerke miteinander verbunden. Auf diese Weise kann eine einfache Zuführung beziehungsweise Abführung eines Kühlmediums bereitgestellt werden, wobei sichergestellt ist, dass mit beispielsweise einer einzigen Zuführung und einer einzigen Abführung von Kühlmedium die Längsbohrungen aller Stempel mit dem Kühlmedium durchströmt werden. The first cooling channels of a plurality of punches may be connected to a first cooling network. Likewise, the second cooling channels of a plurality of punches may be connected to a second cooling network. In a particularly preferred embodiment, the longitudinal bores of all stamps are connected to each other via the cooling channels or the cooling networks. In this way, a simple supply or discharge of a cooling medium can be provided, wherein it is ensured that, for example, a single feed and a single discharge of cooling medium, the longitudinal bores of all stamp are flowed through by the cooling medium.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist die Stempelvorrichtung eine Stempelplatte zur Verschiebung des Stempels oder der (aller) Stempel relativ zum Hohlraum auf; also auf den Hohlraum zu und gegebenenfalls in diesen hinein und von diesem weg in Richtung der Längsachse der Stempel. Dabei sind bevorzugt mehrere Stempel in einer gemeinsamen Stempelplatte zusammengefasst, über die alle Stempel in Richtung ihrer bevorzugt parallel ausgerichteten Längsachsen beweglich sind. Mittels einer solchen Stempelplatte kann eine einfache Vorrichtung zur Bewegung eines oder insbesondere auch mehrere Stempel gleichzeitig ermöglicht werden. In a preferred embodiment, the stamping device has a stamp plate for displacing the stamp or the (all) stamp relative to the cavity; ie to the cavity and, if necessary, into it and away from it in the direction of the longitudinal axis of the stamp. In this case, a plurality of punches are preferably combined in a common punch plate, via which all punches are movable in the direction of their preferably parallel longitudinal axes. By means of such a stamp plate, a simple device for moving one or in particular several stamps can be made possible at the same time.
Bevorzugt ist der oder sind die Stempel lösbar in der Stempelplatte vorgesehen. Somit können gegebenenfalls auch einzelne Stempel je nach Bedarf ausgetauscht werden, beziehungsweise eine Stempelplatte mit dem Spritzgussvorgang erforderlichen Stempeln wahlweise bestückt werden. Auch kann eine solche Ausgestaltung herstellungstechnisch vorteilhaft sein. Vorzugsweise ist in einer solchen Ausgestaltungsform zwischen Stempel und Stempelplatte jeweils eine Dichtung derart vorgesehen, dass das Kühlsystem über die Stempelplatte nach außen hin abgedichtet ist, um ein Entweichen des Kühlmediums aus dem Kühlsystem über die Stempelplatte zu vermeiden. Preferably, the stamp or are releasably provided in the stamp plate. Thus, if necessary, individual punches can also be exchanged as needed, or a stamp plate with the punches required for the injection molding process can optionally be equipped. Also, such a design can be advantageous manufacturing technology. In such an embodiment, a seal is preferably provided in each case between the punch and the stamp plate such that the cooling system is sealed to the outside via the stamp plate in order to prevent escape of the cooling medium from the cooling system via the stamp plate.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform sind der jeweilige erste Kühlkanal und/oder das erste Kühlnetzwerk in der Stempelplatte ausgebildet. Auf diese Weise kann die Stempelplatte sowohl zum Tragen der Stempel als auch als Teil des Kühlsystems dienen, was die Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Spritzgussvorrichtung vereinfacht. In a preferred embodiment, the respective first cooling channel and / or the first cooling network are formed in the stamp plate. In this way, the stamp plate can serve both for supporting the stamp and as part of the cooling system, which simplifies the overall structure of the injection molding apparatus according to the invention.
Der jeweilige zweite Kühlkanal beziehungsweise das zweite Kühlnetzwerk können ihrerseits wiederum in dem Spritzgusswerkzeug ausgebildet sein. Auf diese Weise kann hier auf zusätzliche Kühlkanalstrukturen oder Kühleinsätze verzichtet werden, während sich die im Werkzeug erstreckenden Kühlkanäle oder ein gegebenenfalls verzweigtes Kühlnetzwerk ebenso zu einer Kühlung des Spritzgusswerkzeugs herangezogen werden können. Somit kann eine möglichst großflächige Kühlvorrichtung bezüglich des Spritzgusswerkzeugs bereitgestellt werden. The respective second cooling channel or the second cooling network can in turn be formed in the injection molding tool. In this way can be dispensed with additional cooling channel structures or cooling inserts, while extending in the tool cooling channels or an optionally branched cooling network can also be used for cooling the injection molding tool. Thus, the largest possible cooling device with respect to the injection molding tool can be provided.
Der Stempel weist bevorzugt eine seitliche und vorzugsweise bezüglich seiner Längsachse sich radial erstreckende Bohrung auf, welche die Längsbohrung des Stempels mit dem jeweiligen zweiten Kühlkanal oder zweiten Kühlnetzwerk verbindet. Auf diese Weise kann durch einfache Herstellungsverfahren das geschlossene Kühlsystem bereitgestellt werden. The punch preferably has a lateral and preferably with respect to its longitudinal axis radially extending bore, which connects the longitudinal bore of the punch with the respective second cooling channel or second cooling network. In this way, the closed cooling system can be provided by simple manufacturing processes.
Der Stempel kann an seiner dem Hohlraum zugewandten Stirnseite eine Prägeprofilierung aufweisen. Wird der Stempel während eines Herstellungsprozesses eines Spritzgusswerkstücks mittels der Spritzgussvorrichtung somit längsverschieblich in den Hohlraum eingefahren, in dem sich das spritzgegossene Werkstück befindet, so kann diese Prägeprofilierung auf das Werkstück übertragen werden. Diese Prägeprofilierung weist dabei bevorzugt eine definierte Kontur auf, welche auf die Linsenoptik übertragen beispielsweise der späteren Lichtlenkung dienen kann. In der einfachsten Ausgestaltungsform ist die Prägeprofilierung als einfacher Zylinder (Kopfbereich des Stempels) ausgebildet, um eine entsprechende Ausnehmung in einer Linsenoptik bereitzustellen, in die dann beispielsweise ein Leuchtmittel – wie eine LED – platziert werden kann. Auch eine strukturierte Prägeprofilierung ist denkbar. The punch may have an embossing profiling on its front side facing the cavity. If, during a manufacturing process of an injection-molded workpiece, the punch is thus moved longitudinally displaceably into the cavity in which the injection-molded workpiece is located, then this stamping profiling can be transferred to the workpiece. This embossing profiling is preferred a defined contour, which can be transmitted to the lens optics, for example, serve the subsequent light control. In the simplest embodiment, the embossing profile is designed as a simple cylinder (head region of the stamp) in order to provide a corresponding recess in a lens optic, into which, for example, a light source such as an LED can be placed. A structured embossing profiling is conceivable.
Der Stempel kann an seiner dem Hohlraum zugewandten umlaufenden Kante angefast oder angeschrägt sein. Dies hat den Vorteil, dass bei dem Zurückfahren des Stempels aus einem spritzgegossenen Werkstück in einfacher Weise das Kühlsystem mit dem Hohlraum verbunden werden kann, sodass das Kühlmedium, wie im Weiteren noch beschrieben wird, auch zur Entformung des Werkstücks benutzt werden kann. The punch can be chamfered or chamfered at its circumferential edge facing the cavity. This has the advantage that in the return movement of the stamp from an injection-molded workpiece, the cooling system can be connected to the cavity in a simple manner, so that the cooling medium, as will be described below, can also be used for demolding of the workpiece.
Der Stempel weist bevorzugt einen Durchmesser von 3 bis 20 mm auf. Die Stempel sind bevorzugt jeweils in einer Längsführungsbohrung in dem Werkzeug geführt, von der sich jeweils der zweite Kühlkanal beziehungsweise das zweite Kühlnetzwerk erstrecken. Vorzugsweise ist auf der dem Hohlraum abgewandten Seite bezüglich des jeweiligen zweiten Kühlkanals beziehungsweise des zweiten Kühlnetzwerks eine Dichtung zwischen Stempel und Werkzeug in der Längsführungsbohrung vorgesehen, um das Kühlmedium in dem Kühlsystem zurückzuhalten und somit ein Austreten des Kühlmediums aus dem Kühlsystem über das Spritzgusswerkzeug zu verhindern. The stamp preferably has a diameter of 3 to 20 mm. The punches are preferably each guided in a longitudinal guide bore in the tool, from which each extend the second cooling channel or the second cooling network. Preferably, on the side facing away from the cavity with respect to the respective second cooling channel or the second cooling network, a seal between the punch and tool in the longitudinal guide bore provided to retain the cooling medium in the cooling system and thus to prevent leakage of the cooling medium from the cooling system via the injection mold.
Die Längsführungsbohrung kann im Bereich des jeweiligen zweiten Kühlkanals beziehungsweise des zweiten Kühlnetzwerks eine den Stempel umlaufend umgebende Ringnut aufweisen. In diese erstreckt sich bevorzugt die zuvor beschriebene seitliche Bohrung des Stempels. Die Ringnut ist dabei in Längsachse des Stempels beziehungsweise in Richtung seiner Längserstreckung gesehen derart lang bzw. hoch ausgebildet, dass sie über den längsverschieblichen Bewegungsbereich des Stempels eine Verbindung zwischen dem zweiten Kühlkanal beziehungsweise dem zweiten Kühlnetzwerk und der Längsbohrung des Stempels bereitstellt. Auf diese Weise kann sicher verhindert werden, dass unabhängig von der längsverschieblichen Position des Stempels immer ein Kühlmedium durch das Kühlsystem geleitet werden kann. The longitudinal guide bore may have in the region of the respective second cooling channel or the second cooling network, an annular groove surrounding the punch. In this preferably extends the previously described lateral bore of the punch. The annular groove is seen in the longitudinal axis of the punch or in the direction of its longitudinal extent formed so long or high that it provides a connection between the second cooling channel or the second cooling network and the longitudinal bore of the punch on the longitudinally displaceable movement range of the punch. In this way it can be reliably prevented that, regardless of the longitudinally displaceable position of the punch, a cooling medium can always be passed through the cooling system.
Die Längsführungsbohrung kann derart ausgebildet sein, dass sich zwischen dem jeweiligen zweiten Kühlkanal beziehungsweise dem zweiten Kühlnetzwerk einerseits und dem Hohlraum – vorzugsweise der jeweiligen Kavität – andererseits ein Spalt erstreckt. Dieser Spalt ist vorzugsweise als ein den Stempel umlaufend umgebender Ringspalt gebildet. Der Spalt ist dabei bevorzugt derart bemessen, um ein Eindringen eines Spritzgussmaterials in die Längsführungsbohrung von Seiten des Hohlraums her über diesen Ringspalt zu verhindern. Andererseits ist der Ringspalt bevorzugt derart bemessen, dass das Kühlmedium durch diesen hindurchtreten kann. Hierzu weist der Spalt bevorzugt eine Breite ≤ 0,02 mm und weiter bevorzugt ≤ 0,01 mm auf. The longitudinal guide bore may be formed such that on the one hand and the cavity - preferably the respective cavity - on the other hand, a gap extends between the respective second cooling channel or the second cooling network. This gap is preferably formed as an annular gap surrounding the stamp. The gap is preferably dimensioned so as to prevent penetration of an injection molding material into the longitudinal guide bore from the side of the cavity through this annular gap. On the other hand, the annular gap is preferably dimensioned such that the cooling medium can pass through it. For this purpose, the gap preferably has a width ≦ 0.02 mm and more preferably ≦ 0.01 mm.
Die Spritzgussvorrichtung beziehungsweise das Kühlsystem weisen ferner eine Pumpe bzw. Kompressor zum Durchleiten des Kühlmediums durch das Kühlsystem und insbesondere den oder die Stempel auf. Die Pumpe bzw. der Kompressor ist hierbei entweder auf Seiten der ersten oder zweiten Kühlkanäle beziehungsweise Kühlnetzwerke fluidtechnisch angeschlossen. The injection molding device or the cooling system also have a pump or compressor for passing the cooling medium through the cooling system and in particular the die or the stamp. The pump or the compressor is in this case fluidly connected either on the side of the first or second cooling channels or cooling networks.
Einer der ersten oder zweiten Kühlkanäle oder Kühlnetzwerke kann ein Einlassventil, insbesondere ein Pneumatik-Einlassventil, zum wahlweisen einleiten des Kühlmediums (beispielsweise Luft) in das Kühlsystem aufweisen. Der andere der ersten oder zweiten Kühlkanäle oder Kühlnetzwerke kann ein Auslassventil, insbesondere ein Pneumatik-Auslassventil, zum wahlweisen Ablassen des Kühlmediums (beispielsweise Luft) aus dem Kühlsystem aufweisen. Durch wahlweises Öffnen und Schließen der Ventile kann ein Durchleiten eines Kühlmediums zur Kühlung erfolgen. Das Durchleiten wird dadurch bevorzugt von einem/einer vorbezeichneten Kompressor/Pumpe unterstützt. Insbesondere kann die Druckluft dabei mit einem vorgelagerten Kompressor erzeugt werden. Die Druckluft liegt dann bevorzugt am Einlassventil mit einem Druck von beispielsweise 6 bis 15 bar an. Beim Öffnen des Einlassventils strömt die Luft durch das vorhandene Druckgefälle in vorbeschriebener Weise durch das Werkzeug bzw. das Kühlsystem. One of the first or second cooling channels or cooling networks may include an inlet valve, in particular a pneumatic inlet valve, for selectively introducing the cooling medium (for example air) into the cooling system. The other of the first or second cooling channels or cooling networks may comprise an outlet valve, in particular a pneumatic outlet valve, for selectively discharging the cooling medium (for example air) from the cooling system. By selectively opening and closing the valves can be done by passing a cooling medium for cooling. The passage is thereby preferably supported by a / a previous compressor / pump. In particular, the compressed air can be generated with an upstream compressor. The compressed air is then preferably at the inlet valve with a pressure of for example 6 to 15 bar. When opening the inlet valve, the air flows through the existing pressure gradient in the manner described above by the tool or the cooling system.
Es ist zudem denkbar, durch Verschließen des Auslassventils bei gleichzeitig fortführender Zuleitung von Kühlmedium in das Kühlsystem bspw. über das Einlassventil einen definierten Druck in dem System bereitzustellen. Dieser kann beispielsweise 6 bis 15 bar betragen. Dieser Druck kann bevorzugt über den vorbezeichneten (Ring-)Spalt in den Hohlraum und insbesondere an dem spritzgegossenen Werkstück angelegt werden, um dieses zu entformen. Durch im Kopfbereich angefaste/angeschrägte Stempel wird es ermöglicht, dass das Kühlmedium auch bei nur geringer längsverschieblicher Bewegung des Stempels aus dem Hohlraum heraus auf einer großen Fläche des Werkstücks anliegen kann. Das in Richtung des Werkstücks gelenkte Kühlmedium – wie beispielsweise Luft – kann dort als (Luft-)Polster zwischen dem zurückgefahrenen Stempel und dem Werkstück gebildet sein. Über dieses Polster wird großflächig der über das Kühlsystem bereitgestellte Druck an dem Werkstück angelegt, sodass eine sichere und einfache Entformung ohne zusätzliche Auswerfervorrichtung bereitgestellt wird. Folglich kann durch die vorliegende Erfindung eine besonders platzsparende Ausgestaltung zur gleichzeitigen Kühlung und Entformung bereitgestellt werden. It is also conceivable to provide a defined pressure in the system by closing the outlet valve while at the same time continuing to supply cooling medium into the cooling system, for example via the inlet valve. This can for example be 6 to 15 bar. This pressure can preferably be applied via the aforementioned (ring) gap in the cavity and in particular on the injection-molded workpiece in order to demold this. By chamfered / chamfered in the head area, it is possible that the cooling medium can rest on a large surface of the workpiece even with only small longitudinally displaceable movement of the punch out of the cavity. The directed in the direction of the workpiece cooling medium - such as air - may there be formed as (air) cushion between the retracted punch and the workpiece. Over this pad, the pressure provided by the cooling system is applied to the workpiece over a large area, so that a safe and easy demolding is provided without additional ejection device. Consequently, a particularly space-saving design for simultaneous cooling and demolding can be provided by the present invention.
Die Spritzgussvorrichtung kann ferner – zur Bildung einer Spritzgussmaschine – eine Spritzvorrichtung zum Einbringen des Spritzgussmaterials – wie beispielsweise PMMA oder PC – über eine mit dem Hohlraum verbundene Einspritzöffnung in dem Spritzgusswerkzeug aufweisen. The injection molding apparatus may further comprise - for forming an injection molding machine - a spraying device for introducing the injection molding material - such as PMMA or PC - via an injection opening in the injection molding tool connected to the cavity.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner ein Spritzgussverfahren zum Herstellen eines Werkstücks, wie einer Linsenoptik und insbesondere eines Linsenblockrasters. Das Spritzgussverfahren weist dabei die folgenden Schritte auf:
- • Bereitstellen einer Spritzgussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorzugsweise das Spritzgusswerkzeug zum Bilden des Hohlraumes, insbesondere der Vielzahl miteinander verbundener Kavitäten, geschlossen wird.
- • Positionieren des Stempels in dem Spritzgusswerkzeug derart, dass der Stempel wenigstens teilweise zwischen dem Hohlraum und dem zugeordneten zweiten Kühlkanal bzw. Kühlnetzwerk angeordnet ist.
- • Einbringen eines Spritzgussmaterials in den Hohlraum zum Bilden des Werkstücks (z.B. der Linsenoptik, wie insbesondere eines Linsenblockrasters).
- • Verschieben des Stempels wenigstens teilweise in den Hohlraum hinein, um die dem Stempel zugewandte Seite des Werkstücks (bspw. der Linsenoptik) zu prägen.
- • Zurückfahren der Stempel aus dem Hohlraum, vorzugsweise den zugeordneten Kavitäten, und Öffnen des Spritzgusswerkzeugs.
- • Entformen des Werkstücks.
- Provision of an injection molding apparatus according to any one of the preceding claims, wherein preferably the injection mold for forming the cavity, in particular the plurality of interconnected cavities is closed.
- Positioning of the stamp in the injection mold such that the stamp is at least partially disposed between the cavity and the associated second cooling channel or cooling network.
- • introducing an injection molding material into the cavity for forming the workpiece (eg the lens optic, such as in particular a lens block grid).
- • Move the stamp at least partially into the cavity in order to emboss the side of the workpiece (eg the lens optic) facing the stamp.
- • Retracting the stamp from the cavity, preferably the associated cavities, and opening the injection molding tool.
- • removal of the workpiece.
Wenigstens während eines Teils des Verfahrens, vorzugweise während des Prägeschrittes, wird ein Kühlmedium, wie insbesondere ein Fluid (beispielsweise Luft), durch das Kühlsystem und somit durch die Stempel geleitet. At least during part of the process, preferably during the embossing step, a cooling medium, such as, in particular, a fluid (for example air), is passed through the cooling system and thus through the punches.
Weist die Spritzgussvorrichtung mehrere Stempel auf, so kann der Schritt des Positionierens der Stempel in dem Spritzgusswerkzeug das Anordnen aller Stempel wenigstens teilweise zwischen dem Hohlraum, vorzugsweise der zugeordneten Kavität, und dem zugeordneten zweiten Kühlkanal beziehungsweise zweiten Kühlnetzwerk umfassen. If the injection molding device has a plurality of punches, then the step of positioning the punches in the injection molding tool may comprise arranging all punches at least partially between the cavity, preferably the associated cavity, and the associated second cooling channel or second cooling network.
Der oder die Stempel schließen während des Spritzgussvorgangs bevorzugt bündig mit dem Hohlraum – vorzugsweise mit der zugeordneten Kavität – ab; vorzugsweise befinden sie sich wenigstens im näheren Bereich des Hohlraumes. Auf diese Weise kann der Stempel den Hohlraum sicher begrenzen und der Formgebung während des Einspritzvorgangs dienen. The die or dies preferably close flush with the cavity during the injection molding process, preferably with the associated cavity; Preferably, they are at least in the vicinity of the cavity. In this way, the punch can safely limit the cavity and serve the shaping during the injection process.
Der Prägeschritt dient bevorzugt der definierten Formgebung des Werkstücks (z.B. Linsenoptik und insbesondere die zugeordneten Linsenelemente). Dies geschieht bevorzugt unter Ausnutzung einer Schwindung des Spritzgussmaterials in dem Hohlraum, vorzugsweise in den jeweiligen Kavitäten, durch Abkühlung der spritzgegossenen Linsenoptik. Eine an der dem Hohlraum zugewandten Stirnseite des Stempels (beziehungsweise der Stempel) vorgesehene Prägeprofilierung wird bevorzugt auf die Linsenoptik und insbesondere das zugeordnete Linsenelement übertragen, wenn der Stempel im Prägeschritt in vorbezeichneter Weise in den Hohlraum eingefahren wird. The embossing step preferably serves for the defined shaping of the workpiece (for example lens optics and in particular the associated lens elements). This is preferably done by utilizing a shrinkage of the injection molding material in the cavity, preferably in the respective cavities, by cooling the injection-molded lens optics. An embossing profile provided on the end face of the punch (or punch) facing the cavity is preferably transmitted to the lens optics and in particular to the associated lens element when the punch is inserted into the cavity in the embossing step in the manner described above.
Weist die Spritzgussvorrichtung mehrere Stempel auf, so kann der Prägeschritte ein gleichzeitiges Verschieben aller Stempel wenigstens teilweise in den Hohlraum – vorzugsweise in die zugeordnete Kavität – hinein umfassen, um die dem jeweiligen Stempel zugewandte Seite der Linsenoptik – insbesondere der Linsenelemente des Linsenblockrasters – zu prägen. Mit anderen Worten werden bevorzugt alle Stempel gleichzeitig und zusammen bewegt. Dies wird bevorzugt durch Zusammenfassung mehrerer Stempel auf einer Stempelplatte, wie sie zuvor beschrieben wurde, ermöglicht. If the injection molding device has a plurality of punches, the embossing step may comprise simultaneously displacing all punches at least partially into the cavity, preferably into the associated cavity, in order to emboss the side of the lens optic facing the respective puncture, in particular the lens elements of the lens block raster. In other words, preferably all the punches are moved simultaneously and together. This is preferably made possible by combining several stamps on a stamp plate as described above.
Das Kühlmedium wird bevorzugt über das Einlassventil in das Kühlsystem eingeleitet und über das Auslassventil aus dem Kühlsystem abgeleitet. Dabei wird das Kühlmedium bevorzugt mittels einer Pumpe bzw. eines Kompressors – beispielsweise durch das entstehende Druckgefälle zwischen Einlassventil und Auslassventil bzw. zwischen Einlassventil und Hohlraum – durch das Kühlsystem geleitet, welche/r auf Seiten des Einlasses oder des Auslasses des Kühlsystems bereitgestellt ist. The cooling medium is preferably introduced into the cooling system via the inlet valve and discharged from the cooling system via the outlet valve. In this case, the cooling medium is preferably conducted by means of a pump or a compressor-for example, by the resulting pressure gradient between inlet valve and outlet valve or between inlet valve and cavity-through the cooling system, which is provided on the side of the inlet or the outlet of the cooling system.
Zur Entformung der Linsenoptik (Werkstück) bei jeweils von der spritzgegossenen Linsenoptik (Werkstück) zurückgefahrenem Stempel wird bevorzugt das Kühlmedium in den Hohlraum, vorzugsweise in die zugeordnete Kavität, geleitet. Hierbei wird das Kühlmedium bevorzugt über den vorbezeichneten (Ring-)Spalt geführt. Um einen ausreichenden Druck zum Auswerfen des Werkstücks bereitzustellen, kann während des Entformungsschrittes vorzugsweise das Auslassventil geschlossen werden, um unter weiterer Zufuhr von Kühlmedium in das Kühlsystem – bevorzugt über ein Einlassventil – einen definierten Druck von beispielsweise 6 bis 15 bar bereitzustellen. Auf diese Weise kann ohne zusätzliche Mittel und unter Verwendung des ohnehin durch das Kühlsystem geleiteten Kühlmediums letzteres gleichzeitig zum Auswerfen des Werkstücks bereitgestellt werden. For demolding of the lens optics (workpiece) in each case of the injection-molded lens optics (workpiece) retracted stamp the cooling medium is preferably in the cavity, preferably in the associated cavity, passed. Here, the cooling medium is preferably performed over the aforementioned (ring) gap. In order to provide a sufficient pressure for ejecting the workpiece, the outlet valve may preferably be closed during the demolding step in order to provide a defined pressure of, for example, 6 to 15 bar, with further supply of cooling medium into the cooling system, preferably via an inlet valve. In this way, without additional means and using the anyway by the Cooling system conducted cooling medium latter can be provided simultaneously for ejecting the workpiece.
Die Kühlung der Stempel wird bevorzugt sogleich zur Kühlung des Werkstücks bereitgestellt. Dies geschieht durch entsprechende Ausgestaltung der Durchgangsbohrung, Wandstärken im Kopfbereich des Stempels, die Art und Temperatur des Kühlmediums sowie die Wahl der verwendeten Materialien für Stempel, Stempelplatte und Spritzgusswerkzeug und nicht zuletzt aufgrund des Spritzgussmaterials sowie dessen Temperatur und Abkühleigenschaften und dergleichen mehr. The cooling of the stamp is preferably provided immediately for cooling the workpiece. This is done by appropriate design of the through hole wall thicknesses in the head region of the stamp, the type and temperature of the cooling medium and the choice of materials used for stamp, stamp plate and injection mold and not least because of the injection molding material and its temperature and cooling properties and the like.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine Linsenoptik, wie insbesondere ein Linsenblockraster, welche(s) nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. According to a further aspect, the present invention further relates to a lens optic, such as in particular a lens block grid, which (s) is produced by a method according to the invention.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels einer Figur der begleitenden Zeichnung im Folgenden dargestellt. Es zeigt: Further embodiments and advantages of the present invention will become apparent from an embodiment of a figure of the accompanying drawings below. It shows:
Die Spritzgussvorrichtung weist ein Spritzgusswerkzeug
Das Spritzgusswerkzeug
Zum Einbringen des Spritzgussmaterials in den Hohlraum
Die Spritzgussvorrichtung
Der Stempel
Weist die Stempelvorrichtung
Wie
Der oder die Stempel
Bevorzugt jeder der Stempel
An seiner dem Hohlraum
Die Längsbohrung
Wie
Zurückkommend auf die lösbare Bereitstellung der Stempel
Wie
In gleicher Weise kann der jeweilige zweite Kühlkanal
Der Stempel
Der oder die Stempel
Auf der dem Hohlraum
Im Bereich des jeweiligen zweiten Kühlkanals
Die Längsführungsbohrung
Andererseits soll der Spalt
Wie in
Das Kühlsystem S kann beispielsweise ein geschlossener Kühlkreislauf eines Wärmetauschersystems sein. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. The cooling system S can be, for example, a closed cooling circuit of a heat exchanger system. However, the invention is not limited thereto.
Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass das Kühlmedium über die zweiten Kühlkanäle
In einem bevorzugten Fall ist es denkbar, dass das Auslassventil
Um eine Entformung zu erleichtern, kann/können zum Entformen der/die Stempel
Um eine Entformung möglichst einfach zu ermöglichen, kann der Stempel
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens zur Herstellung einer Linsenoptik L (Werkstück), insbesondere eines Linsenblockrasters, beschrieben. An exemplary embodiment of an injection molding method according to the invention for producing a lens optic L (workpiece), in particular a lens block grid, is described below.
In einem ersten Schritt eines solchen Spritzgussverfahrens wird zunächst eine Spritzgussvorrichtung
In einem weiteren Schritt wird der Stempel
In einem weiteren Schritt wird nun Spritzgussmaterial, wie beispielsweise ein entsprechender Kunststoff wie PMMA oder PC, in den Hohlraum
In einem nächsten Schritt wird der Stempel
Weist die Spritzgussvorrichtung
In einen weiteren Schritt werden nach dem Spritzgussvorgang der oder die Stempel
Das Spritzgusswerkzeug
Wenigstens während eines Teils des vorbeschriebenen Verfahrens und insbesondere während des Prägeschrittes wird ein Kühlmedium durch das Kühlsystem S und somit die Stempel
Zur Entformung der Linsenoptik L bei jeweils von der spritzgegossenen Linsenoptik L zurückgefahrenem Stempel
Aufgrund der so bereitgestellten Kühlung der Stempel kann – in zuvor bezeichneter Weise – zugleich auch das Spritzgusswerkzeug
Die Erfindung umfasst ferner eine Linsenoptik L, insbesondere ein Linsenblockraster, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. The invention further comprises a lens optic L, in particular a lens block grid, produced by the method according to the invention.
Die Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sofern sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche erfasst ist. Insbesondere ist die genaue Führung der ersten und zweiten Kühlkanäle
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