AT410192B - Formwerkzeug zum spritzprägen - Google Patents

Description

AT 410 192 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formwerkzeug zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmigen Kunststoffartikeln in einer Spritzgießmaschine mit zwei Formwerkzeughälften, die mindestens eine Formkavität einschließen, wobei in mindestens einer der Formwerkzeughälften Federn angeordnet sind.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Formwerkzeug zur Herstellung sowohl von optischen Speicherplatten mit einer Dicke von 0,6 mm, welche später zu einer Diskette (in weiterer Folge als DVD bezeichnet) verklebt werden, als auch zur Herstellung von bespielbaren und bespielten optischen Speicherplatten mit einer Dicke von 1,2 mm (in weiterer Folge als CD bezeichnet).

Um die Information, welche in Form von Pits abgebildet wird, auslesen zu können, muß das gespritzte Substrat ausgezeichnete optische Eigenschaften, speziell bezüglich der engen Toleranzen der Doppelbrechung, aufweisen.

Speziell bei DVDs und CD-ROMs mit Laufwerksgeschwindigkeiten von 24 x und mehr ist es absolut notwendig, daß die Speicherplattendicke gleichmäßig ist und die Abweichungen in den vorgegebenen Toleranzen liegen.

Derzeit können Spritzgußformwerkzeuge entweder zur Produktion von DVDs oder nur zur Produktion von CDs verwendet werden, da die Dicke der Kavität durch die Dimension der Werkzeugteile festgelegt ist. Diese Werkzeuge können nur unter sehr hohem Zeitaufwand und sehr hohen Kosten von DVD auf CD und umgekehrt umgebaut werden. DVDs mit einer Kavitätendicke von 0,6 mm erfordern eine Spritzmethode, die Spritzprägen genannt wird. Während des Einspritzens der Kunststoffschmelze in das Formwerkzeug bleiben die Formwerkzeughälften derart positioniert, daß die Formkavität zwar geschlossen ist, jedoch ein Volumen einschließt, das größer ist als das Volumen des herzustellenden Gegenstandes. Nach dem Einspritzen der Kunststoffmasse wird die bewegbare Formwerkzeughälfte ca. 1 mm weiter in der Schließrichtung bewegt, um eine Diskettendicke von 0,6 mm zu erreichen.

Diese Methode erfordert eine sehr genaue Steuerung der Spritzgußmaschine. Geschmolzener Kunststoff wie z.B. Polycarbonat wird bei Temperaturen von ca. 300°C eingespritzt. Die Angußbuchse im Werkzeug muß deshalb mit Wasser gekühlt werden, damit der Kunststoff erstarrt, schrumpft und beim Öffnen des Werkzeugs herausgezogen werden kann. Während der Kühlzeit liegt die geheizte Spritzdüse ständig an der gekühlten Angußbuchse an, was ein Abkühlen der Düsenspitze bewirkt und in weiterer Folge, daß kalte Partikel in die Formkavität mit eingespritzt und so die Fließeigenschaften der Kunststoffschmelze verändert werden.

Um die Pitstruktur des Prägestempels auf das Kunststoffsubstrat abbilden zu können, müssen die Spiegelplatten der festen und der beweglichen Formwerkzeughälfte im Werkzeug konstant auf ca. 60°C bei CD und ca. 90°C bei DVD gehalten werden. Diese relativ niedrige Temperatur bewirkt ein Erstarren der Kunststoffschmelze nach dem Einspritzen und ermöglicht das Auswerfen und Entnehmen des Speicherplattensubstrats nach Öffnen des Werkzeugs.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formwerkzeug der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß es zur Herstellung von optischen Speicherplatten jeglichen Formats und jeglicher Dicke in Einfach- oder Mehrfachkavitätenausführung geeignet ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Schließen der Werkzeugsform mindestens ein Anschlagteil der anderen Formwerkzeugshälfte an den Federn anliegt, wobei die Federkraft gleich oder größer ist als die Schließkraft der Spritzgießmaschine beim Einspritzen und daß beim Nachlassen der Schließkraft die Federn die beiden Formwerkzeughälften auseinander drücken.

Das erfindungsgemäße Formwerkzeug ermöglicht, einen Spritz-Prägevorgang ohne die Notwendigkeit einer Präzisionsspritzgußmaschine, die eine Positioniergenauigkeit von 0,01 mm auf der Schließseite erreicht, durchzuführen. Erfindungsgemäß kann ein Präzisionsprägeprozeß mit einer standardmäßigen zweistufigen Schließkraftregelung an der Spritzgußmaschine durchgeführt werden.

Vorteilhaft ist vorgesehen, daß mindestens eine der Formwerkzeughälften mit Distanzscheiben versehen ist, die an einem äußeren Ring der Formwerkzeughälfte angeordnet sind und an denen bei geschlossenem Formwerkzeug die gegenüberliegende Formwerkzeughälfte anliegt. Dabei sind mindestens zwei austauschbare Sätze von Distanzscheiben unterschiedlicher Dicke vorgesehen. 2

AT 410 192 B

Ein erfindungsgemäßen Verfahren zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmigem Kunststoffartikeln mit einem derartigen Formwerkzeug sieht vor, daß die Angußbuchse pro Spritzvorgang maximal 2 Sekunden, vorzugsweise über eine Zeitspanne von zwischen 0,5 und 1,5 Sekunden, gekühlt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine schematisch gehaltene Draufsicht auf die bewegbare Formwerkzeughälfte, die Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug und die Fig. 3 zeigt im vergrößerten Maßstab den unteren Formrandbereich der Fig. 2.

Die Teile der eigentlichen Spritzgießmaschine, wie der Plastifizierzylinder, die Formaufspann-platten und der Schließmechanismus, sind in den Figuren der Zeichnungen nicht gezeigt. Sie sind nach dem bekannten Stand der Technik gefertigt.

Das erfindungsgemäße Formwerkzeug besteht aus einer ortsfesten Formwerkzeughälfte 1 und einer bewegbaren Formwerkzeughälfte 2.

Das geschmolzene Kunststoffgranulat wird durch die Angußbuchse 3, welche sich in der ortsfesten Formwerkzeughälfte 1 befindet, in die von den beiden Formwerkzeughälften 1, 2 abgegrenzte Kavität eingespritzt. Diese Angußbuchse 3 wird nach dem Einspritzen des Kunststoffgranulats lediglich eine Sekunde gekühlt, um ein Abkühlen der Düsenspitze zu verhindern. Der Zeitpunkt des Kühlpulses wird von der Maschinensteuerung kontrolliert.

In der ortsfesten Formwerkzeughälfte 1 ist ein Kavitätenring 4 angeordnet. Der Kavitätenring 4 wird von Federn 5 beaufschlagt und hat die Möglichkeit, sich in der Richtung der Längs-Mittelachse des Formwerkzeuges 0,6 mm zu bewegen. Dies ist eine der Voraussetzungen, um die notwendige Flexibilität zu erzielen, um mit dem gleichen Formwerkzeug entweder CDs oder Disketten, die später zu DVD zusammengesetzt werden, zu produzieren. In der ortsfesten Formwerkzeughälfte 1 befindet sich weiters eine Spiegelplatte 6, die an der Rückseite mit einem spiralförmigen Kühlwasserkanal versehen ist.

Die bewegbare Formwerkzeughälfte 2 umfaßt eine im Verbund hergestellte Spiegelplatte, die aus zwei Teilplatten 7, 8 besteht. Die vordere Teilplatte 7, welche in die Kavität des Formwerkzeugs ragt und die am Prägestempel 9 anliegt, ist aus Keramik gefertigt. Diese Keramik besitzt eine Flärte von 90 HRC ist somit härter als Stahl und widerstandsfähiger gegen Verschleiß durch den aus Nickel hergestellten Prägestempel 9 oder Einflüsse andere Art.

Der Prägestempel 9 wird an der Spiegelplatte durch einen oder mehrere Magnet(e) 10 gehalten. Der oder die Magnet(e) 10 sind in der rückwärtigen, aus Stahl gefertigten Teilplatte 8 der Spiegelplatte angeordnet. Die rückwärtige Teilplatte 8 wird auf einer Formplatte 11 befestigt und weist ebenso wie die ortsfeste Spiegelplatte 6 einen spiralförmigen Kühlwasser-Kanal auf.

Die Kühlung sowohl in der stationären als auch in der bewegbaren Spiegelplatte 6, 7, 8 wird durch einen Temperaturfühler 12 kontrolliert.

Hier wird das gleiche Pulskühlsystem wie bei der Angußbuchse 3 verwendet. Nach dem Einspritzen des geschmolzenen Kunststoffmaterials wird der Kühlwasserzufluß durch das öffnen des Kühlwasserventils freigegen, bis die eingestellte Spiegelplattentemperatur erreicht ist. Danach wird das Kühlwasserventil wieder geschlossen. Auf diese Art wird ein leichteres Fließen der Kunststoffschmelze und somit bessere optische Eigenschaften des gespritzten Substrats erreicht.

Am äußeren Ring 13 der bewegbaren Formwerkzeughälfte sind Dinstanzscheiben 14 angeordnet. Diese Distanzscheiben 14 sind auf eine genau definierte Stärke und eine Toleranz von ± 0,005 mm geschliffen. Im Falle einer ungleichen dicken Verteilung des Kunststoffmaterials in der Formkavität können die Distanzscheiben 14 individuell ausgetauscht werden, um eine gleichmäßige Dicke herzustellen und um hohe Laufwerksgeschwindigkeiten von 24 x und höher zu ermöglichen. Eine gleichmäßige Dickenverteilung ist insbesondere bei DVDs und CD-ROMs absolut erforderlich.

Jedes Formwerkzeug ist erfindungsgemäß mit zwei Sätzen von Distanzscheiben 14 ausgerüstet, wobei ein Satz für die Herstellung von CD-ROMs und ein Satz für die Herstellung von DVD-Disketten dient. Weiters sind Ersatzdistanzscheiben 14 vorgesehen, um die Dicke der Formkavität nachträglich einstellen zu können.

Die Zentrierung der beiden Formwerkzeughälften 1, 2 wird durch zwei Zentrierbolzen 15 3

Claims (7)

1. AT 410 192 B erreicht. In der bewegbaren Formwerkzeughälfte 2 befinden sich zwei Tellerfedern 16 mit einer gesamten Federkraft von 10 Tonnen. Diese Kraft entspricht genau der Schließkraft der Spritzgußmaschine während des Einspritzens und somit wird die Kavitätendicke von 1,2 mm beibehalten. Im Falle der Produktion von CD-ROMs sind die Distanzscheiben 14 bei geschlossenen Formwerkzeughälften 1, 2 bereits in Kontakt mit dem stationären Ring 17 der ortsfesten Formwerkzeughälfte 1 und eine Erhöhung der Schließkraft nach dem Einspritzen bewirkt keine weitere Bewegung der beweglichen Formwerkzeughälfte 2. Im Falle der Produktion von Disketten für DVDs haben die Distanzscheiben 14 noch einen Abstand von 0,6 mm zum stationären Ring 17. Ein Erhöhen der Schließkraft nach dem Einspritzen bringt eine weitere Bewegung der bewegbaren Formwerkzeughälfte 2 um 0,6 mm, bis das Formwerkzeug völlig geschlossen ist. Der stationäre Spiegelring 4 bewegt sich dabei ebenfalls um 0,6 mm. Nach dem Abbau der Schließkraft der Spritzgießmaschine drücken die Tellerfedern 16 die Form wieder um 0,6 mm auf. Gleichzeitig drücken die Federn 5 der ortsfesten Seite den Spiegelring 4 zurück und das Substrat wird unterstützt durch Blasluft zwischen der Angußbuchse 3 und dem Spiegel, von der Spiegelplatte 6 abgehoben. PATENTANSPRÜCHE: 1. Formwerkzeug zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmigen Kunststoffartikeln in einer Spritzgießmaschine mit zwei Formwerkzeughälften, die mindestens eine Formkavitäi einschließen, wobei in mindestens einer der Formwerkzeughälften Federn angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schließen der Werkzeugsform mindestens ein Anschlagteil der anderen Formwerkzeugshälfte (1) an den Federn (16) anliegt, wobei die Federkraft gleich oder größer ist als die Schließkraft der Spritzgießmaschine beim Ein-spritzen und daß beim Nachlassen der Schließkraft die Federn (16) die beiden Formwerkzeughälften (1, 2) auseinander drücken.
2. 2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagteil bzw. die Anschlagteile von Zentrierbolzen (15) gebildet werden.
3. 3. Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (16) in der bewegbaren Formwerkzeughälfte (2) und der Anschlagteil bzw. die Anschlagteile in der ortsfesten Formwerkzeughälfte (1) gelagert sind.
4. 4. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (16) als Tellerfedern ausgebildet sind.
5. 5. Formwerkzeug nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Formwerkzeughälften (1, 2) mit Distanzscheiben (14) versehen ist, die an einem äußeren Ring (13) der Formwerkzeug hälfte (2) angeordnet sind und an denen bei geschlossenem Formwerkzeug die gegenüberliegende Formwerkzeug hälfte (1) anliegt.
6. 6. Formwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei austauschbare Sätze von Distanzscheiben (14) unterschiedlicher Dicke vorgesehen sind.
7. 7. Verfahren zum Spritzprägen von insbesondere scheibenförmigem Kunststoff mit einem Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Angußbuchse der stationären Formwerkzeughälfte gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Angußbuchse (3) pro Spritzvorgang maximal 2 Sekunden, vorzugsweise über eine Zeitspanne von zwischen 0,5 und 1,5 Sekunden, gekühlt wird. HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN 4