B e s c h r e i b u n g

Ausrichtungsvorrichtung, Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zur Feinjustierung

Die Erfindung betrifft eine Ausrichtungsvorrichtung, eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten, insbesondere zum Feinjustierung eines Bauteils beziehungsweise einer Bauteilgruppe . Grundsätzlich kann das Bauteil ein beliebiges Obj ekt sein, welches besonders genau ausgerichtet beziehungswei se feinjustiert werden muss. Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um einen Stempel, besonders bevorzugt um einen Weichstempel, einer Bearbeitungsvorrichtung. Bevorzugt ist die Bearbeitungsvorrichtung eine Spritzgussvorrichtung und die Ausrichtung des Bauteils, insbesondere des Spritzgusswerkzeugs beziehungsweise eines Formteils, erfolgt für das Spritzgießen oder Spritzprägen. Im Folgenden wird die Erfindung im Rahmen einer Anwendung auf dem technischen Gebiet des Spritzgießens erläutert. Prinzipiell ist die Erfindung j edoch nicht auf Spritzgießen beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung, insbesondere die Ausrichtungsvorrichtung, auch in anderen technischen Gebieten, insbesondere in solchen in denen ein präzi ses Ausrichten erforderlich, i st zur Anwendung kommen.

Im Stand der Technik sind Bearbeitungsvorrichtungen, insbesondere Spritzgussvorrichtungen, beschrieben die für die Herstellung von Massenbauteilen verwendet werden. Bei den Massenbauteilen handelt es sich meistens um grobförmige Produkte. Einzelne Spritzgussprodukte können allerdings auch mikro- und/oder nanostrukturiert sein. Ein Beispiel sind CDs und DVDs, die seit Jahrzehnten durch Spritzgussverfahren erzeugt werden. Die Spritzgussanlagen sind meistens so konzipiert, dass sie über mindestens eine, insbesondere einsetzbare, Formhälfte, verfügen. Die Formhälfte wird als Negativ des herzustellenden Spritzgussbauteil s gefertigt. Die Formteile sind dabei vorzugsweise in einen Formhalter einsetzbar und in einer Formhälfte der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet. Diese Formhälften waren in der Vergangenheit mei stens aus Metall .

Spritzgusswerkzeuge sind üblicherweise aus zwei Formhälften aufgebaut. Sie können durch Zentrierelemente translatorisch ausgerichtet werden. Müssen die Formhälften durch eine Drehung zueinander ausgerichtet werden, wird meistens eine der Formhälften drehbar gelagert und die zweite Formhälfte fixiert. Es erfolgt dann eine Ausrichtung der drehbar gelagerten Formhälfte zur stati schen Formhälfte.

Die drehbare Ausrichtung der Formhälfte wird im Stand der Technik hauptsächlich manuell oder durch Motoren und Getriebe realisiert. Besonders die manuelle Ausrichtung ist zu ungenau und die Verwendung von Motoren und Getrieben ist mit hohen Kosten verbunden. Erst kürzlich kam die Idee auf, Weichstempel zu verwenden, um Spritzgussprodukte zu erzeugen. Die Weichstempel werden dabei vorzugsweise in einen Stempelhalter einbaut und fixiert. Insbesondere der Weichstempel und der Stempelhalter bilden in diesem Fall die Formhälfte.

Ein großes Problem im Stand der Technik besteht in der durchzuführenden Ausrichtung und Feinjustierung der Stempelhalter, und damit der Stempel, zueinander. Die Ausrichtung selbst kann zwar durch unterschiedlichste Ausrichtungsmittel, insbesondere durch optische Systeme erfolgen, allerdings muss die Stellvorrichtung, welche die Stempelhalter beziehungsweise die Formhälften bewegt zwei Eigenschaften miteinander kombinieren, die ingenieurstechnisch schwer miteinander zu kombinieren sind. Die Stellvorrichtung muss einerseits eine Feinjustierung im mikro- insbesondere im nanometer Bereich erlauben, andererseits auch in der Lage sein, große Kräfte aufzunehmen. Die Aufnahme großer Kräfte ist notwendig, um die Stempelhalter bewegen zu können und um den hohen Drücken, die im Spritzgussverfahren herrschen, entgegenwirken zu können. Dabei i st es unabdingbar, dass die eingestellte Justiergenauigkeit auch während des Spritzgussverfahrens beibehalten wird.

Piezoelemente könnten beispielsweise eine hohe Justiergenauigkeit gewährleisten, sind allerdings wenig geeignet, um hohe Kräfte über lang e Zeit oder über lange Zyklen hinweg aufzunehmen.

Stellmotoren könnten auch entsprechende Genauigkeiten erzielen. Hohe wirkende Kräfte würden allerdings auf die Motoren und deren Bauteile, insbesondere einem vorgeschalteten Getriebe, wirken und diese zerstören. Denkbar ist auch, dass durch die Einwirkung einer großen Kraft die Justiergenauigkeit verloren geht, weil die zu fixierenden und zu haltenden Stempelhalter entlang des Spiels des Motors verschoben werden.

Spritzgusswerkzeuge müssen also aufgrund der hohen auftretenden Kräfte massiv aufgebaut werden. Außerdem sind geringe Spiele und Spalte zwischen den Einzelteilen eins Werkzeugs notwendig, um die geforderte Qualität des Spritzgussproduktes zu erreichen.

Lim die Anforderungen an das geforderte Massenbauteil beziehungsweise Produkt zu erreichen wird zur besseren Strukturübertragung das Werkzeug dermaßen luftdicht ausgeführt, dass eine Evakuierung der Formteile beziehungsweise Formnester vor dem Füllen mit Kunststoff durchgeführt werden kann.

Insbesondere bei der Herstellung von Spritzgussbauteilen mit einer feinen Struktur, insbesondere einer Nanostruktur, i st eine exakte Ausrichtung zumindest einer Formhälfte von besonderer Bedeutung. Vorzugsweise werden solche feinen Strukturen mit Weichstempeln al s Form beziehungswei se Struktur gebendes Teil der j eweiligen Formhälfte, hergestellt. Die Weichstempel sind besonders bevorzugt auswechselbar.

Die Nanostruktur wird über die auswechselbaren Weichstempel im Spritzgusswerkzeug übertragen. Diese Auswechselbarkeit ist notwendig, da die Nanostruktur im Werkzeug einem Verschleiß unterliegt, und insbesondere ungefähr alle 300 Schuss erneuert werden muss. Dieses regelmäßige Austauschen der Weichstempel erfordert nach dem Wechseln ei ne neue Feinjustierung. Die Feinjustierung gestaltet sich im Stand der Technik häufig aufwendig und erfolgt nicht ausreichend genau. Zudem ist nach dem Wechsel eines Stempels, insbesondere des Weichstempels, ein Nachjustieren mit den Ausrichtungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik häufig notwendig, da diese nachgeben und im Zuge der Herstellung ihre Position verändern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein e Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten, eine Bearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Ausrichten aufzuzeigen, welche die im Stand der Technik aufgeführten Nachteile zumindest zum Teil beseitigen, insbesondere vollständig beseitigen. Insbesondere soll eine alternative und verbesserte Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten, eine verbesserte und alternative Bearbeitungsvorrichtung sowie ein alternatives und verbessertes Verfahren zum Ausrichten aufgezeigt werden . Weiterhin ist es insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ausrichtungsvorrichtung mit einer erhöhten Ausrichtungsgenauigkeit sowie erhöhten spielfreien Kraftaufnahme aufzuzeigen.

Die vorliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der B eschreibung, in den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.

Demnach betrifft die Erfindung eine Ausrichtungsvorrichtung zur Ausrichtung, insbesondere zur Feinj ustierung, eines Bauteil s, insbesondere zur Ausrichtung eines Spritzgusswerkzeugs, wobei die Ausrichtung thermisch steuerbar ist. Die Ausrichtungsvorrichtung kann vorteilhaft das Ausrichten des Bauteils thermisch steuern. Auf diese Weise kann eine besonders genaue und spielfreie Ausrichtung beziehungswei se Positionierung des Bauteils erfolgen. Bei dem Bauteil kann es sich ebenfalls um mehrere Bauteile, mithin eine Bauteilgruppe handeln. Das auszurichtende Bauteil beziehungsweise die Bauteilgruppe können thermisch ausgerichtet und in der Position gehalten werden. Bevorzugt handelt es sich bei der Ausrichtungsvorrichtung um ein eigenes Aggregat mit einem Gehäuse. Die Ausrichtung des Bauteil s wird dabei thermisch gesteuert. In anderen Worten bewirkt eine Temperaturänderung insbesondere innerhalb der Ausrichtungsvorrichtung die Ausrichtung beziehungswei se Bewegung des Bauteils. Die Bewegung kann direkt oder indirekt auf das auszurichtende Bauteil übertragen werden, so dass das Bauteil beziehungsweise die Bauteilgruppe eine gewünschte Position einnimmt und anschließend in der gewünschten Position gehalten wird. Die Bewegung kann translatori sch und/oder rotatori sch sein. In der Offenbarung wird exemplari sch eine Rotation beschrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausrichtungsvorrichtung zumindest ein thermisches Stellelement und Temperierungsmittel zur thermischen Beaufschlagung des mindestens einen thermischen Stellelementes aufweist, wobei die Ausrichtung durch die Temperierungsmittel steuerbar ist. Das thermische Stellelement dehnt sich durch Wirken der Temperierungsmittel aus oder zieht sich zusammen . In Folge der Ausdehnung beziehungsweise des Zusammenziehens des thermischen Stellelementes erfolgt die Ausrichtung, wobei diese durch ein regeln der Temperierungsmittel steuerbar ist. Das mindestens eine Stellelement i st vorzugswei se so in der Ausrichtungsvorrichtung angeordnet, dass eine Volumenänderung in Folge der Ausdehnung beziehungswei se des Zusammenziehens in eine Bewegung des thermischen Stellelementes umgewandelt wird. Dazu kann das mindestens eine Stellelement beispielsweise an einer Stelle in beziehungsweise an der Ausrichtungsvorrichtung, insbesondere an einem Gehäuse, fixiert sein oder anliegen, so dass die Bewegung in Folge des Wirkens der Temperierungsmittel in eine vorgegebene Richtung erfolgt. Dabei kann die Bewegung direkt oder indirekt auf das Bauteil übertragen werden. Beispiel sweise können Getriebe, Hebel oder sonstige Übertragungsmittel zwischen dem thermischen Stellelement und dem auszurichtenden Bauteil beziehungsweise Bauteilgruppe angeordnet sein.

Bei den Temperierungsmitteln handelt es sich beispielsweise um ein Kühlaggregat, einen Heizer oder ein Fluid, welches über einen Fluidkanal direkt in das thermische Stellelement gelangt und dieses von Innen temperiert. Die Temperierungsmittel können das mindestens eine thermische Stellelement thermisch Beaufschlagen, insb esondere kühlen und/oder erwärmen. Vorzugsweise sind die Temperierungsmittel zum Kühlen und zum Erwärmen an unterschiedlichen Stellen an dem thermi schen Stellelement angeordnet beziehungsweise die thermische Beaufschlagung erfolgt in unterschiedlichen Bereichen des thermischen Stellelementes . Da durch die thermische Beaufschlagung des mindestens einen thermischen Stellelementes die Ausrichtung des Bauteils beziehungswei se der Bauteilgruppe thermisch steuerbar ist, kann die Ausrichtung vorteilhaft genau erfolgen. Weiterhin wird das Bauteil vorteilhaft in der ausgerichteten Stellung durch das thermische Stellelement beziehungswei se durch ggf. zwi schengelagerte Übertragungsmittel gehalten. Auf diese Weise kann das Bauteil vorteilhaft bei einer konstanten Temperatur beziehungsweise einem ausgedehnten oder zusammengezogenen Zustand des mindestens einen thermischen Stellelementes in der ausgerichteten Position spielfrei gehalten werden. Im Gegensatz zu anderen Ausrichtungsvorrichtung kann das Bauteil auch beim Auftreten von hohen Gegenkräften in der gewünschten Stellung, insbesondere spielfrei, ausgerichtet gehalten werden.

Durch eine entsprechende Dimensionierung des Querschnitts, insbesondere des Durchmessers, des thermischen Stellelements können insbesondere au ch große Kräfte aufgenommen werden. Im Allgemeinen gilt, dass mit steigendem Querschnitt, größere Kräfte aufgenommen werden können. Beispielsweise ist es im Stand der Technik nicht so einfach möglich, den Durchmesser einer Spindel für einen Motor so einfach neu zu dimensionieren. Zwar könnte mit einer Spindel und einer Spindelmutter auch sehr leicht eine Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung umgewandelt werden, die Spindelmutter und/oder die Spindel würden einer zu hohen Kraft aber schwer standhalten können. Daher ist durch eine entsprechende Anpassung des thermischen Stellelementes ein Auslegen der Ausrichtungsvorrichtung vorteilhaft einfach und flexibel möglich. Insbesondere kann das thermische Stellelement einer Ausrichtungsvorrichtung vorteilhaft ausgetauscht und so auf den zu erwartenden Lastenfall angepasst werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine thermische Stellelement länglich, insbesondere stabförmig, ausgebildet ist, so dass durch eine Längenänderung des mindestens einen thermischen Stellelements das Bauteil ausrichtbar ist. Länglich beziehungsweise stabförmig meint insbesondere, dass das mindestens eine thermische Stellelement länger i st als breit. Auf diese Weise kann vorteilhaft das Ausrichten besonders effizient und über einen größeren Stellbereich erfolgen. Zudem erfolgt vorteilhaft eine Ausdehnung beziehungsweise ein Zusammenziehen entlang der Längsrichtung des thermischen Stellelementes besonders schnell . Somit kann das Ausrichten vorteilhaft schnell und gezielt in eine bestimmte Richtung durchgeführt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausrichtungsvorrichtung ferner mindestens einen Übertragungsstab aufweist, wobei der mindestens eine Übertragungsstab an dem thermi schen Stellelement angeschlossen ist, so dass der mindestens eine Übertragungsstab, insbesondere durch eine Längenänderung des mindestens einen thermischen Stellelementes, durch die Temperierungsmittel bewegbar i st. Die Ausrichtung des Bauteils erfolgt somit vorteilhaft indirekt und insbesondere in Abhängigkeit von der Bewegung des Übertragungsstabes.

Die Ausrichtungsbewegung kann somit in Folge der thermischen Beaufschlagung des mindestens einen thermischen Stellelementes auf den Übertragungsstab übertragen werden, so dass eine Verbindung zwischen dem mindestens einen thermischen Stellelement und dem Bauteil nicht notwendig ist. Insbesondere kann das Ausrichten somit auch über größere Distanzen durchgeführt werden, wobei vorteilhaft die thermische Beaufschlagung nicht in unmittelbarer Nähe zu dem auszurichtenden Bauteil erfolgt. Auf diese Weise ist das Ausrichten möglich, ohne dass das thermische Stellelement direkt oder indirekt das auszurichtende Bauteil thermisch beaufschlagt. Zudem kann der Übertragungsstab vorteilhaft die Ausrichtungsbewegung, insbesondere in Folge der Längenänderung des mindestens einen thermischen Stellelementes, an eine vorgegebene Position auf das auszurichtende Bauteil beziehungsweise Bauteilgruppe übertragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine thermische Stellelement aus einem ersten Material ausgebildet ist und der mindestens eine Übertragungsstab aus einem zweiten Material ausgebildet ist, wobei das erste Material und das zweite Material unterschiedlich sind. Abhängig von dem ersten Material beziehungsweise der ersten Materialien kann ein Ausrichtverhalten vorteilhaft eingestellt werden. Da der Übertagungsstab aus einem anderen Material ausgebildet i st, können unterschiedliche Materialeigenschaften vorteilhaft kombiniert werden. Zudem kann die Material auswahl vorteilhaft unabhängig von weitern Anforderungen, wie zum Beispiel der thermi schen Beständigkeit oder dem Ausdehnungsverhalten, getroffen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials des mindestens einen thermischen Stellelementes größer, bevorzugt mindesten doppelt so groß, bevorzugter mindestens viermal so groß, am bevorzugtesten mindesten achtmal so groß, ist als ein zweiter Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Material s des mindestens einen Übertragungsstabes. Auf diese Weise kann die Ausrichtungsbewegung des mindestens einen thermi schen Stellelements vorteilhaft schnell und effizient erfolgen. Wirkt die thermische Beaufschlagung direkt oder indirekt auf den Übertragungsstab, wird vorteilhaft die Ausrichtungsbewegung nicht beeinflusst. Zudem wird vorteilhaft, durch das zweite Material mit einem geringeren zweiten Wärmeausdehnungseffizienten, das auszurichtende Bauteil thermisch unabhängig von dem thermischen Stellelement angeordnet. Der Übertragungsstab wirkt somit vorteilhaft als Isolator. Dadurch ändert bei einer indirekten oder direkten thermischen Beaufschlagung des Übertragungsstabes sich die Länge des Übertragungsstabes nicht beziehungsweise nur vernachlässigbar, so dass das B auteil vorteilhaft spielfrei in der gewünschten Stellung gehalten werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Übertragungsstab an dem mindestens einen thermisches Stellelement anlegbar ist oder unlösbar, insbesondere stoffschlüssig, mit dem mindestens einen thermisches Stellelement verbunden ist oder lösbar, insbesondere formschlüssig, mit dem mindestens einen thermi sches Stellelement verbunden ist. Bei einem an das mindestens eine thermische Stellelement angelegten Übertragungsstab , kann bei einem Zusammenziehen des thermischen Stellelements der Übertragungsstab weiter an dem ausgerichteten Bauteil anliegen. Das mindestens eine thermische Stellelement kann sich dabei von dem Übertragungsstab wegbewegen. Vorzugswei se wird in diesem Fall der Übertragungsstab durch andere Bremsmittel oder Fixiermittel in der ausgerichteten Position befestigt, so dass das Bauteil weiterhin spielfrei in der ausgerichteten Position gehalten wird. Ein erneutes Anlegen des Übertragungsstabes an dem mindestens einen thermischen Stellelement nach dem Ausrichten und gegebenen Falls dem Halten, wird beispielsweise über Federn sichergestellt. Weiterhin kann das mindestens eine thermische Stellelement vorteilhaft ohne den Übertragungsstab ausgetauscht werden.

Bei einer unlösbaren Verbindung zwischen dem mindestens einen thermischen Stellelement und dem Übertragungsstab, wird die Bewegung in Folg e der thermischen Beaufschlagung durch die Temperierungsmittel direkt auf den Übertragungsstab übertragen. Ein Rückkehren des Übertragungsstabes nach einem Ausrichtungsvorgang erfolgt somit vorteilhaft zusammen mit dem mindestens einen thermischen Stellelement. Auf diese Weise kann das ausgerichtete Bauteil besonders spielfrei in der ausgerichteten Position gehalten werden.

Ist zwischen dem mindestens einen thermischen Stellelement und dem Übertragungsstab eine lösbare Verbindung ausgebildet, können insbe sondere dieselben Vorteile erzielt werden, wie bei der unlösbaren Verbindung. Zudem ist das mindestens eine thermische Stellelement austauschbar. Auf diese Weise kann ein thermisches Stellelement gewählt werden, welches im j eweiligen Anwendungsfall besonders vorteilhaft ausgebildet ist. Beispiel sweise können die Länge und das erste Material durch Austauschen angepasst werden. Das Ausrichtverhalten der Ausrichtungsvorrichtung ist somit vorteilhaft durch Austauschen des mindestens einen thermischen Stellelementes einstellbar.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das thermische Stellelemente einen Fluidkanal aufweist. Dabei ist das mindestens eine thermische Stellelement vorzugswei se an einem Gehäuse der Ausrichtungsvorrichtung befestigt. In den beliebig geformten und in dem thermischen Stellelement ausgenommenen Fluidkanal kann ein Fluid eingeströmt beziehungsweise eingebracht werden. Auf diese Weise kann das thermische Stellelement vorteilhaft von Innen temperiert werden. Eine besonders gleichmäßige und direkte Erwärmung beziehungsweise Kühlung des thermischen Stellelementes ist dadurch möglich. Zudem kann das Ausrichten vorteilhaft schnell erfolgen. Zusätzlich zu dem Fluidkanal können auch die Temperierungsmittel von außen auf das thermische Stellelement wirken.

Somit kann eine noch homogenere und schnelle Temperierung des thermischen Stellelementes erfolgen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere thermische Stellelemente an einem Übertragungsstab angeschlossen sind. Zudem können auch mehrere Übertragungsstäbe die Kraft beziehungsweise Bewegung zum Ausrichten und Halten auf das Bauteil üb ertragen. Bei mehreren thermischen Stellelementen kann die Kraft beziehungsweise Bewegung zum Ausrichten und Halten von mehreren thermi schen Stellelementen bereitgestellt werden. Die Temperierungsmittel stehen dabei vorzugswei se an j edem thermischen Stellelement zur Verfügung. Denkbar ist auch, dass durch die Temperierungsmittel auch mehr als ein einzelnes thermisches Stellelement thermisch beaufschlagbar i st. Bevorzugt werden die mehreren thermischen Stellelemente durch Anlegen oder Einlassen in den Übertragungsstab an diesem angeschlossen.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere Spritzgussanlage, zumindest aufwei send: ein erstes Formteil, ein zweites Formteil und mindestens eine Ausrichtungsvorrichtung, wobei das erste Formteil durch die Temperierungsmittel relativ zu dem zweiten Formteil ausrichtbar i st. Das erste Formteil kann durch die erfindungsgemäße Ausrichtungsvorrichtung vorteilhaft genau und spielfrei ausgerichtet werden sowie mit einer Haltekraft in dem ausgerichteten Zustand gehalten werden. Das zweite Formteil kann ebenfalls durch eine entsprechende Ausrichtungsvorrichtung ausgerichtet werden. Vorzugsweise bilden das erste Formteil und das zweite Formteil zusammen den Form und Struktur gebenden Teil eines Spritzgusswerkzeugs. Durch die Ausrichtbarkeit mittels der Temperierungsmittel kann zumindest das erste Formteil, relativ zu dem zweiten Formteil besonders genau ausgerichtet werden. Weiterhin wird durch die Ausrichtungsvorrichtung vorteilhaft eine hohe Haltekraft bereitgestellt, so dass die Formteile, insbesondere beim Spritzgießen oder Spritzprägen, nicht verrutschen. Auf diese Weise kann mit der Bearbeitungsvorrichtung vorteilhaft genau Spritzgegossen werden und somit die Produktqualität wird erhöht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Formteil durch die Temperierungsmittel relativ zu dem zweiten Formteil drehbar ist, so dass eine Winkelausrichtung zwischen dem ersten Formteil und dem zweiten Formteil durchführbar ist. Eine Ausrichtung des ersten Formteils zu dem zweiten Formteil kann somit besonders genau erfolgen. Die Formteile können somit vorteilhaft durch andere Ausrichtungsvorrichtung grob ausgerichtet werden. Die Ausrichtungsvorrichtung, welche mit thermischen Mitteln steuerbar ist, kann dann besonders bevorzugt eine Feinjustierung durch ein Drehen der zwei Formteile ausführen. Auf diese Weise können die Formteile vorteilhaft deckungsgleich zueinander ausrichtet werden und die Bearbeitungsqualität erhöht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Formteil und/oder das zweite Formteil als ein Stempel, vorzugsweise ein Weichstempel, mit einer Struktur, vorzugswei se mit einer Nanostruktur, ausgebildet sind. Wenn das erste Formteil und/oder das zweite Formteil ein Stempel sind, kann mit der Bearbeitungsvorrichtung die Bearbeitungsqualität besonders erhöht werden. Durch die hohe Genauigkeit der Feinausrichtung des Stempels zu einem Gegenstück beziehungsweise der Stempel zueinander, werden die Strukturen in dem zu erzeugenden Werkstück besonders genau und ausgerichtet erzeugt. Besonders bevorzugt können mit der Bearbeitungsvorrichtung Nanostrukturen erzeugt werden, wobei durch die hochgenaue Ausrichtung der Stempel zueinander die Qualität der Strukturoberfläche besonders hoch ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bearbeitungsvorrichtung ferner eine erste Formhalterung, insbesondere ein ersten Stempelhalter, zur Aufnahme des ersten Formteils und/oder eine zweite Formhalterung, insbesondere einen zweiten Stempelhalter, zur Aufnahme des zweiten Formteils aufweist. Auf diese Weise ist ein Ausrichten vorteilhaft über die Formhalterungen möglich. Die Ausrichtung der Formteile zueinander kann somit vorteilhaft indirekt über ein Ausrichten der Formhalterungen erfolgen. Insbesondere können die Formhalterungen Stempelhalter sein, so dass ein Ausrichten der Stempel, vorzugswei se Weichstempel, zueinander durch die an die Formhalterungen angeschlossene Ausrichtungsvorrichtung erfolgt. Auf diese Weise können die formgebenden Formteile einfach ausgewechselt werden und in der Formhalterung angeordnet werden. Das Verfahren ist insbesondere für Weichstempel vorteilhaft, da diese häufig ausgetauscht und somit besonders häufig ausgerichtet werden müssen. Zudem kann durch die Anordnung beziehungsweise Fixierung der Formteile in einem entsprechenden Formhalter vorteilhaft eine Ausrichtung der Formteile zueinander auch während des Bearbeitungsprozesses erfolgen, insbesondere ohne ein erneutes Trennen der Formhälften voneinander. Somit ist die Vorrichtung für den Einsatz beim Spritzgießen prädestiniert.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten, insbesondere zur Feinjustierung, eines Bauteils, insbesondere zum Ausrichten eines Spritzgusswerkzeugs, wobei das Ausrichten thermisch gesteuert wird. Mittels der thermischen Ausrichtung kann das Bauteil beziehungswei se die Bauteilgruppe besonders genau ausgerichtet werden. Vorzugswei se erfolgt die Ausrichtung in Form einer Feinjustierung nach einer Grobausrichtung beziehungsweise Grobpositionierung. Vorteilhaft kann durch die thermische Steuerung der Ausrichtung das Bauteil gleichzeitig im ausgerichteten Zustand in der gewünschten Position gehalten werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren zumindest die folgenden Schritte, insbesondere mit dem folgenden Ablauf aufweist: i) Zurverfügungstellung mindestens einer Ausrichtungsvorrichtung und ii) Ausrichten des Bauteils durch die Temperierungsmittel . Das Verfahren zum Ausrichten kann besonders vorteilhaft mit der Ausrichtungsvorrichtung durchgeführt werden. Das Ausrichten kann vorteilhaft bei einem geschlossenen Werkzeug erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte aufweist: iii) Vermessen eines Ausrichtungsfehlers nach Schritt ii) und iv) Korrigieren des Ausrichtungsfehlers durch die Temperierungsmittel . Die Ausrichtung, Vermessung und Korrektur werden vorzugsweise bei geöffnetem Werkzeug durchgeführt. Nach einem Ausrichten in Schritt ii, kann ein Werkstück beziehungsweise ein Erzeugnis, insbesondere darin hergestellte Strukturen, besonders bevorzugt Nanostrukturen, analysiert werden. Dabei wird insbesondere ein Ausrichtungsfehler, vorzugsweise ein Winkelfehler, der Formhälften zueinander vermessen. Auf Grundlage des vermessenen Ausrichtungsfehlers wird erneut thermi sch ausgerichtet. Das erneute Ausrichten beziehungsweise das Korrigieren erfolgt dabei vorteilhaft genau durch die Temperierungsmittel . Dabei werden vorzugsweise zwei Formhälften der zu Verfügung gestellten Ausrichtungsvorrichtung erneut zueinander ausgerichtet. Bevorzugt handelt es sich bei der erneuten Ausrichtung um eine Winkelausrichtung, so dass die Strukturen auf beiden Seiten des Werkstücks beziehungsweise Erzeugnisses genauer zueinander ausgerichtet werden. Das Vermessen des Ausrichtungsfehlers und das Korrigieren des Ausrichtungsfehlers erfolgt vorzugsweise so oft hintereinander, bis der Ausrichtungsfehler in einem vorgegebenen Intervall liegt und somit minimal bis vernachlässigbar ist. Die Qualität der Erzeugni sse des Verfahrens wird somit erhöht. Zudem kann bei mehrfacher Verwendung der Formteile, bevorzugt Stempel, besonders bevorzugt Weichstempel, das Korrigieren und somit das erneute Ausrichten während dem Herstellungsprozess erfolgen.

Mit der Ausrichtungsvorrichtung, der Bearbeitungsvorrichtung und dem

Verfahren zum Ausrichten ist somit einerseits eine hohe Justiergenauigkeit und andererseits eine hohe Haltekraft gewährleistet. D er vorteilhafte Effekt besteht darin, dass die Ausrichtungsvorrichtung Komponenten umfasst, welche durch thermische Dehnungseffekte insbesondere Längenänderung erfahren und damit andere Bauteile, insbesondere einen Stempelhalter in dem sich ein Weichstempel befindet, bewegen können. In einer ganz speziellen und besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um ein Verfahren und ein Ausrichtungsvorrichtung zur Ausrichtung eines Stempels, insbesondere einen Weichstempel s, innerhalb einer Spritzgussvorrichtung.

Der Idee liegt der Gedanke zu Grunde, die Ausrichtung mit Hilfe eines thermischen Dehnungselements vorzunehmen. Bei dem thermi schen Dehnungselement handelt es sich vorzugsweise um ein Stabgetriebe bei dem die Stäbe thermisch beaufschlagt werden. Durch die thermische Beaufschlagung, d.h. durch das gezielte Erwärmen und/oder Abkühlen mindestens eines Stabes, erfolgt eine thermische Dehnung, mit deren Hi lfe eine Positionierung erfolgen kann. Der Grund für die Ausnutzung der thermischen Dehnung besteht darin, dass auf Stellmotoren, Piezoelemente, Gewinde oder andere Vorrichtungen oder physikalische Effekte verzichtet werden kann, die nicht die notwendige Kraft über die Stäbe aufnehmen könnten, die notwendig i st, um das auszurichtende Obj ekt auch zu fixieren , insbesondere spielfrei zu fixieren, und/oder mit denen nicht fein genug justiert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben die Feinjustierung beliebiger Obj ekte. Bauteil ist daher in einem breitestmöglichen Sinne zu interpretieren. Die Ausrichtung beziehungsweise Feinjustierung ist j ebenfalls thermisch steuerbar.

Um einen Grundgedanken eschreiben zu können, wird eine Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausrichtung eines Stempels, insbesondere eine Weichstempels, in einer Spritzgussvorrichtung. Der Stempel wird dabei vorzugswei se von einem Stempelhalter fixiert. Um den Stempel korrekt auszurichten, wird daher der Stempelhalter bewegt. Mit dieser Ausrichtungsvorrichtung kann eine hohe Justiergenauigkeit bei hohen Haltekräften realisiert werden.

Stem pel/Form teil

Unter einem Stempel wird j ede Art von Bauteil verstanden, mit dessen Hilfe ein Spritzgussprodukt hergestellt und/oder strukturiert werden kann. Bei den auszurichtenden Bauteilen handelt es sich bevorzugt um Stempel . Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Stempel um einen Weichstempel . Ein Stempel wird vorzugsweise in einen Stempelhalter eingebaut. Der Stempel verfügt vorzugsweise über eine Oberflächenstruktur, insbesondere im mikro- und/oder nanometer Bereich. Damit kann nicht nur ein grob strukturiertes Bauteil durch das Spritzgussverfahren hergestellt werden, sondern die Oberfläche des Spritzgussbauteil s kann strukturiert werden.

Ein Weichstempel besteht vorzugsweise aus mindestens einem der folgenden Materialen :

Polydimethylsiloxan (PDMS), Perfluoropolyether (PFPE), Polyhedrales oligomerisches Silsesquioxan (POS S), Polydimethylsiloxan (PDMS), Tetraethylorthosilicat (TEOS), Poly(organo)siloxane (Silikon), Thermoplaste und Duroplaste.

Stem pelhalter/Form halter

Unter einem Stempelhalter wird j ede Art von Obj ekt verstanden, mit deren Hilfe ein Stempel gehalten und fixiert werden kann . Das ist insbesondere dann wichtig, wenn es sich bei dem Stempel um einen Weichstempel handelt, der selb st nicht über die notwendige Steifigkeit verfügt, um von Bauteilen translatorisch und/oder rotatorisch positioniert zu werden. Sollte es sich bei dem Stempel um einen Hartstempel und nicht um einen Weichstempel handeln, so könnten der Stempelhalter und der Stempel ein einteiliges Bauteil sein.

Allerdings ist bei der Verwendung eines Hartstempel s ebenfalls die Verwendung eines Stempelhalters bevorzugt, da der Hartstempel schnell und effektiv aus dem Stempelhalter ausgebaut werden kann, um ihn durch einen neuen Hartstempel zu ersetzen. Der Stempelhalter ist vorzugsweise mit dem Dehnungssystem beziehungsweise der Ausrichtungsvorrichtung verbunden.

Im Folgenden wird die Ausrichtungsvorrichtung auch als Dehnungssystem bezeichnet und ein thermisches Stellelement als Dehnungselement. Stempel und/oder Stempelhalter werden manchmal als Matrix, Formhälfte oder Formelemente bezeichnet. In der Druckschrift wird vordergründig das Wort Formteil beziehungsweise Formhalter verwendet. Das Formteil besitz insbesondere zu übertragende Strukturen, so dass mit dem Formteil beziehungsweise Stempel Erzeugni sse mit einer bestimmten Oberflächenstruktur erzeugt werden können. Wichtig ist insbesondere, dass die Oberflächenstrukturen eines ersten Formteils und eines zweiten Formteil s zueinander möglichst exakt ausgerichtet sind.

Stab

Als Stab wird im weiteren Verlauf des Textes j ede Art von länglichem Bauteil, insbesondere Maschinenelement, verstanden. Der Stab kann durch das thermische Stellelement zusammen mit dem daran angeschlossenen Übertragungsstab gebildet sein. Das thermische Stellelement ist bevorzugt stab-förmig. Bei einem Stab kann es sich insbesondere auch um eine Bauteilgruppe handeln, deren zusammengesetzte Bauteile in Summe länger als breit sind. Insbesondere kann es sich bei einem Stab um eine Stange handeln. Ein Stab muss nicht notwendigerweise einen runden Querschnitt aufweisen, sondern kann beliebig geformt sein. Insbesondere bei einem zusammengesetzten Stab, der eine Bauteilgruppe i st, können alle Bauteile der Bauteilgruppe unterschiedliche Formen und Querschnitte aufwei sen.

Übertragungsstab

Der Übertragungsstab dient zur Übertragung der erzeugten thermischen Dehnungen beziehungsweise thermi sch gesteuerten Ausrichtung auf eine vom Dehnungssystem/Ausrichtungsvorrichtung weiter entfernten Position. Auf einen Übertragungsstab kann beispielsweise verzichtet werden, wenn das thermische Stellelement lang genug ist, um direkt auf die vom Dehnungssystem beziehungsweise Ausrichtungsvorrichtung weiter entfernten Position wirken zu können.

Dehnungselement/thermisches St ell element

Unter einem Dehnungselement beziehungsweise einem thermischen Stellelement wird j ene Komponente der Ausrichtungsvorrichtung verstanden, die thermisch beaufschlagt wird, um in Folge einer Volumenänderung, insbesondere Längenänderung, ein Bauteil auszurichten.

Das thermische Stellelement kann aus j edem geeigneten Material bestehen. Bevorzugt sind Materialien, die über den verwendeten Temperaturbereich vor allem einen möglichst konstanten linearen thermi schen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Einige möglichen Materialien sind beispielsweise:

-Metalle, insbesondere

Cu, Ag, Au, Al, Fe, Ni, Co, Pt, W, Cr, Pb, Ti, Ta, Zn und Sn;

-Halbleiter, insbesondere Ge, Si und B ;

-Gläser,

-Keramiken,

-Legierungen, insbesondere

Stahl .

Dehnungssystem/Ausrichtungs Vorrichtung

Bei dem Dehnungssystem handelt es sich um eine Menge von Bauteilen, mit deren Hilfe ein Dehnungselement durch eine thermische Beaufschlagung gedehnt oder gestaucht werden kann. Die auftretende thermische Längenänderung wird dann dazu verwendet um ein Obj ekt, insbe sondere einen Stempelhalter und damit den von ihm fixierten Stempel, insbesondere Weichstempel, zu bewegen. Die Bewegung kann über ein Getriebe übertragen werden, d.h. das Dehnungselement muss nicht direkt mit dem Stempelhalter verbunden sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Dehnungssystem/die Ausrichtungsvorrichtung genau ein thermisches Stellelement beziehungswei se Dehnungselement. Durch thermische Beanspruch wird das thermische Stellelement gedehnt oder gestaucht. Eine Torsion oder Biegung soll nicht oder in vernachlässigbarer Wei se auftreten. Das thermische Stellelement wird bevorzugt nur in der Länge gedehnt oder gestaucht. Dabei soll vorzugsweise keine Rotation um eine Achse entstehen. Das thermische Stellelement, welches in Folge der thermischen Beaufschlagung ein Bauteil ausrichtet, ist dabei insbesondere direkt an diesem angeschlossen ist. Einen zwischengelagerten Übertragungsstab ist in dieser besonders bevorzugten Ausführungsform nicht vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Ausrichtungsvorrichtung mehrere Bauteile. In diesem Fall handelt es sich um einen zusammengesetzten Stab, aus mindestens einem thermischen Stellelement und einem Übertragungsstab . Die einzelnen Bauteile des zusammengesetzten Stabes werden vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Mindestens eines der Materialien verfügt über den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der notwendig ist, um eine Ausrichtung des auszurichtenden Bauteils zu gewährleisten.

Denkbar ist, dass der Stab aus zwei einzelnen Stäben, insbesondere aus einem thermischen Stellelement und einem Übertragungsstab, zusammengesetzt wird, die über ein Gewinde miteinander verschraubt werden. Das thermische Stellelement kann beispielsweise ein Außengewinde und der Übertragungsstab ein entsprechendes Innengewinde aufweisen.

In einer anderen Ausführungsform werden das thermische Stellelement der Übertragungsstab miteinander verschweißt.

In einer Ausführungsform berühren sich das, insbesondere stab -förmig, thermische Stellelement und der Übertragungsstab zwar, sind aber nicht fix miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform ist es insbesondere besonders einfach, einen der beiden Stäbe gegen einen, insbesondere geometrisch gleichen, Stab mit einem anderen Material und damit einer anderen thermischen Ausdehnung auszutauschen. Dadurch wird es besonders einfach ermöglicht, auf unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften zurückzugreifen.

Durch die Wahl der Ausgangslänge des thermischen Stellelementes beziehungsweise des Dehnungselements bei einer Referenztemperatur, insbesondere bei Raumtemperatur, kann gezielt Einfluss darauf genommen werden, wie groß die entsprechende absolute Länge bei einer gewissen Temperaturdifferenz ist. So gilt für die thermische Längenänderung AI bei der Temperatur T, mit 10 als Ausgangslänge bei einer Referenztemperatur T R und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten a:

Al=l ₀ *a* AT=l ₀ *a*(T-T _R )

Vorzugsweise werden Materialien mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten « gewählt, der im verwendeten Temperaturbereich AT linear ist.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Ausführungsform besteht darin, dass das Material des thermischen Stellelementes/Dehnungselements, und damit der thermische Ausdehnungskoeffizient a gewählt werden kann. Kann das thermische Stellelement schnell ausgetauscht werden ist es sehr einfach möglich, die Ausrichtungsvorrichtung umzubauen.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Ausführungsform besteht darin, dass die Temperatur T relativ genau eingestellt werden kann. Mit einer entsprechend konstruierten Ausrichtungsvorrichtung könne Temperaturen mit einer Genauigkeit besser als +/- 1 °C, vorzugsweise besser als +/- 0. 1 °C, noch bevorzugter besser als +/- 0.01 °C erreicht werden.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Ausführungsform besteht darin, dass das Dehnungselement hohe Kräfte aufnehmen kann und vor allem über kein Spiel verfügt. Würde man anstatt des thermi schen Stellelementes/Dehnungselements einen Motor verwenden, der beispielsweise eine Spindel antreibt, so hätte j edes Maschinenbauteil ein nicht zu vernachlässigendes Spiel . Die Ausrichtungsvorrichtung beziehungsweise das thermische Stellelement kann durch die Temperierungsmittel geheizt und/oder gekühlt werden. Die Temperierung erfolgt insbesondere über ein Steuer und/oder Regelsystem. Das thermische Stellelement/Dehnungselement sollte vorzugswei se homogen durchwärmt werden. Daher i st es manchmal vorteilhaft, das thermische Stellelement so auszulegen, dass es gänzlich in der Ausrichtungsvorrichtung vorliegt und bei einer Ausrichtung in der Ausrichtungsvorrichtung vorbleibt. Eine Längenänderung des thermi schen Stellelementes wird durch einen Übertragungsstab, welcher an das thermische Stellelement anschließt, weitergegeben.

Die Dehnungssystem ist vorzugsweise so konstruiert, dass das thermische Stellelement/Dehnungselement leicht ausgetauscht werden kann. Insbesondere verfügt die Ausrichtungsvorrichtung daher über eine, insbesondere verschließbare, Öffnung.

Die Ausrichtungsvorrichtung umfasst insbesondere Temperierungsmittel in Form eines Heiz- und/oder Kühlsystems und/oder eines Fluidkanals . Heiz- und/oder Kühlsysteme und/oder Fluidkanäle können beliebig ausgeführt sein. Vorzugsweise wird es sich beim Heizsystem aber um eine Induktionsheizung handeln, die das mindestens eine thermi sche Stellelement/Dehnungselement durch elektromagnetische Wechselfelder direkt heizt. Denkbar ist auch eine Erwärmung der Atmosphäre im Dehnungssystem.

In einer ganz besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform verfügt das thermische Stellelement über einen Fluidkanal, durch den oder in den ein Fluid einströmen kann. Bei dem Fluid handelt es sich um ein Gas, ein Gasgemisch oder am bevorzugteste um eine Flüssigkeit beziehungswei se ein Flüssigkeitsgemisch. Vorzugsweise werden Wasser oder ein Öl verwendet. Der Fluidkanal kann beliebig geformt und beliebig tief gefertigt sein. Im einfachsten Fall handelt es sich nur um eine einfache Bohrung mit einer gewissen Tiefe. In diesem Fall wäre es im streng technischen Sinne kein Kanal, weil die Eingangs- mit der Ausgangsöffnung identisch ist. Der Term Kanal wird dennoch im weiteren Verlauf des Dokuments verwendet. Durch den Fluidkanal kann das thermische Stellelement (zusätzlich) von innen heraus temperiert, insbesondere geheizt werden.

Als Kühlsystem könnte entweder ein einfacher Fluidstrom dienen, der, vorzugswei se, Umgebungsluft über das thermische Stellelement/Dehnungselement führt und das erwärmte Fluid wieder abführt. Denkbar ist auch eine aktive Kühlung mit Kühlfluiden. Bei den Fluiden handelt es sich vorzugsweise um Gase oder Gasgemische. Denkbar ist auch, dass das Kühlfluid über den Fluidkanal eingebracht wird , um das Dehnungselement (zusätzlich) von innen her zu kühlen.

Heizer und/oder Kühler und/oder das Fluid im Fluidkanal weisen Temperaturen zwischen - 100°C und 500°C, vorzugsweise zwischen -50°C und 400°C, noch bevorzugter zwischen -25°C und 350°C, am bevorzugtesten zwischen 0°C und 325 °C, am all erbevorzugtesten zwischen Raumtemperatur und 300°C auf. Der typische Temperaturbereich bei der Verwendung von Wasser im Fluidkanal liegt beispielsweise zwischen Raumtemperatur und 160°C .

Die Ausrichtungsvorrichtung beziehungswei se das Dehnungssystem verfügt vorzugswei se über Sensoren, insbesondere über Temperatursensoren. Die Temperatursensoren sind mit dem Heiz- und/oder Kühlsystem und/oder dem Fluidkanal vorzugsweise in einem Regelkrei s zusammengeschaltet, sodass über ein Hard- und/oder Software die Temperatur des Dehnungselements exakt eingestellt und optimal geregelt werden kann.

Vermessung der Dehnung

In einer besonderen Erweiterung wird die Volumenänderung beziehungswei se die Dehnung des thermischen Stellelementes/ des Dehnungselements vermessen. Ist ein Übertragungsstab an dem thermischen Stellelement angeschlossen, kann eine, insbesondere deutlich kleinere, vorzugsweise vernachlässigbare, Längenänderung des Übertragungsstabes miterfasst werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass der Übertragungsstab oder das thermische Stellelement an einer Position, bevorzugt außerhalb der Dehnungssystems, liegt einen Steg aufweist, der bei spielsweise verspiegelt ist. Der Steg kann von einem Laser ange strahlt und seine relative Verschiebung durch ein Interferometer leicht vermessen werden. Eine Vermessung der Längenänderung wäre auch mit Dehnmessstreifen möglich. Grundsätzlich kann j ede Art von Sensor verwendet werden, mit deren Hilfe eine Längenänderung des thermischen Stellelementes vermessen werden kann.

Die Vermessung der Längenänderung erfolgt vorzugsweise außerhalb des Dehnungssystems am Übertragungsstab und nicht direkt am Dehnungselement, da das Dehnungselement meistens innerhalb des Dehnungssystems eingebaut und daher schwer zugänglich ist. Erfolgt eine solche Vermessung der Längenändern, kann dieses Signal ebenfalls ein Teil der Regel schleife werden.

Verfahren

Das Verfahren handelt von einer Positionierung beziehungswei se Ausrichtung eines Bauteils, insbesondere eines Stempel s, vorzugsweise eines Stempelhalters mit einem Stempel, am bevorzugteste um einen Stempelhalter mit einem Weichstempel . Denkbar wäre auch, das s Verfahren direkt auf den Stempel auszuüben, sofern er nicht in einen Stempelhalter fixiert wird. Da Weichstempel aber in den seltensten Fällen über die entsprechende Steifigkeit verfügen, wird im weiteren Verlauf des Textes das Verfahren anhand der Positionierung des Stempelhalters beschrieben. Obwohl das Verfahren auf alle Arten von Bauteilen anwendbar ist, wird hier exemplarisch die Ausrichtung eines Stempelhalters, vorzugsweise eines Stempelhalters mit einem Stempel, am bevorzugteste um einen Stempelhalter mit einem Weichstempel beschrieben. Das Ausrichten ist dabei thermisch steuerbar.

Das Verfahren beschreibt den Vorgang der Vermessung und Ausrichtung im geöffneten Zustand der Bearbeitungsvorrichtung. Es ist j edoch auch denkbar, dass eine Bearbeitungsvorrichtung so konstruiert wird, dass das Vermessen und das Ausrichten im geschlossenen Zustand erfolgen kann .

In einem ersten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens, muss festgestellt werden, welche Position ein erster Stempelhalter einnehmen soll . Vorzugsweise muss der erste Stempelhalter so positioniert werden, dass ein erster Stempel im ersten Stempelhalter relativ zu einem zweiten Stempel ausgerichtet ist. Der zweite Stempel befindet sich vorzugsweise in einem zweiten Stempelhalter. Die Ausrichtung erfolgt vorzugsweise relativ beziehungsweise anhand von Ausrichtungsmarken, die auf den Stempeln aufgebracht sind, um die Stempel und nicht die Stempelhalter zueinander auszurichten. Die Feststellung der Positionen erfolgt vorzugsweise während die Bearbeitungsvorrichtung geöffnet ist.

In einem zweiten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens erfolgt die thermische Beaufschlagung des Dehnungselements des Dehnungssystems beziehungsweise des thermi schen Stellelements der Ausrichtungsvorrichtung . Durch die thermische Beaufschlagung wird die Position des ersten Stempelhalters verändert. Vorzugsweise wird die Ausrichtung des ersten Stempelhalters, noch bevorzugter die des ersten Stempels, am bevorzugten die Relativposition des ersten Stempels zum zweiten Stempel, in-situ, d.h. während der Positionierung überwacht. Ziel ist es den ersten Stempel relativ zum zweiten Stempel auszurichten. Denkbar wäre, dass ein erfindungsgemäße Ausrichtungsvorrichtung an beiden Stempelhaltern angeschlossen ist. Die Stempel verfügen vorzugsweise über Ausrichtungsmarken, die in-situ beobachtet werden können und an denen die Stempel zueinander ausgerichtet werden können. Es wäre zwar auch denkbar, Ausrichtungsmarken an den Stempelhaltern anzubringen, allerdings hätte man bei einer Ausrichtung der Stempelhalter zueinander im Allgemeinen einen Fehler der Ausrichtung der Stempel zueinander zu erwarten. Denkbar wäre aber, Ausrichtungsmarken an den Stempelhaltern anzubringen, um eine Grobpositionierung durchführen zu können. Denkbar wäre auch, dass sich Ausrichtungsmarken auf den Stempeln und den Stempelhaltern befinden. Das beispielhafte Verfahren erfolgt vorzugswei se ebenfalls während die Bearbeitungsvorrichtung geöffnet ist.

In einem dritten, optionalen Verfahrensschritt des beispielhaften Verfahrens werden der erste und/oder der zweite Stempelhalter und damit der erste und/oder der zweite Stempel, fixiert und insbesondere anschließend die Bearbeitungsvorrichtung geschlossen .

In einem vierten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens wird eine Spritzgussmasse in das Spritzgusswerkzeug gepresst und formt so das Spritzgussbauteil zwischen dem ersten und dem zweiten Stempel ab .

In einem fünften Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens wird die Spritzgussmasse thermisch und/oder elektromagneti sch ausgehärtet. In einem sechsten Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens wird die Spritzgussmasse nach dem Öffnen der Spritzgussvorrichtung ausgestoßen.

In einem siebten, optionalen Verfahrensschritt eines beispielhaften Verfahrens wird das Spritzgussprodukt untersucht und festgestellt, ob es zwischen der Vorder- und der Rückseite eine (rotatorische) Abweichung gibt. Sollte eine solche festgestellt werden, kann sie vermessen werden und dient als Korrektur für die erneut durchzuführende Feinjustierung der Stempelhalter zueinander mit Hilfe des Verfahrens. Dir Untersuchung kann insbesondere mit Hilfe eines Mikroskops erfolgen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die zeigen schematisch in:

Figur l a eine erstes thermisches Stellelement,

Figur 1b eine zweites thermisches Stellelement,

Figur 1 c eine drittes thermisches Stellelement,

Figur I d eine viertes thermisches Stellelement,

Figur 2a eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausrichtungsvorrichtung, Figur 2b eine zweite, bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Ausrichtungsvorrichtung,

Figur 3 a eine erfindungsgemäße Ausrichtungsvorrichtung in einer ersten Position,

Figur 3b eine erfindungsgemäße Ausrichtungsvorrichtung in einer zweiten Position,

Figur 3 c eine erfindungsgemäße Ausrichtungsvorrichtung in einer dritten Position,

Figur 4a Eine erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung mit einem ersten Formhalter in einer ersten Position,

Figur 4b Eine erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung mit einem ersten Formhalter in einer zweiten Position,

In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die Figur la zeigt eine schematische Seitenansicht einer ersten, bevorzugten Ausführungsform eines Dehnungselementes 5 beziehungsweise eines thermischen Stellelementes 5. Die Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das thermische Stellelement 5 den gesamten Stab ausmacht und keinen angeschlossenen Übertragungsstab aufweist. Durch eine Temperierung wird die Längenänderung auf eine gewünschte Stelle übertragen. Die Figur 1b zeigt eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines thermischen Stellelementes 5 beziehungsweise eines Dehnungselements 5. Das Dehnungselement 5 ist in diesem Fall auf eine gewisse Länge beschränkt und kann damit die Längenänderung nicht direkt an eine gewünschte Stelle übertragen. Die Längenänderung bewegt einen Übertragungsstab 6, der im Allgemeinen über ein Material verfügt, welches einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Des Weiteren sind das thermische Stellelement 5 und der Übertragungsstab 6 nicht fix miteinander verbunden was einen Austausch des thermischen Stellelementes 5 entsprechend erleichtert. Beim Abkühlen erfolgt keine automatische Rückstellung des Stabes 6 (sofern sich der Stab 6 in Richtung der Gravitation unterhalb des thermischen Stellelementes 5 befindet). Die Rückstellung wird in diesem Fall durch andere Bauteile wie Federn oder Bauteilgruppen (nicht eingezeichnet) durchgeführt.

Die Figur 1c zeigt eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines thermischen Stellelementes 5. Das thermische Stellelement 5 ist in diesem Fall auf eine gewisse Länge beschränkt und kann damit die Längenänderung nicht direkt an eine gewünschte Stelle übertragen. Die Längenänderung bewegt nur den Übertragungsstab 6, der im Allgemeinen aus einem Material mit einem sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verfügt. Des Weiteren sind das thermische Stellelemente 5 und der Übertragungsstab 6 in diesem Fall fix, über eine nicht lösbare Verbindung 14, miteinander verbunden, was einen Austausch des thermischen Stellelementes 5 entsprechend erschwert, da das Dehnungselement insbesondere zusammen mit dem Übertragungsstab 6 ausgetauscht werden muss. Allerdings erfolgt bei einer Abkühlung des thermischen Stellelementes 5 eine automatische Rückstellung des Übertragungsstabes 6. Die Figur Id zeigt eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform eines thermischen Stellelementes 5. Hier werden das thermische Stellelemente 5 und der Übertragungsstab 6 durch eine leicht lösbare, aber insbesondere starre Verbindung 15 miteinander verbunden. Einerseits wird bei der Abkühlung des Dehnungselements 5 der Stab 6 ebenfalls automatisch rückgestellt, andererseits kann das Dehnungselement 5 j ederzeit leicht ausgetauscht werden. Es kann sich bei der leicht lösbaren Verbindung 15 um j ede Art von Verbindung handeln, beispiel swei se um eine Schraubverbindung, eine Steckverbindung, Bolzenverbindung etc. Die allgemeine und abstrakte Darstellung der leicht lösbaren Verbindung 15 ermöglicht, das Dehnelement 5 normal zur Richtung der Blattebene vom Übertragungsstab 6 zu lösen. Das ist eine beispielhafte und einfach zu realisierende Steckverbindung. Das thermische Stellelemente 5 kann bei einer vorhandenen Zugangsöffnung in der Ausrichtungsvorrichtung 2 (nicht eingezeichnet) leicht von einem Benutzer entfernt werden.

Die in den Figuren I b- l d dargestellten Kontaktmöglichkeiten des Dehnungselements 5 mit dem Stab 6 gelten analog für die Kontaktmöglichkeiten des thermischen Stellelementes 5 mit anderen Komponenten, beispielsweise mit einem Gehäuse 7, der Ausrichtungsvorrichtung 2.

Die Figur 2a zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausrichtungsvorrichtung 2, bestehend aus einem Heizelement 3 und einem Kühlelement 4. Innerhalb der Ausrichtungsvorrichtung 2 befindet sich ein thermisches Stellelement 5. Das thermische Stellelement 5 i st mit einem Übertragungsstab 6 verbunden, der durch die thermische Beaufschlagung des thermischen Stellelementes 5 beziehungsweise des Dehnungselementes 5 gedehnt wird. Das thermische Stellelement 5 und der Übertragungsstab 6 sind unlösbar miteinander verbunden, sodass Zug- und/oder Druckkräfte übertragen werden können. Um die Darstellung zu vereinfachen, werden die das thermische Stellelement 5 und der Übertragungsstab 6 mit einer nicht lösbaren Verbindung 14 dargestellt. Das thermische Stellelement 5 und der Übertragungsstab 6 bestehen insbesondere aus unterschiedlichen Materialien. Das Material des thermischen Stellelementes 5, der sich überwiegend in der Ausrichtungsvorrichtung 2 befindet, besitzt einen wohlbekannten, linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Um die Darstellung zu vereinfachen, wird das thermische Stellelement 5 und ein Gehäuse 7 mit einer nicht lösbaren Verbindung 14 dargestellt. Die möglichen Verbindungen zwi schen dem thermischen Stellelement 5 und dem Übertragungsstab 6 beziehungswei se dem thermischen Stellelement 5 und dem Gehäuse 7 können allerdings beliebig sein (siehe Fig, I b-d).

Die Figur 2b zeigt eine schematische Schnittansicht einer besonders bevorzugten Ausrichtungsvorrichtung 2‘ , bestehend aus mindestens einem Heizelement 3 , einem Kühlelement 4 sowie einem Fluidkanal 19. Das thermische Stellelement 5 wird, vorzugsweise über mindestens ein Befestigungselement, vorzugsweise eine Schraube 17, an dem Gehäuse 7 befestigt. Das thermische Stellelement 5 verfügt in diesem Fall beispielsweise über Gewinde 16, in welche die Schrauben 17 gedreht werden. Das Material des thermischen Stellelemente 5 , welches sich im Gehäuse 7 befinden, besitzt einen wohlbekannten, linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Das thermische Stellelement 5 kann nicht nur von außen durch das Heizelement 3 und/oder das Kühlelement 4, sondern auch von innen durch ein Fluid, welches über den Fluidkanal 19 eingebracht werden kann, temperiert werden. Dadurch wird es besonders vorteilhaft ermöglicht, die Temperierung effizienter zu gestalten. Die Einbringung eins Fluids in den Fluidkanal erlaubt vorteilhaft die Temperierung von Innen. Der Fluidkanal 19 kann insbesondere über die gesamte Länge des thermischen Stellelements 5 verlaufen und beliebig geformt sein. In der Figur 2b wird der Fluidkanal nur durch eine einfache, relativ kurze Aushebung 13 dargestellt. Durch den Fluidkanal 19 können Gase, Gasgemische, bevorzugt aber Flüssigkeiten gespült werden. Denkbar wäre beispielswei se die Verwendung von Wasser oder Ölen. Das Fluid kann zum Kühlen und/oder Heizen verwendet werden. Auf die Darstellung der Bauteile, mit denen das Fluid dem Fluidkanal 19 zugeführt werden kann, wird in dieser und den weiteren Figuren verzichtet. Insbesondere handelt es sich dabei um Schlauchsysteme.

Die Figur 3a zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausrichtungsvorrichtung 2 in einer ersten Position bei einer Referenztemperatur T, insbesondere bei Raumtemperatur.

Die Figur 3b zeigt eine schematische Schnittansicht der Ausrichtungsvorrichtung 2 gemäß Figur 3 a in einer zweiten Position bei einer erhöhten Temperatur. Erkennbar ist, dass das thermische Stellelement 5 durch die thermische Beaufschlagung gedehnt wurde und damit den Übertragungsstab 6 bewegt hat. Die thermische Beaufschlagung wurde insbesondere durch die Verwendung des Heizsystems 3 ermöglicht.

Die Figur 3c zeigt eine schematische Schnittansicht der Ausrichtungsvorrichtung 2 gemäß Figur 3 a in einer dritten Position bei einer erniedrigten Temperatur. Erkennbar i st, dass das thermische Stellelement 5 durch die thermische Beaufschlagung gestaucht wurde und damit den Übertragungsstab 6 bewegt hat. Die thermische Beaufschlagung wurde insbesondere durch die Verwendung des Kühlsystems 4 ermöglicht.

In den folgenden beiden Figuren 4a und 4b werden die Ausrichtungsvorrichtung 2‘ in einer Bearbeitungsvorrichtung 1 dargestellt. Natürlich kann auch eine beliebige andere Vorrichtung zur Ausrichtung in einer Bearbeitungsvorrichtung 1 verwendet werden, die zumindest thermisch steuerbar ist. In den Figuren verfügt die Ausrichtungsvorrichtung 2‘ über ein thermische Dehnelement 5 und einen Heizer 3 , einen Kühler 5 sowie einen Fluidkanal 1. Auf die Darstellung der gesamten Bearbeitungsvorrichtung 1 , bestehend aus zwei Formhälften 8 wird der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Es wird nur eine Formhälfte 8 dargestellt. Dabei ist die Darstellung der Formhälfte 8 stark vereinfacht. Weder sind alle notwendigen Bauteile eingezeichnet, um ein korrektes Spritzgussprodukt zu erhalten, noch sind die Figuren maßstab sgetreu.

Die Figur 4a zeigt eine schematische, Querschnittsdarstellung einer Formhälfte 8 einer Bearbeitungsvorrichtung 1 in einer ersten Position. Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst dabei eine Ausrichtungsvorrichtung 2 ‘, wobei das thermische Stellelement 5 über ein Gelenk 12 an einem Formhalter

9 angeschlossen ist. In der Formhälfte 8 befindet sich der Formhalter 9 beziehungsweise ein Stempelhalter 9, in dem ein Formteil 10 beziehungsweise ein Stempel 10, vorzugsweise ein Weichstempel 10, fixiert ist. Der Stempel

10 befindet sich in einer Vertiefung des Formhalters 9 und kann über den Spritzgusskanal 20 im Formhalter 9 mit einer Spritzgussmasse gespeist werden. Diese Kombination aus Stempelhalter 9 und Stempel 10 ist bevorzugt, da der Stempel 10 im Falle einer Ausführung als Weichstempel 10, nicht direkt mit Kräften beaufschlagt werden soll . Im vorliegenden Fall verfügt der Stempelhalter 9 über einen Hebel 1 1 , der über ein Gelenk 12 mit dem thermischen Stellelement 5 verbunden ist. Die Ausrichtungsvorrichtung 2‘ und das thermische Stellelement 5 besitzen eine Temperatur T. Das Stellelement 5 besitzt eine charakteristische Ausgangslänge l o.

Die Figur 4b zeigt eine schematische, Querschnittsdarstellung einer Formhälfte 8 der Bearbeitungsvorrichtung 1 gemäß Figur 4a in einer zweiten Position. Das thermi sche Stellelement 5 wurde durch das Heizelement 3 und/oder das Fluid im Fluidkanal 19 ausgedehnt. Das thermische Stellelement 5 der Ausrichtungsvorrichtung 2‘ besitzt nun eine Temperatur T+AT. Das Stellelement 5 besitzt nun eine Länge lo+Al . Das thermische Stellelement 5 dreht durch seine lineare Bewegung über das Gelenk 12 den Hebel 1 1 , der wiederum den Substrathalter 9 und damit den Stempel 10 bewegt. Auf diese Weise wird der Stempelhalter 9 und damit der Stempel 10 um einen Winkel ß gedreht und kann winklig ausgerichtet werden. Vorzugsweise kann durch die Ausrichtungsvorrichtung 2 ‘ der Stempel 10 relativ zu einem zweiten Formteil (nicht dargestellt) durch die Drehung deckungsgleich zueinander ausgerichtet werden. Dabei werden insbesondere die Strukturen 18 des Stempels 10 und des zweiten nicht dargestellten Stempels ausgerichtet. Durch eine gezielte Einstellung und/oder Regelung der Temperatur kann somit eine sehr exakte Ausrichtung, insbesondere Feinjustierung, des Stempels 10 erfolgen.

B e z u g s z e i c h e n l i s t e

1 Vorrichtung, Bearbeitungsvorrichtung

2, 2‘ Ausri chtungsvorrichtung, Dehnungs system

3 Heizelement, Temperierungsmittel

4 Kühlelement, Temperierungsmittel

5, 5‘ Thermisches Stellelement, Dehnungselement

6, 6‘ Übertragungsstab

7 Gehäuse

8 Formhälfte

9 Formhalter, Stempelhalter

10 Formteil, Stempel

11 Hebel

12 Gelenk

13 Aushebungen

14 Nicht lösbare Verbindung

15 Lösbare Verbindung

16 Gewinde

17 Schrauben

18 Struktur

19 Fluidkanal

20 Spritzgusskanal ß Winkel