用于制造注射成型件的方法和设备的制作方法
用于制造注射成型件的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造注射成型件(10)、特别光学元件的方法，其中在至少两个注射工作站(2)上借助至少两个注射过程来浇注注射物质，其中，在所述至少两个注射过程之一中制造的预注射成型坯(4)在所述至少两个注射过程之间在一个冷却工作站(5)中得到冷却。
【专利说明】用于制造注射成型件的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的特征所述的或者权利要求11前序部分的特征所述的用于制造注射成型件的方法以及一种根据权利要求12前序部分的特征所述的用于制造注射成型件的设备。
【背景技术】
[0002]特别在注射成型光学元件(例如透镜)的情况下已知的现有技术是，以多层或者多步来注射需制造的注射成型件(例如由AT505321A1)。这具有一些优点。一方面通过对先前注射的层的凹陷位置的补偿而获得改善的轮廓保真性。此外实现所需成型扩张压力的减小。另外实现循环时间的减小，这是因为冷却时间随着注射层的壁厚的增加而呈二次方增长。这例如在W02012/069590A1中说明。因此在以多层注射的情况下的冷却时间总和小于以整件注射的情况下的冷却时间。这在下面被详细地描述。
[0003]一般人们可以从以下事实出发，S卩，所需冷却时间对所有工作站而言应是相同的。特别当所有工作站设置在一个模具中或一个机器中时，这是有利的。
[0004]冷却时间tk与壁厚的平方成比例，因此在应用一个比例系数A的情况下适用于tk
=A.S20
[0005]模具中位于外部的层和首先制造的位于内部的层相比，只有单侧被冷却。单侧被冷却的层的冷却时间大致等于一个两倍厚的且两侧被冷却的层的冷却时间。为了实现相同的冷却时间，位于外部的层只允许具有位于内部的层的一半壁厚。因此对于三层构造的总壁厚为S的注射成型件而言，在一级近似的情况下，s2=|s，S1=I S，S3=I S的层厚分配是有意义的(S2，S3等表示位于外部的层的层厚，S1表示位于内部的层的层厚，s表示总厚度)。
[0006]类似地，可以在具有2n+l个层的注射成型件的情况下假定第一(内部)层的厚度为A，所有接着的层的厚度可以假定为^?。其中11是大于或等于I的自然数，其表明，一个预注射成型坯在之后还被在两侧覆盖注射(ueberspritzen)几次。为了评定循环时间的节约，引入各个工作站的冷却时间的总和。各个循环时间虽然可以并行运行，但每个工作站在该模具中和机器中都需要空间，这个空间在传统的单层技术中可以用于安置另外的腔。
[0007]假定位于外部的层S2和S3的通过单侧冷却的冷却时间与双倍厚度的层的冷却时间相同，现在在一个三层的注射成型件的情况下，冷却时间的总和为:
[0008]fk,ges = hX + L: 乂 ?⑷ + 乂.= 2乂 ?⑷=\A*S2f
[0009]其中，层S2和S3的冷却时间必须只考虑一次，这是因为该冷却同时并且在同一个工作站中进行。
[0010]可看出:用于各个层的总冷却时间只有单层注射成型件的冷却时间tk = A.S2的一半。
[0011]对于η个层适用的是:
[0012]tkges = 士.J.52。
[0013]现在总冷却时间只有单层注射成型件的冷却时间的一部分，S卩，该单层注射成型件的 l/(n+l)。
[0014]除了生产率的明显改善外，这个缩短的循环时间例如还有优点:材料在蜗杆前腔中的停留时间缩短。
[0015]虽然冷却时间缩短，但这个冷却时间仍占总循环时间一大部分。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是:提供一种方法以及一种设备，其能够在以多个步骤制造注射成型件的情况下实现更加缩短的循环时间。
[0017]这一目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求11的特征的方法以及通过具有权利要求12特征的设备得以实现。
[0018]这通过以下方式得以实现，S卩，将一个在至少两个注射过程之一中制造的预注射成型坯在一个冷却工作站中在至少两个注射成型过程之间冷却。因为在预注射成型坯在冷却工作站中停留的时间期间，在相关的注射工作站中已经可以制造另外的预注射成型坯。换句话说，通过预注射成型坯在注射工作站外部的较长时间的冷却来实现这些预注射成型坯在注射工作站中的与循环时间关联的停留持续时间的缩短。因此作为本发明基础的令人惊叹的认知在于:即使将预注射成型坯很早地脱模也不损害最终产品的质量。
[0019]本发明原则上可以用于每种注射物质，即每种可以在注射成型机中进行加工的材料。虽然例如也可以通过这种方式加工金属、陶瓷和甚至制药的生物活性物质，但在这个文献中为了简单起见只针对由塑化的塑料制成的注射成型件，而这不应被局限地理解。
[0020]在本发明意义上不重要的是，按照哪个注射过程来规划冷却工作站。不言而喻也可能的是:在以多于两个的注射过程制造一个注射成型件的情况下，在一个冷却工作站中设置多于一次的冷却。
[0021]本发明的另一方面在于，一个在至少两个注射过程中的第一注射过程中制造的预注射成型坯与在其后跟着的、在至少两个注射过程中的第二注射过程中制造的另一个预注射成型坯或注射成型件相比，冷却时间不同、特别是更长。在此，一个有效的冷却时间可以用作用于冷却时间长度的度量标准，该有效的冷却时间由在一个冷却工作站中的冷却时间和一个持续时间构成，在该持续时间中，预注射成型坯虽然还停留在模具中但已经冷却。
[0022]由此特别在厚壁的构件的情况下能够实现较缩短的循环时间，这是因为决定循环时间的冷却时间可以被缩短。决定循环时间的冷却时间应理解为这样的冷却时间，在该冷却时间中预注射成型坯处于模具中并且因此该冷却时间直接影响循环时间。
[0023]本发明有益的改进方案和实施方式在从属权利要求中加以限定。
[0024]冷却工作站的精确的设计结构对本发明而言不重要。冷却工作站可以例如通过使得预注射成型坯由操作机械手保持来实现，其中，预注射成型坯在环境空气中冷却。也可以设置为通过冷却工作站中的冷却介质进行冷却。在此例如也可考虑的是:预注射成型坯一个确定的区域中运动并且通过这种方式承制冷却的空气流。
[0025]在制造光学元件情况下优选对透明的塑料进行加工。作为例子有聚碳酸酯(PO、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(C0C)、C0P和非晶形的聚酰胺(PA)。但所描述的本发明也可以应用于其它的注射成型件和材料。特别是也可以加工弹性的材料、如热塑性的弹性体。
[0026]在一种优选的实施方式中，根据本发明的设备处在净化室中或干净空间中，以便避免灰尘沉积在预注射成型坯上。
[0027]在另一优选的实施方式中规定:在模具半体中的压印模被回拉，由此为后续的覆盖注射释放扩大的腔。
[0028]可以规定:在至少两个注射过程的情况下对相同的塑化塑料进行加工，由此例如在光学元件的情况下可以避免成像缺陷。但这是强制必需的。当然也可以制造这样的光学元件或类似物，其中设置有由不同的能注射成型的材料构成的层。
[0029]在一种优选的实施方式中，在冷却工作站中将预注射成型坯冷却整数倍的注射过程循环时间。特别优选的是，在冷却工作站中的冷却期间发生对另外的注射成型件的另外的注射成型过程。
[0030]在多次注入的情况下，一次配料还是多次配料对本发明不是重要的。
[0031]注射成型件，层划分
[0032]本发明优选可用于厚壁的注射成型件、例如光学透镜。
[0033]本发明优选也可用于具有大的壁厚差的注射成型件。当一个注射成型件在一个先前的薄壁区域中喷射时，由于其较快的凝固通常不可能的是:在这个薄壁区域上如此长时间地维持增压，如厚壁区域的收缩补偿所需要的那样。
[0034]厚壁区域至少部分地被逐层地依次制造。其中层制造的时间顺序可以如此设计，从而实现从内向外的结构。优选获得奇数层，处于内部的预注射成型坯在两侧至少部分被η次地覆盖注射，从而获得2η+1的层数。
[0035]笫一层(在成品件种处于内部的层)必须在模具中仅如此程度地硬化，使得可以毫无问题地脱模并且之后可以置入另一腔中。如果现在的出发点又是:在各个工作站中的冷却时间应是相同的，那么有意义的是:此时假定两侧被冷却的第一层的壁厚是后接于它的层的壁厚的两倍大。由此可以为具有总壁厚s的三层结构的模制件选择下面的层划分:
S2<j S,Si>.^.Is，S3<yS。
[0036]现在决定循环时间的仅仅是外部层的壁厚，这是因为处于内部的层的冷却只有部分地或根本不在机器的注射区域中发生。
[0037]如果例如在三层结构情况下选择的层划分为s2=|s，Si=-^-S, S3=^S，那么获得
ο4ο
决定循环时间的冷却时间总和为
I ?
[0038]tk<ges=2A^-j
[0039]亦即在这种实施方式中与单层的注射成型件相比，只需要决定循环时间的冷却时间的八分之一，其余的冷却在注射区域外部发生。
[0040]一般说来，这意味着:可以通过不决定循环时间的注射阶段的冷却时间的延长来实现该决定循环时间的冷却时间的缩短。
[0041]需要的模具，腔，机器
[0042]优选地采用一种注射成型模具，其具有至少一个用于制造预注射成型坯的腔，和至少一个另外的用于制造成品件的腔。用于成品件的腔的总容积大于用于预注射成型坯的腔的总容积。不言而喻地，该模具可以具有一个任意的、技术上有意义的格数。也可能的是:用于预注射成型坯和成品件的腔设置在不同的模具中。这些模具可以全部在一个机器中，或也在不同的机器中运行。
[0043]对于三层的注射成型件，用于制造预注射成型坯的腔的整体在下文中还被称为第一工作站，用于制造成品件的腔被称为第二工作站。在由五层构造而成的注射成型件的情况下，由此在这种实施方式中在第一工作站中制造预注射成型坯，将其在第二工作站中在两侧至少部分地覆盖注射，并且将其在第三工作站中再次至少部分地覆盖注射。这个命名系统考虑如下的情况，即，在相同的工作站中并且在相同的循环中分别制造一个上部层和下部层。上部层和下部层的喷射可以通过相同的浇注口或者切口进行，或也可以相互分开地进行。
[0044]对此备选地也可考虑的是:分别在分开的工作站中、亦即依次地制造上部层和下部层。
[0045]流程
[0046]接着详细阐述一种方法流程的一种特别优选的实施方式。首先通过将能注射成型的材料注入到第一工作站的为此设置的腔中来制成预注射成型坯，并且将其在模具中如此程度地冷却，使得它们的成型对脱模而言足够稳定。成型稳定性一般情况下在浇注口和注射成型件的如果存在的情况下的突出部冷却到至少低于塑料的玻璃化温度的温度时就具备了。此外在注射成型件的厚壁区域中凝固的边缘层(在光学透镜情况下大部分是透镜的光效区域)必须达到用于成型稳定性的一定的最小厚度。当可以脱模和接着可以将预注射成型坯置入到第二工作站中时，就实现了这个最小厚度。
[0047]现在借助运输装置、例如机械手将预注射成型坯从腔中取出并且运输到冷却工作站中。该冷却工作站在一种优选的情况下不必满足特别的要求，各部件在那里储存仅仅一个确定的时间并且在环境空气中冷却。现在以所描述的方式制造多个预注射成型坯，并且按照顺序将它们放置到冷却工作站中。当存在限定数量的预注射成型坯时，则在模具下一次开启之后由运输装置将首先制造的预注射成型坯置入到第二工作站中。在那里在后续的注射成型循环中在两侧对其进行至少部分的覆盖注射，由此产生完工的注射成型件。备选地，也可以任意次数地将注射成型件置入到另一腔中并且对其再次进行包封注射。其间可以、但不必强制地在腔的外部再次实施冷却。在本发明意义中不重要的是:在哪个层之后进行冷却以及在腔的外部进行多少次冷却。
[0048]“腔的外部”并不意味着必然必须将注射成型件完全从腔中取出。该腔例如由两个模具插入件构成，其中一个设置在固定的模具半体中，另一个设置在可运动的模具半体中。在可运动的模具半体中的模具插入件可以多次实施。在制造一个预注射成型坯以后，可以将这个模具插入件连同预注射成型坯带到另一个位置中，同时将在可运动的模具半体中的模具插入件的另一实施形式带到注射位置中。这可以借助一般的由多组分注射成型技术已知的装备实现(例如旋转台、移动台，可旋转的中心板，可旋转的立方体模具)。在这种情况下，预注射成型坯在一侧继续在模具中冷却，而在另一侧上在空气中冷却。在这种情况下例如可以通过可运动的芯在如下的模具半体中的回移来提供用于后续的覆盖注射的空腔，模具中的注射成型件停留在所述模具半体中。
[0049]如果冷却工作站的特征在于限定的空间区域，那么可以借助机械手将预注射成型坯放置在冷却工作站中。而且作为机械手的其它运输装置也可以是例如索引盘，其将预注射成型坯从第一工作站中移出，并且在注射工作站外部的冷却阶段之后将其置入到第二工作站中。
[0050]在一种优选的实施方式中可以规定:通过索引盘的一个保持位置实现的冷却工作站设置在模具的分界面的外部。这例如可以通过索引盘旋转轴线的偏心设置来实现。备选地，该模具可以相应狭窄地构造。
[0051]但也可以规定:冷却工作站构造为成型模具中的优选被调温的成型穴。调温理解为使该腔例如借助介质而保持在一个确定的温度。这个温度与室温相比既可以是较热的也可以是较冷的。
[0052]在注射工作站外部冷却时的环境介质在一种优选的实施方式中是空气。但也可以应用任何其它适宜的气态的、液态的(水)或固态的介质。在本发明范围内仅仅规定:冷却在注射工作站的外部发生。
[0053]在一种优选的实施形式中，在同一个循环中又制造新的预注射成型坯。预注射成型坯和成品件的制造基本上并行地进行、即在同一个循环中进行。
[0054]注射单元的数暈
[0055]如已经描述的那样，层的制造可以在一个或多个机器中进行。如果该制造应在一个机器中进行，那么该机器可以选择性地装备有一个、两个、三个或更多个注射机组。
[0056]下面阐述用于借助一个机器来制造一个3层的注射成型件的一些优选的可能方案:
[0057]层的充注可以与模具中存在的封闭机构、注射单元的数量和浇注口造型相关地同时进行或依次进行。
[0058]如果具备三个分别具有分开的与三个层的连接的注射机组，那么充注过程可以同时亦或时间延迟地开始，并且以不同的参数(速度、压力、时间)实施。这个变型方案基于独立的充注而允许最大的自由度。特别在外部层中为了避免滑移线可以要求不同的蜗杆前进速度特性和/或蜗杆压力特性。特别优选地规定:两个外部层的充注过程如此相互协调，以便在腔中具有力平衡。因为在一些情况下，在覆盖注射时，作用到预注射成型坯上的力在一侧可能明显大于另一侧，由此可能发生预注射成型坯的滑移、变形或断裂。
[0059]如果为各个腔或层在模具中没有提供封闭机构并且只提供一个注射机组，那么必须用一个共同的蜗杆前进速度特性和/或蜗杆压力特性来进行同时的充注。之前描述的力平衡在模具结构设置时通过浇注口和腔的流变学平衡就已经可以确保。
[0060]如果为每个腔/层提供一个注射机组和一个封闭机构，那么至少模具充注过程的开始和终止时间点可以相互独立地选择。
[0061]通过低的模具温度实现的冷却时间节省
[0062]预注射成型坯上的较小的或局部的变形、如收缩引起的凹陷位置在这种方法中不是问题，这是因为它们在接着的工作站中的覆盖注射中得到补偿。由此可能的是:第一工作站以如下的模具温度运行，该模具温度小得使得构件轮廓的没有问题的成型得不到保障。此外不强制要求预注射成型坯的腔的表面具有例如高光洁程度的光学表面。
[0063]厚壁的注射成型件、如光学透镜通常具有壁较薄的区域、如环绕的边缘、紧固元件或设计元件。会是有益的是:在另一工作站中不对这些区域进行覆盖注射，而是在第一工作站中已经制造完成。那么这些区域在另一工作站中可以用于固定预注射成型坯。EP2 402140 Al例如公开了一种具有环绕的边缘的光学透镜，该边缘在后续的过程节拍中用于对预注射成型坯进行支承和定位。
[0064]这些区域在光学透镜的情况下没有光学功能，但是必须满足对表面质量、尺寸精确性、机械特性或类似方面的一定的要求。在此，低的模具温度能被证实是不利的。可能是必要的是:用于预注射成型坯的腔和用于后续的层的腔基本上以相同的模具温度运行。
[0065]低的模具温度还可能对注射成型件内部的特性起负面作用。
[0066]按照本发明规定:预注射成型坯的冷却的一部分在从腔中脱模之后进行。与在模具中冷却的不同之处在于:在外部的冷却不影响循环时间。因此即使在预注射成型坯的腔具有高温的情况下也能实现小的循环时间。
[0067]由此可以、但不必强制地使模具的所有工作站以相同的模具温度运行。由此避免模具中的通过不同的温度调节导致的温度梯度和热应力，效果是更均匀的温度分布，较小的能量消耗和可能情况下较小数量的调温仪器。
[0068]层的粘合性
[0069]与所采用的注射材料相关地，可能是必要的是一个确定的最小温度、特别是预注射成型还的一个确定的最小表面温度，以便一方面实现与后接的层的良好粘合，另一方面实现注射成型件中小的内应力。
[0070]空气中的冷却相对模具中的冷却进行得更缓慢，因此在构件中心与构件表面之间的温度梯度也较小。换句话说，当冷却发生在环境空气中而不是模具中时，在模制件中心达到一个限定的温度T*的情况下，注射成型件表面上的温度比较高并且沿注射成型件横截面的温度分布较均匀。
[0071]在采用热塑性塑料作为注射材料的情况下有益的是:在已冷却的预注射成型坯与流入另一工作站中的熔融物之间的交界层上的接触温度应该在热塑性塑料的玻璃化温度或者微晶熔化温度的范围内或之上。当采用相同的注射成型材料时，接触温度等于两个接触搭档的温度的平均值。
[0072]但是在腔的外部的较长时间的冷却的情况下会是有利的是:至少对表面的接着应被覆盖注射的那个区域按照目的地加热。这个加热例如可以借助红外射线或用任意其它已知的方法实现。
[0073]清洁性
[0074]会是有利的是:避免预注射成型坯表面上的污染杂质，这是因为这些污染杂质通过后续的覆盖注射久地保留在构件中。因此建议:整个生产设备、冷却工作站的区域和/或取出区域和/或模具区域构造为净化室或干净空间。但是也可以在要被保护的区域上方安装层流箱。
[0075]对此备选的是:该冷却工作站和/或取出区域和/或模具区域可以被尽可能封闭的罩屋包围。
[0076]对流的避免，可控对流的起因
[0077]此外会是有利的是:通过自然或强制对流而从预注射成型坯排出的热量能反复循环地再现。例如由于敞开的厂房门所引起的不受控的空气流除了在污染危险方面外还有益的在改变的对流方面应该得到避免。用于避免不可控的对流的冷却工作站的和/或取出区域的和/或模具区域的罩室在此可以提供帮助。
[0078]作为避免强制对流的选择，可以应用一个这样的措施而且还有针对性地用于对预注射成型坯进行更快且受控的冷却。对此可采用每种适宜的、优选气态的介质、特别是空气。而且还会有意义的是，将该介质调温，以便这样有针对性地控制或调节冷却过程。在这种情况下用于测量冷却工作站中的预注射成型坯温度的传感器是有效的。一般用于测量、用文件证明和控制或者调节冷却工作站中的环境条件(温度、空气湿度、流速.....)的传感器可以是有益的。
[0079]作为“空调箱”的冷却工作站
[0080]为了能够更好地影响预注射成型坯的温度变化，可以将冷却工作站中的环境条件设计得在时间和/或位置上可变。
[0081]例如预注射成型坯在冷却工作站中可以借助输送带或一个另外的装置用于将预注射成型坯运输通过不同的区域、特别是温度区域和或介质流动区域。温度变化可以选择为下降的、上升的或遵循任意的曲线。此处也可以在将预注射成型坯置入到另一注射工作站以前进行对该预注射成型坯表面的有针对性的加热。
[0082]代替使预注射成型坯向不同的区域运动，也可考虑将这些预注射成型坯静置在一个限定的地方并且在那里使环境条件随着时间而改变。
[0083]通过热传导的调温或冷却
[0084]预注射成型坯的温度变化也可以通过热传导而受到有针对性的影响。作为例子可以将预注射成型坯放置到调温板上。这个板也可以是之前提及的、用于在冷却工作站内部运输预注射成型坯的装置的部分。
[0085]表面的隔绝
[0086]还已经证被实有利的是:确保冷却工作站中的尽可能缓慢的热排放，例如通过预注射成型坯表面的隔绝。由此实现在构件中心与构件表面之间的改善的温度均衡。
【专利附图】
【附图说明】
[0087]另外的优点和细节借助附图和所属的【专利附图】
【附图说明】而是可见的。其中:
[0088]图1a和Ib示出预注射成型坯和完工的透镜的剖视图，该透镜用根据本发明的方法制成；
[0089]图2示出根据本发明的设备的示意图，其具有中心板模具和操作机械手；
[0090]图3a至3e是根据本发明的设备在采用索引盘的情况下的不同实施方式的示意图；
[0091]图4示出具有两个注射成型机和一个操作机械手的根据本发明的设备的示意图；
[0092]图5示出注射成型机的视图；
[0093]图6示出操作机械手的视图；
[0094]图7a至7c示出根据本发明的设备的注射成型模具的示意性剖视图；
[0095]图8a至8f为了说明根据本发明的方法，示出来自图7a的模具的多个剖视图；
[0096]图9示出用于说明在批量生产时的制造流程的表格；
[0097]图1Oa至1e示出用于过程流程的不同结构配置的时间曲线图；
[0098]图11示出对预注射成型坯进行根据本发明的冷却的温度曲线图；
[0099]图12示出用于比较在预注射成型坯的不同的取出时间点的情况下的温度的温度曲线图。
【具体实施方式】
[0100]图1a示出预注射成型坯4。图1b示出由预注射成型坯4制成的注射成型件10。此外示出该透镜的总厚度s以及预注射成型坯4的层厚S1和其他层11的层厚S2和s3。
[0101]注射成型件10的最厚区域的厚度与最薄区域的厚度之比此处为约s/d - 4.3。
[0102]为了简化制图的目的，外部的层11对称示出，这对本发明不重要。在具体的应用场合中，在各外部的层11之间的完全对称甚至是例外。
[0103]在图1中，预注射成型坯4是一层的。特别在具有多于两个的层11的注射成型件情中，预注射成型坯4本身也可以是多层的。
[0104]图2示出根据本发明的设备的一种实施方式，其具有一个中心板12和两个注射成型单元13。在这种情况下构造为操作机械手9的运输装置3在注射工作站2与冷却工作站5之间运输预注射成型坯4，一些用于冷却的预注射成型坯4为了冷却而停留在所述冷却工作站中。
[0105]图3a至3d示出本发明在采用索引盘16的情况下的不同实施方式的示意图。
[0106]索引盘16理解为一种装置，借助其，构件被从一个模具工作站运输向下一个模具工作站。在固定侧和其成形区域上的各个模具工作站相对固定的夹紧板位置固定地保持，以及在运动侧的模具工作站相对可运动的夹紧板位置固定地保持。因此产生的可能方案是:不仅在固定侧的而且在运动侧的每个工作站中设置具有不同几何结构的成形区域。因此可以在固定侧和运动侧在另一注射工作站(例如S2)中产生空腔，该空腔能够实现在构件两侧的覆盖注射。
[0107]但是变址磁板16的从第一注射工作站SI直至脱模触碰构件的区域也是必要的。这些区域用于在运输期间保持构件。因为在这些区域中最终的构件表面在第一注射工作站SI中已经成形，所以人们试图使这些区域与整个构件表面相比保持得尽可能小。在图3a至3d中，这些构件仅通过围绕旋转点星形设置的臂件18保持，其上设置有用于预注射成型坯的保持位置17。此处没有示出精确的保持机构。不言而喻地也可以应用将构件包围的索引盘16。
[0108]索引盘16需要用于旋转运动的(未示出的)驱动装置以及用于沿机器轴线X方向提起的驱动装置。旋转轴线的方向同时是冲程方向。
[0109]图3a不意性不出本发明的具有索引盘的第一实施方式。SI表不第一注射工作站，S2表示第二注射工作站。在这些注射工作站之间设置有多个冷却工作站5。沿顺时针方向进行旋转。位置E可以可选地用作用于成品件的提取工作站。这个索引盘的旋转轴线Y出于对称性原因而处在盘中心。
[0110]这种设置结构的缺点在于大的空间需求。对于相对较小的模具而言，大的夹紧板、即较大的机器是必要的。
[0111]这个缺点可以通过索引盘的旋转轴线Y的偏心设置得以补偿，如图3b所示出的那样。
[0112]在按照图3b的设置结构中，除了注射工作站S1、S2之外的所有模具站都可以用作冷却工作站5。
[0113]同样可以将索引盘的旋转轴线设置在合模单元15的梁中或上(图3c)。由此和图3b相比可以节省空间，这能够实现对较小机器的应用。
[0114]该盘尺寸的进一步减小可以借助无梁的注射成型机得以实现，这在在图3d中示意性使出。
[0115]图3e示出没有空气冷却的索引盘解决方案，但在模具中具有冷却工作站5。在SI中制造的预注射成型坯首先在SI中并且然后在K中被冷却，然后它在S2中被覆盖注射。通过这种中间冷却可以如此改变层分配，使得外部层变得较薄。由此减短循环时间。
[0116]图4示出本发明的一种实施方式，其具有:两个注射成型机7、一个设置在其间的冷却工作站5和一个运输装置3，该运输装置构造为操作机械手9。一些预注射成型坯4在冷却工作站5中冷却。示范性示出的是:一个注射成型机7具有(示意性示出的)液压合模单元15而一个注射成型机7具有(示意性示出的)电气肘杆式合模单元15。但合模单元15的设计对本发明而言是不重要的。
[0117]图5较详细地示出注射成型机7，其具有一个合模单元15 (在这种情况下是电气肘杆式合模单元)和一个注射成型单元13。注射工作站2通过注射成型模具6的两个半体构成。
[0118]在图6示出操作机械手9。这个操作机械手9可以极其不同地设计，如由图2和图4的实施例可看到的那样。冷却工作站5在这种情况下是被动式冷却工作站，其中只有预注射成型坯4仅仅在环境空气中冷却。
[0119]图7c示出注射成型模具6的示意性俯视图，其中各具有一个用于制造预注射成型坯4和成品注射成型件10的且包括腔14的注射工作站。图7a示出图7c的平面A上的剖视图。在右边示出的第二工作站中将之前在左边示出的第一工作站中制造的预注射成型坯在上侧和下侧上进行覆盖注射。上部层和下部层的喷射通过一个共同的浇注口来完成。图7b示出图7c的平面B上的剖视图。
[0120]图8用于说明在采用图7a至7c的注射成型模具6的情况下的根据本发明的方法流程。
[0121]在图8a中模具6合模，其中，一个预注射成型坯4和一个注射成型件10处在模具6的腔14中。成型模具6现在被打开，如图8b所示的那样。
[0122]运输装置3、此处为操作机械手9被引入到出现的中间空间中，该操作机械手由未示出的冷却工作站5运走受到冷却的预注射成型坯4 (图Sc)。如图8d示出的那样，操作机械手9从模具6的模具半体中提起预注射成型坯4和注射成型件10。预注射成型坯4和注射成型件10脱模并且同时由操作机械手9运走的预注射成型坯4被安置到模具6的另外的模具半体中(图Se)。在这种情况下，在附图右侧在注射成型件上示出的突出部如图7b示出地那样构造，使得预注射成型坯在两侧固定。
[0123]此后，操作机械手9移开并且成型模具9合模(图8f)。之前在未示出的冷却工作站5中受到冷却的预注射成型坯通过突出部保持在笫二注射工作站中。现在可以向两个腔14中置入塑化的塑料，由此又出现图8a的情形。
[0124]应注意的是:图8f示出的腔14由成型模具6的两个半体以及由预注射成型坯4限界。
[0125]在图9中释明在批量生产时按照注射成型件和循环号码的过程流程。示例性地，在第四循环中制造号码为#4的注射成型件的预注射成型坯4 (过程步骤SI)。然后它在冷却工作站5中冷却三个循环长(过程步骤K)。最后在循环#8中对预注射成型坯4进行包封注射并且将成品的注射成型件补充完整(过程步骤S2)。
[0126]另外读出:在循环#5中注射(SI)第五注射成型件的预注射成型坯4，冷却(K)注射成型件#2至#4的预注射成型坯4并且制成(S2)注射成型件#1。
[0127]图1Oa至1e示出用于过程流程的不同设计的时间曲线。在此分别示出用于一个具有三个腔14的例子的流程，所述三个腔被连续标号为K1、K2和K3。在三个腔中的每个腔中制造一个层。Kl在这五个例子中总是构成预注射成型坯4。三个腔(K1、K2、K3)的喷射在这个例子中相互分开地进行。第二腔(Κ2)和第三腔(Κ3)可以在一个共同的注射工作站2中构成，在这种情况下它们通过被置入的预注射成型坯4而相互分开。对此备选的是:第二和第三腔(Κ1、Κ2)也可以在分开的注射工作站2中实施。
[0128]如果只有一个注射机组13并且不存在封闭机构，那么用于腔(Κ1、Κ2、Κ3)的注入阶段El和增压阶段NI是同步的(图1Oa)。因为在通常情况下对不同层11的注射轮廓的要求明显不同，所以通常不同的过程结构设置更有功效。
[0129]图1Ob示出具有用于每个腔(Κ1、Κ2、Κ3)的多个封闭机构和一个注射机组13的例子。因为用于中心层的注射轮廓大多数变得不同于各个外部层11的注射轮廓，所以只有后者可以被同时实施。用于一个腔(Κ1、Κ2、Κ3)的循环包括封闭机构的开启(VO)、一个注入阶段Ε1、一个增压阶段NI和封闭机构的封闭(VV)。
[0130]图1Oc示出具有两个注射机组13但没有封闭机构的过程实施形式。此处用于第一注入单元13的注入阶段El和用于第二注入单元13的注入阶段可以同时实施。同样的方案适用于增压阶段NI和Ν2。
[0131]图1Od示出一种混合形式，其中具有用于腔Kl和Κ2的封闭机构和两个注射机组3。
[0132]图1Oe示出具有三个注射机组13的理想状况。在这种情况下封闭机构不再是强制必需的，这是因为注入阶段Ε1、Ε2和Ε3以及增压阶段N1、Ν2和Ν3对于这三个注入单元13而言可以被分开地通过同样的措施调节或控制。
[0133]图11示出一个温度曲线图，其中可以读出在预注射成型坯4表面上的温度变化:从腔14中取出的时间点(见图8a至8f)直至被置入到腔14中以用于对预注射成型坯4进行包封注射。这个变化在具有15mm厚度、由聚碳酸酯制成的预注射成型坯4上并且在环境空气中冷却的情况下测得。在脱模时间点上的温度被标以Tl。在置入下一个腔14中的时间点上的温度被标以T2。
[0134]图12示出15mm厚的预注射成型坯4在空气冷却的情况下的表面温度与时间的关系，该预注射成型坯4在25秒以后被取出(上侧曲线)或者在130秒以后被取出(下侧曲线)。在空气中的冷却时间dT = 262s以后提早取出的预注射成型坯4具有与较后取出预注射成型坯4相同的表面温度。
【权利要求】
1.用于制造注射成型件(10)、特别光学元件的方法，其中在至少两个注射工作站(2)上借助至少两个注射过程来浇注注射物质，其特征在于:在所述至少两个注射过程之一中制造的预注射成型坯(4)在所述至少两个注射过程之间在一个冷却工作站(5)中得到冷却。
2.如权利要求1的方法，其特征在于:作为注射成型件(10)来制造透镜。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于:在所述至少两个注射过程中注射注射成型件(10)的至少两个层(11、4)。
4.如权利要求3的方法，其特征在于:为了制造一个(2n+l)层的注射成型件(10)，在所述至少两个注射过程的第一注射过程中注射第一层(4)，并且在所述至少两个注射过程的η个另外的或2n个另外的注射过程中喷射2n个另外的层(11)，优选地，需在另外的注射过程中喷射的相应的两个层(11)的最大厚度基本上相等。
5.如权利要求4的方法，其特征在于:以层厚(S2，S3)喷射2n个需在另外的注射过程中喷射的层(11)，所述层厚小于注射成型件(10)的总厚度(S)的；^倍，或预注射成型
2(? + 1)坯⑷的层壁(S1)大于注射成型件(10)的总厚度(s)的」7倍。
n + \
6.如权利要求1至5之一的方法，其特征在于:使预注射成型坯(4)在冷却工作站(5)中比注射成型件(10)在最终成型的腔中冷却的时间更长，和/或使在制造注射成型件(10)期间出现的第一预注射成型坯在冷却工作站(5)中比在制造注射成型件(10)期间在第一预注射成型坯之后出现的第二预注射成型坯在用于使该第二预注射成型坯成型的腔中冷却的时间更长。
7.如权利要求1至6之一的方法，其特征在于:将预注射成型坯(4)在冷却工作站(5)中如此冷却，使得预注射成型坯(4)直接在第一注射过程之后的第一温度(Tl)比预注射成型坯(4)直接在第二注射过程之前的第二温度(T2)高至少5°C、优选10°C。
8.如权利要求1至7之一的方法，其特征在于:制造一注射成型件(10)，其具有大于5mm、优选大于1mm的总厚度(s)。
9.如权利要求1至8之一的方法，其特征在于:制造一注射成型件(10)，其具有不同的厚度，其中最厚区域的厚度与最薄区域的厚度比大于1.5: 1、优选大于2.5: I。
10.如权利要求1至9之一的方法，其特征在于:在所述至少两个注射过程中加工相同的注射物质。
11.用于制造注射成型件(10)、特别光学元件的方法，其中在至少两个注射工作站(2)中借助至少两个注射过程来浇注一个注射物质，其特征在于:一个在所述至少两个注射过程的第一注射过程中制造的预注射成型坯(4)与在所述至少两个注射过程中的跟随的第二注射过程中制造的另一个预注射成型坯或注射成型件(10)相比，受到不同时间的冷却、特别是受到较长时间的冷却。
12.用于由注射物质制造注射成型件(10)、特别是光学元件的设备，该设备具有:至少两个注射工作站(2)和一个用于将在所述至少两个注射工作站(2)中的第一注射工作站中制造的预注射成型坯(4)运输到所述至少两个注射工作站(2)的第二注射工作站中的运输装置(3)，其特征在于:预注射成型坯(4)能通过运输装置(3)运输到冷却工作站(5)中，并且预注射成型坯(4)在冷却工作站(5)中完成冷却之后能通过所述运输装置(3)输送到第二注射工作站(2)。
13.如权利要求12的设备，其特征在于:所述至少两个注射工作站(2)设置在至少一个注射成型机(7)的至少一个成型模具￠)中。
14.如权利要求12或13的设备，其特征在于:其上可设置预注射成型坯(4)的且构成腔的模具件(8)能借助运输装置(3)来运输。
15.如权利要求14的设备，其特征在于:所述至少两个注射工作站(2)和所述冷却工作站(5)设置在一个索引盘(16)上。
16.如权利要求15的设备，其特征在于:通过索引盘(16)的保持位置(17)实现的冷却工作站(5)设置在成型模具￠)的分界面的外部。
17.如权利要求15的设备，其特征在于:冷却工作站(5)构造成成型模具(6)中的优选被调温的成型穴。
18.如权利要求12至17之一的设备，其特征在于:所述至少两个注射工作站(2)设置在一个中心板(12)上。
19.如权利要求12至18之一的设备，其特征在于:为了运输预注射成型坯(4)而设置有操作机械手(9)。
20.如权利要求12至19之一的设备，其特征在于:冷却工作站(5)构造成借助环境空气的被动式冷却工作站(5)或构造成在采用冷却介质、优选空气或水的主动式冷却工作站(5)。
21.如权利要求12至20之一的设备，其特征在于:预注射成型坯(4)的表面在冷却工作站(5)中冷却之后能在表面加热站中加热。
22.如权利要求12至21之一的设备，其特征在于:可制造具有不同厚度的注射成型件(10)，并且在所述至少两个注射工作站(2)之一上，注射物质在预注射成型坯(4)的较小厚度的区域上可输送。
【文档编号】B29C45/72GK104149264SQ201410331919
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2013年4月2日
【发明者】J·吉绍夫, C·迈尔 申请人:恩格尔奥地利有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造注射成型件(10)、特别光学元件的方法，其中在至少两个注射工作站(2)上借助至少两个注射过程来浇注注射物质，其中，在所述至少两个注射过程之一中制造的预注射成型坯(4)在所述至少两个注射过程之间在一个冷却工作站(5)中得到冷却。
【专利说明】用于制造注射成型件的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的特征所述的或者权利要求11前序部分的特征所述的用于制造注射成型件的方法以及一种根据权利要求12前序部分的特征所述的用于制造注射成型件的设备。
【背景技术】
[0002]特别在注射成型光学元件(例如透镜)的情况下已知的现有技术是，以多层或者多步来注射需制造的注射成型件(例如由AT505321A1)。这具有一些优点。一方面通过对先前注射的层的凹陷位置的补偿而获得改善的轮廓保真性。此外实现所需成型扩张压力的减小。另外实现循环时间的减小，这是因为冷却时间随着注射层的壁厚的增加而呈二次方增长。这例如在W02012/069590A1中说明。因此在以多层注射的情况下的冷却时间总和小于以整件注射的情况下的冷却时间。这在下面被详细地描述。
[0003]一般人们可以从以下事实出发，S卩，所需冷却时间对所有工作站而言应是相同的。特别当所有工作站设置在一个模具中或一个机器中时，这是有利的。
[0004]冷却时间tk与壁厚的平方成比例，因此在应用一个比例系数A的情况下适用于tk
=A.S20
[0005]模具中位于外部的层和首先制造的位于内部的层相比，只有单侧被冷却。单侧被冷却的层的冷却时间大致等于一个两倍厚的且两侧被冷却的层的冷却时间。为了实现相同的冷却时间，位于外部的层只允许具有位于内部的层的一半壁厚。因此对于三层构造的总壁厚为S的注射成型件而言，在一级近似的情况下，s2=|s，S1=I S，S3=I S的层厚分配是有意义的(S2，S3等表示位于外部的层的层厚，S1表示位于内部的层的层厚，s表示总厚度)。
[0006]类似地，可以在具有2n+l个层的注射成型件的情况下假定第一(内部)层的厚度为A，所有接着的层的厚度可以假定为^?。其中11是大于或等于I的自然数，其表明，一个预注射成型坯在之后还被在两侧覆盖注射(ueberspritzen)几次。为了评定循环时间的节约，引入各个工作站的冷却时间的总和。各个循环时间虽然可以并行运行，但每个工作站在该模具中和机器中都需要空间，这个空间在传统的单层技术中可以用于安置另外的腔。
[0007]假定位于外部的层S2和S3的通过单侧冷却的冷却时间与双倍厚度的层的冷却时间相同，现在在一个三层的注射成型件的情况下，冷却时间的总和为:
[0008]fk,ges = hX + L: 乂 ?⑷ + 乂.= 2乂 ?⑷=\A*S2f
[0009]其中，层S2和S3的冷却时间必须只考虑一次，这是因为该冷却同时并且在同一个工作站中进行。
[0010]可看出:用于各个层的总冷却时间只有单层注射成型件的冷却时间tk = A.S2的一半。
[0011]对于η个层适用的是:
[0012]tkges = 士.J.52。
[0013]现在总冷却时间只有单层注射成型件的冷却时间的一部分，S卩，该单层注射成型件的 l/(n+l)。
[0014]除了生产率的明显改善外，这个缩短的循环时间例如还有优点:材料在蜗杆前腔中的停留时间缩短。
[0015]虽然冷却时间缩短，但这个冷却时间仍占总循环时间一大部分。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是:提供一种方法以及一种设备，其能够在以多个步骤制造注射成型件的情况下实现更加缩短的循环时间。
[0017]这一目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求11的特征的方法以及通过具有权利要求12特征的设备得以实现。
[0018]这通过以下方式得以实现，S卩，将一个在至少两个注射过程之一中制造的预注射成型坯在一个冷却工作站中在至少两个注射成型过程之间冷却。因为在预注射成型坯在冷却工作站中停留的时间期间，在相关的注射工作站中已经可以制造另外的预注射成型坯。换句话说，通过预注射成型坯在注射工作站外部的较长时间的冷却来实现这些预注射成型坯在注射工作站中的与循环时间关联的停留持续时间的缩短。因此作为本发明基础的令人惊叹的认知在于:即使将预注射成型坯很早地脱模也不损害最终产品的质量。
[0019]本发明原则上可以用于每种注射物质，即每种可以在注射成型机中进行加工的材料。虽然例如也可以通过这种方式加工金属、陶瓷和甚至制药的生物活性物质，但在这个文献中为了简单起见只针对由塑化的塑料制成的注射成型件，而这不应被局限地理解。
[0020]在本发明意义上不重要的是，按照哪个注射过程来规划冷却工作站。不言而喻也可能的是:在以多于两个的注射过程制造一个注射成型件的情况下，在一个冷却工作站中设置多于一次的冷却。
[0021]本发明的另一方面在于，一个在至少两个注射过程中的第一注射过程中制造的预注射成型坯与在其后跟着的、在至少两个注射过程中的第二注射过程中制造的另一个预注射成型坯或注射成型件相比，冷却时间不同、特别是更长。在此，一个有效的冷却时间可以用作用于冷却时间长度的度量标准，该有效的冷却时间由在一个冷却工作站中的冷却时间和一个持续时间构成，在该持续时间中，预注射成型坯虽然还停留在模具中但已经冷却。
[0022]由此特别在厚壁的构件的情况下能够实现较缩短的循环时间，这是因为决定循环时间的冷却时间可以被缩短。决定循环时间的冷却时间应理解为这样的冷却时间，在该冷却时间中预注射成型坯处于模具中并且因此该冷却时间直接影响循环时间。
[0023]本发明有益的改进方案和实施方式在从属权利要求中加以限定。
[0024]冷却工作站的精确的设计结构对本发明而言不重要。冷却工作站可以例如通过使得预注射成型坯由操作机械手保持来实现，其中，预注射成型坯在环境空气中冷却。也可以设置为通过冷却工作站中的冷却介质进行冷却。在此例如也可考虑的是:预注射成型坯一个确定的区域中运动并且通过这种方式承制冷却的空气流。
[0025]在制造光学元件情况下优选对透明的塑料进行加工。作为例子有聚碳酸酯(PO、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(C0C)、C0P和非晶形的聚酰胺(PA)。但所描述的本发明也可以应用于其它的注射成型件和材料。特别是也可以加工弹性的材料、如热塑性的弹性体。
[0026]在一种优选的实施方式中，根据本发明的设备处在净化室中或干净空间中，以便避免灰尘沉积在预注射成型坯上。
[0027]在另一优选的实施方式中规定:在模具半体中的压印模被回拉，由此为后续的覆盖注射释放扩大的腔。
[0028]可以规定:在至少两个注射过程的情况下对相同的塑化塑料进行加工，由此例如在光学元件的情况下可以避免成像缺陷。但这是强制必需的。当然也可以制造这样的光学元件或类似物，其中设置有由不同的能注射成型的材料构成的层。
[0029]在一种优选的实施方式中，在冷却工作站中将预注射成型坯冷却整数倍的注射过程循环时间。特别优选的是，在冷却工作站中的冷却期间发生对另外的注射成型件的另外的注射成型过程。
[0030]在多次注入的情况下，一次配料还是多次配料对本发明不是重要的。
[0031]注射成型件，层划分
[0032]本发明优选可用于厚壁的注射成型件、例如光学透镜。
[0033]本发明优选也可用于具有大的壁厚差的注射成型件。当一个注射成型件在一个先前的薄壁区域中喷射时，由于其较快的凝固通常不可能的是:在这个薄壁区域上如此长时间地维持增压，如厚壁区域的收缩补偿所需要的那样。
[0034]厚壁区域至少部分地被逐层地依次制造。其中层制造的时间顺序可以如此设计，从而实现从内向外的结构。优选获得奇数层，处于内部的预注射成型坯在两侧至少部分被η次地覆盖注射，从而获得2η+1的层数。
[0035]笫一层(在成品件种处于内部的层)必须在模具中仅如此程度地硬化，使得可以毫无问题地脱模并且之后可以置入另一腔中。如果现在的出发点又是:在各个工作站中的冷却时间应是相同的，那么有意义的是:此时假定两侧被冷却的第一层的壁厚是后接于它的层的壁厚的两倍大。由此可以为具有总壁厚s的三层结构的模制件选择下面的层划分:
S2<j S,Si>.^.Is，S3<yS。
[0036]现在决定循环时间的仅仅是外部层的壁厚，这是因为处于内部的层的冷却只有部分地或根本不在机器的注射区域中发生。
[0037]如果例如在三层结构情况下选择的层划分为s2=|s，Si=-^-S, S3=^S，那么获得
ο4ο
决定循环时间的冷却时间总和为
I ?
[0038]tk<ges=2A^-j
[0039]亦即在这种实施方式中与单层的注射成型件相比，只需要决定循环时间的冷却时间的八分之一，其余的冷却在注射区域外部发生。
[0040]一般说来，这意味着:可以通过不决定循环时间的注射阶段的冷却时间的延长来实现该决定循环时间的冷却时间的缩短。
[0041]需要的模具，腔，机器
[0042]优选地采用一种注射成型模具，其具有至少一个用于制造预注射成型坯的腔，和至少一个另外的用于制造成品件的腔。用于成品件的腔的总容积大于用于预注射成型坯的腔的总容积。不言而喻地，该模具可以具有一个任意的、技术上有意义的格数。也可能的是:用于预注射成型坯和成品件的腔设置在不同的模具中。这些模具可以全部在一个机器中，或也在不同的机器中运行。
[0043]对于三层的注射成型件，用于制造预注射成型坯的腔的整体在下文中还被称为第一工作站，用于制造成品件的腔被称为第二工作站。在由五层构造而成的注射成型件的情况下，由此在这种实施方式中在第一工作站中制造预注射成型坯，将其在第二工作站中在两侧至少部分地覆盖注射，并且将其在第三工作站中再次至少部分地覆盖注射。这个命名系统考虑如下的情况，即，在相同的工作站中并且在相同的循环中分别制造一个上部层和下部层。上部层和下部层的喷射可以通过相同的浇注口或者切口进行，或也可以相互分开地进行。
[0044]对此备选地也可考虑的是:分别在分开的工作站中、亦即依次地制造上部层和下部层。
[0045]流程
[0046]接着详细阐述一种方法流程的一种特别优选的实施方式。首先通过将能注射成型的材料注入到第一工作站的为此设置的腔中来制成预注射成型坯，并且将其在模具中如此程度地冷却，使得它们的成型对脱模而言足够稳定。成型稳定性一般情况下在浇注口和注射成型件的如果存在的情况下的突出部冷却到至少低于塑料的玻璃化温度的温度时就具备了。此外在注射成型件的厚壁区域中凝固的边缘层(在光学透镜情况下大部分是透镜的光效区域)必须达到用于成型稳定性的一定的最小厚度。当可以脱模和接着可以将预注射成型坯置入到第二工作站中时，就实现了这个最小厚度。
[0047]现在借助运输装置、例如机械手将预注射成型坯从腔中取出并且运输到冷却工作站中。该冷却工作站在一种优选的情况下不必满足特别的要求，各部件在那里储存仅仅一个确定的时间并且在环境空气中冷却。现在以所描述的方式制造多个预注射成型坯，并且按照顺序将它们放置到冷却工作站中。当存在限定数量的预注射成型坯时，则在模具下一次开启之后由运输装置将首先制造的预注射成型坯置入到第二工作站中。在那里在后续的注射成型循环中在两侧对其进行至少部分的覆盖注射，由此产生完工的注射成型件。备选地，也可以任意次数地将注射成型件置入到另一腔中并且对其再次进行包封注射。其间可以、但不必强制地在腔的外部再次实施冷却。在本发明意义中不重要的是:在哪个层之后进行冷却以及在腔的外部进行多少次冷却。
[0048]“腔的外部”并不意味着必然必须将注射成型件完全从腔中取出。该腔例如由两个模具插入件构成，其中一个设置在固定的模具半体中，另一个设置在可运动的模具半体中。在可运动的模具半体中的模具插入件可以多次实施。在制造一个预注射成型坯以后，可以将这个模具插入件连同预注射成型坯带到另一个位置中，同时将在可运动的模具半体中的模具插入件的另一实施形式带到注射位置中。这可以借助一般的由多组分注射成型技术已知的装备实现(例如旋转台、移动台，可旋转的中心板，可旋转的立方体模具)。在这种情况下，预注射成型坯在一侧继续在模具中冷却，而在另一侧上在空气中冷却。在这种情况下例如可以通过可运动的芯在如下的模具半体中的回移来提供用于后续的覆盖注射的空腔，模具中的注射成型件停留在所述模具半体中。
[0049]如果冷却工作站的特征在于限定的空间区域，那么可以借助机械手将预注射成型坯放置在冷却工作站中。而且作为机械手的其它运输装置也可以是例如索引盘，其将预注射成型坯从第一工作站中移出，并且在注射工作站外部的冷却阶段之后将其置入到第二工作站中。
[0050]在一种优选的实施方式中可以规定:通过索引盘的一个保持位置实现的冷却工作站设置在模具的分界面的外部。这例如可以通过索引盘旋转轴线的偏心设置来实现。备选地，该模具可以相应狭窄地构造。
[0051]但也可以规定:冷却工作站构造为成型模具中的优选被调温的成型穴。调温理解为使该腔例如借助介质而保持在一个确定的温度。这个温度与室温相比既可以是较热的也可以是较冷的。
[0052]在注射工作站外部冷却时的环境介质在一种优选的实施方式中是空气。但也可以应用任何其它适宜的气态的、液态的(水)或固态的介质。在本发明范围内仅仅规定:冷却在注射工作站的外部发生。
[0053]在一种优选的实施形式中，在同一个循环中又制造新的预注射成型坯。预注射成型坯和成品件的制造基本上并行地进行、即在同一个循环中进行。
[0054]注射单元的数暈
[0055]如已经描述的那样，层的制造可以在一个或多个机器中进行。如果该制造应在一个机器中进行，那么该机器可以选择性地装备有一个、两个、三个或更多个注射机组。
[0056]下面阐述用于借助一个机器来制造一个3层的注射成型件的一些优选的可能方案:
[0057]层的充注可以与模具中存在的封闭机构、注射单元的数量和浇注口造型相关地同时进行或依次进行。
[0058]如果具备三个分别具有分开的与三个层的连接的注射机组，那么充注过程可以同时亦或时间延迟地开始，并且以不同的参数(速度、压力、时间)实施。这个变型方案基于独立的充注而允许最大的自由度。特别在外部层中为了避免滑移线可以要求不同的蜗杆前进速度特性和/或蜗杆压力特性。特别优选地规定:两个外部层的充注过程如此相互协调，以便在腔中具有力平衡。因为在一些情况下，在覆盖注射时，作用到预注射成型坯上的力在一侧可能明显大于另一侧，由此可能发生预注射成型坯的滑移、变形或断裂。
[0059]如果为各个腔或层在模具中没有提供封闭机构并且只提供一个注射机组，那么必须用一个共同的蜗杆前进速度特性和/或蜗杆压力特性来进行同时的充注。之前描述的力平衡在模具结构设置时通过浇注口和腔的流变学平衡就已经可以确保。
[0060]如果为每个腔/层提供一个注射机组和一个封闭机构，那么至少模具充注过程的开始和终止时间点可以相互独立地选择。
[0061]通过低的模具温度实现的冷却时间节省
[0062]预注射成型坯上的较小的或局部的变形、如收缩引起的凹陷位置在这种方法中不是问题，这是因为它们在接着的工作站中的覆盖注射中得到补偿。由此可能的是:第一工作站以如下的模具温度运行，该模具温度小得使得构件轮廓的没有问题的成型得不到保障。此外不强制要求预注射成型坯的腔的表面具有例如高光洁程度的光学表面。
[0063]厚壁的注射成型件、如光学透镜通常具有壁较薄的区域、如环绕的边缘、紧固元件或设计元件。会是有益的是:在另一工作站中不对这些区域进行覆盖注射，而是在第一工作站中已经制造完成。那么这些区域在另一工作站中可以用于固定预注射成型坯。EP2 402140 Al例如公开了一种具有环绕的边缘的光学透镜，该边缘在后续的过程节拍中用于对预注射成型坯进行支承和定位。
[0064]这些区域在光学透镜的情况下没有光学功能，但是必须满足对表面质量、尺寸精确性、机械特性或类似方面的一定的要求。在此，低的模具温度能被证实是不利的。可能是必要的是:用于预注射成型坯的腔和用于后续的层的腔基本上以相同的模具温度运行。
[0065]低的模具温度还可能对注射成型件内部的特性起负面作用。
[0066]按照本发明规定:预注射成型坯的冷却的一部分在从腔中脱模之后进行。与在模具中冷却的不同之处在于:在外部的冷却不影响循环时间。因此即使在预注射成型坯的腔具有高温的情况下也能实现小的循环时间。
[0067]由此可以、但不必强制地使模具的所有工作站以相同的模具温度运行。由此避免模具中的通过不同的温度调节导致的温度梯度和热应力，效果是更均匀的温度分布，较小的能量消耗和可能情况下较小数量的调温仪器。
[0068]层的粘合性
[0069]与所采用的注射材料相关地，可能是必要的是一个确定的最小温度、特别是预注射成型还的一个确定的最小表面温度，以便一方面实现与后接的层的良好粘合，另一方面实现注射成型件中小的内应力。
[0070]空气中的冷却相对模具中的冷却进行得更缓慢，因此在构件中心与构件表面之间的温度梯度也较小。换句话说，当冷却发生在环境空气中而不是模具中时，在模制件中心达到一个限定的温度T*的情况下，注射成型件表面上的温度比较高并且沿注射成型件横截面的温度分布较均匀。
[0071]在采用热塑性塑料作为注射材料的情况下有益的是:在已冷却的预注射成型坯与流入另一工作站中的熔融物之间的交界层上的接触温度应该在热塑性塑料的玻璃化温度或者微晶熔化温度的范围内或之上。当采用相同的注射成型材料时，接触温度等于两个接触搭档的温度的平均值。
[0072]但是在腔的外部的较长时间的冷却的情况下会是有利的是:至少对表面的接着应被覆盖注射的那个区域按照目的地加热。这个加热例如可以借助红外射线或用任意其它已知的方法实现。
[0073]清洁性
[0074]会是有利的是:避免预注射成型坯表面上的污染杂质，这是因为这些污染杂质通过后续的覆盖注射久地保留在构件中。因此建议:整个生产设备、冷却工作站的区域和/或取出区域和/或模具区域构造为净化室或干净空间。但是也可以在要被保护的区域上方安装层流箱。
[0075]对此备选的是:该冷却工作站和/或取出区域和/或模具区域可以被尽可能封闭的罩屋包围。
[0076]对流的避免，可控对流的起因
[0077]此外会是有利的是:通过自然或强制对流而从预注射成型坯排出的热量能反复循环地再现。例如由于敞开的厂房门所引起的不受控的空气流除了在污染危险方面外还有益的在改变的对流方面应该得到避免。用于避免不可控的对流的冷却工作站的和/或取出区域的和/或模具区域的罩室在此可以提供帮助。
[0078]作为避免强制对流的选择，可以应用一个这样的措施而且还有针对性地用于对预注射成型坯进行更快且受控的冷却。对此可采用每种适宜的、优选气态的介质、特别是空气。而且还会有意义的是，将该介质调温，以便这样有针对性地控制或调节冷却过程。在这种情况下用于测量冷却工作站中的预注射成型坯温度的传感器是有效的。一般用于测量、用文件证明和控制或者调节冷却工作站中的环境条件(温度、空气湿度、流速.....)的传感器可以是有益的。
[0079]作为“空调箱”的冷却工作站
[0080]为了能够更好地影响预注射成型坯的温度变化，可以将冷却工作站中的环境条件设计得在时间和/或位置上可变。
[0081]例如预注射成型坯在冷却工作站中可以借助输送带或一个另外的装置用于将预注射成型坯运输通过不同的区域、特别是温度区域和或介质流动区域。温度变化可以选择为下降的、上升的或遵循任意的曲线。此处也可以在将预注射成型坯置入到另一注射工作站以前进行对该预注射成型坯表面的有针对性的加热。
[0082]代替使预注射成型坯向不同的区域运动，也可考虑将这些预注射成型坯静置在一个限定的地方并且在那里使环境条件随着时间而改变。
[0083]通过热传导的调温或冷却
[0084]预注射成型坯的温度变化也可以通过热传导而受到有针对性的影响。作为例子可以将预注射成型坯放置到调温板上。这个板也可以是之前提及的、用于在冷却工作站内部运输预注射成型坯的装置的部分。
[0085]表面的隔绝
[0086]还已经证被实有利的是:确保冷却工作站中的尽可能缓慢的热排放，例如通过预注射成型坯表面的隔绝。由此实现在构件中心与构件表面之间的改善的温度均衡。
【专利附图】
【附图说明】
[0087]另外的优点和细节借助附图和所属的【专利附图】
【附图说明】而是可见的。其中:
[0088]图1a和Ib示出预注射成型坯和完工的透镜的剖视图，该透镜用根据本发明的方法制成；
[0089]图2示出根据本发明的设备的示意图，其具有中心板模具和操作机械手；
[0090]图3a至3e是根据本发明的设备在采用索引盘的情况下的不同实施方式的示意图；
[0091]图4示出具有两个注射成型机和一个操作机械手的根据本发明的设备的示意图；
[0092]图5示出注射成型机的视图；
[0093]图6示出操作机械手的视图；
[0094]图7a至7c示出根据本发明的设备的注射成型模具的示意性剖视图；
[0095]图8a至8f为了说明根据本发明的方法，示出来自图7a的模具的多个剖视图；
[0096]图9示出用于说明在批量生产时的制造流程的表格；
[0097]图1Oa至1e示出用于过程流程的不同结构配置的时间曲线图；
[0098]图11示出对预注射成型坯进行根据本发明的冷却的温度曲线图；
[0099]图12示出用于比较在预注射成型坯的不同的取出时间点的情况下的温度的温度曲线图。
【具体实施方式】
[0100]图1a示出预注射成型坯4。图1b示出由预注射成型坯4制成的注射成型件10。此外示出该透镜的总厚度s以及预注射成型坯4的层厚S1和其他层11的层厚S2和s3。
[0101]注射成型件10的最厚区域的厚度与最薄区域的厚度之比此处为约s/d - 4.3。
[0102]为了简化制图的目的，外部的层11对称示出，这对本发明不重要。在具体的应用场合中，在各外部的层11之间的完全对称甚至是例外。
[0103]在图1中，预注射成型坯4是一层的。特别在具有多于两个的层11的注射成型件情中，预注射成型坯4本身也可以是多层的。
[0104]图2示出根据本发明的设备的一种实施方式，其具有一个中心板12和两个注射成型单元13。在这种情况下构造为操作机械手9的运输装置3在注射工作站2与冷却工作站5之间运输预注射成型坯4，一些用于冷却的预注射成型坯4为了冷却而停留在所述冷却工作站中。
[0105]图3a至3d示出本发明在采用索引盘16的情况下的不同实施方式的示意图。
[0106]索引盘16理解为一种装置，借助其，构件被从一个模具工作站运输向下一个模具工作站。在固定侧和其成形区域上的各个模具工作站相对固定的夹紧板位置固定地保持，以及在运动侧的模具工作站相对可运动的夹紧板位置固定地保持。因此产生的可能方案是:不仅在固定侧的而且在运动侧的每个工作站中设置具有不同几何结构的成形区域。因此可以在固定侧和运动侧在另一注射工作站(例如S2)中产生空腔，该空腔能够实现在构件两侧的覆盖注射。
[0107]但是变址磁板16的从第一注射工作站SI直至脱模触碰构件的区域也是必要的。这些区域用于在运输期间保持构件。因为在这些区域中最终的构件表面在第一注射工作站SI中已经成形，所以人们试图使这些区域与整个构件表面相比保持得尽可能小。在图3a至3d中，这些构件仅通过围绕旋转点星形设置的臂件18保持，其上设置有用于预注射成型坯的保持位置17。此处没有示出精确的保持机构。不言而喻地也可以应用将构件包围的索引盘16。
[0108]索引盘16需要用于旋转运动的(未示出的)驱动装置以及用于沿机器轴线X方向提起的驱动装置。旋转轴线的方向同时是冲程方向。
[0109]图3a不意性不出本发明的具有索引盘的第一实施方式。SI表不第一注射工作站，S2表示第二注射工作站。在这些注射工作站之间设置有多个冷却工作站5。沿顺时针方向进行旋转。位置E可以可选地用作用于成品件的提取工作站。这个索引盘的旋转轴线Y出于对称性原因而处在盘中心。
[0110]这种设置结构的缺点在于大的空间需求。对于相对较小的模具而言，大的夹紧板、即较大的机器是必要的。
[0111]这个缺点可以通过索引盘的旋转轴线Y的偏心设置得以补偿，如图3b所示出的那样。
[0112]在按照图3b的设置结构中，除了注射工作站S1、S2之外的所有模具站都可以用作冷却工作站5。
[0113]同样可以将索引盘的旋转轴线设置在合模单元15的梁中或上(图3c)。由此和图3b相比可以节省空间，这能够实现对较小机器的应用。
[0114]该盘尺寸的进一步减小可以借助无梁的注射成型机得以实现，这在在图3d中示意性使出。
[0115]图3e示出没有空气冷却的索引盘解决方案，但在模具中具有冷却工作站5。在SI中制造的预注射成型坯首先在SI中并且然后在K中被冷却，然后它在S2中被覆盖注射。通过这种中间冷却可以如此改变层分配，使得外部层变得较薄。由此减短循环时间。
[0116]图4示出本发明的一种实施方式，其具有:两个注射成型机7、一个设置在其间的冷却工作站5和一个运输装置3，该运输装置构造为操作机械手9。一些预注射成型坯4在冷却工作站5中冷却。示范性示出的是:一个注射成型机7具有(示意性示出的)液压合模单元15而一个注射成型机7具有(示意性示出的)电气肘杆式合模单元15。但合模单元15的设计对本发明而言是不重要的。
[0117]图5较详细地示出注射成型机7，其具有一个合模单元15 (在这种情况下是电气肘杆式合模单元)和一个注射成型单元13。注射工作站2通过注射成型模具6的两个半体构成。
[0118]在图6示出操作机械手9。这个操作机械手9可以极其不同地设计，如由图2和图4的实施例可看到的那样。冷却工作站5在这种情况下是被动式冷却工作站，其中只有预注射成型坯4仅仅在环境空气中冷却。
[0119]图7c示出注射成型模具6的示意性俯视图，其中各具有一个用于制造预注射成型坯4和成品注射成型件10的且包括腔14的注射工作站。图7a示出图7c的平面A上的剖视图。在右边示出的第二工作站中将之前在左边示出的第一工作站中制造的预注射成型坯在上侧和下侧上进行覆盖注射。上部层和下部层的喷射通过一个共同的浇注口来完成。图7b示出图7c的平面B上的剖视图。
[0120]图8用于说明在采用图7a至7c的注射成型模具6的情况下的根据本发明的方法流程。
[0121]在图8a中模具6合模，其中，一个预注射成型坯4和一个注射成型件10处在模具6的腔14中。成型模具6现在被打开，如图8b所示的那样。
[0122]运输装置3、此处为操作机械手9被引入到出现的中间空间中，该操作机械手由未示出的冷却工作站5运走受到冷却的预注射成型坯4 (图Sc)。如图8d示出的那样，操作机械手9从模具6的模具半体中提起预注射成型坯4和注射成型件10。预注射成型坯4和注射成型件10脱模并且同时由操作机械手9运走的预注射成型坯4被安置到模具6的另外的模具半体中(图Se)。在这种情况下，在附图右侧在注射成型件上示出的突出部如图7b示出地那样构造，使得预注射成型坯在两侧固定。
[0123]此后，操作机械手9移开并且成型模具9合模(图8f)。之前在未示出的冷却工作站5中受到冷却的预注射成型坯通过突出部保持在笫二注射工作站中。现在可以向两个腔14中置入塑化的塑料，由此又出现图8a的情形。
[0124]应注意的是:图8f示出的腔14由成型模具6的两个半体以及由预注射成型坯4限界。
[0125]在图9中释明在批量生产时按照注射成型件和循环号码的过程流程。示例性地，在第四循环中制造号码为#4的注射成型件的预注射成型坯4 (过程步骤SI)。然后它在冷却工作站5中冷却三个循环长(过程步骤K)。最后在循环#8中对预注射成型坯4进行包封注射并且将成品的注射成型件补充完整(过程步骤S2)。
[0126]另外读出:在循环#5中注射(SI)第五注射成型件的预注射成型坯4，冷却(K)注射成型件#2至#4的预注射成型坯4并且制成(S2)注射成型件#1。
[0127]图1Oa至1e示出用于过程流程的不同设计的时间曲线。在此分别示出用于一个具有三个腔14的例子的流程，所述三个腔被连续标号为K1、K2和K3。在三个腔中的每个腔中制造一个层。Kl在这五个例子中总是构成预注射成型坯4。三个腔(K1、K2、K3)的喷射在这个例子中相互分开地进行。第二腔(Κ2)和第三腔(Κ3)可以在一个共同的注射工作站2中构成，在这种情况下它们通过被置入的预注射成型坯4而相互分开。对此备选的是:第二和第三腔(Κ1、Κ2)也可以在分开的注射工作站2中实施。
[0128]如果只有一个注射机组13并且不存在封闭机构，那么用于腔(Κ1、Κ2、Κ3)的注入阶段El和增压阶段NI是同步的(图1Oa)。因为在通常情况下对不同层11的注射轮廓的要求明显不同，所以通常不同的过程结构设置更有功效。
[0129]图1Ob示出具有用于每个腔(Κ1、Κ2、Κ3)的多个封闭机构和一个注射机组13的例子。因为用于中心层的注射轮廓大多数变得不同于各个外部层11的注射轮廓，所以只有后者可以被同时实施。用于一个腔(Κ1、Κ2、Κ3)的循环包括封闭机构的开启(VO)、一个注入阶段Ε1、一个增压阶段NI和封闭机构的封闭(VV)。
[0130]图1Oc示出具有两个注射机组13但没有封闭机构的过程实施形式。此处用于第一注入单元13的注入阶段El和用于第二注入单元13的注入阶段可以同时实施。同样的方案适用于增压阶段NI和Ν2。
[0131]图1Od示出一种混合形式，其中具有用于腔Kl和Κ2的封闭机构和两个注射机组3。
[0132]图1Oe示出具有三个注射机组13的理想状况。在这种情况下封闭机构不再是强制必需的，这是因为注入阶段Ε1、Ε2和Ε3以及增压阶段N1、Ν2和Ν3对于这三个注入单元13而言可以被分开地通过同样的措施调节或控制。
[0133]图11示出一个温度曲线图，其中可以读出在预注射成型坯4表面上的温度变化:从腔14中取出的时间点(见图8a至8f)直至被置入到腔14中以用于对预注射成型坯4进行包封注射。这个变化在具有15mm厚度、由聚碳酸酯制成的预注射成型坯4上并且在环境空气中冷却的情况下测得。在脱模时间点上的温度被标以Tl。在置入下一个腔14中的时间点上的温度被标以T2。
[0134]图12示出15mm厚的预注射成型坯4在空气冷却的情况下的表面温度与时间的关系，该预注射成型坯4在25秒以后被取出(上侧曲线)或者在130秒以后被取出(下侧曲线)。在空气中的冷却时间dT = 262s以后提早取出的预注射成型坯4具有与较后取出预注射成型坯4相同的表面温度。
【权利要求】
1.用于制造注射成型件(10)、特别光学元件的方法，其中在至少两个注射工作站(2)上借助至少两个注射过程来浇注注射物质，其特征在于:在所述至少两个注射过程之一中制造的预注射成型坯(4)在所述至少两个注射过程之间在一个冷却工作站(5)中得到冷却。
2.如权利要求1的方法，其特征在于:作为注射成型件(10)来制造透镜。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于:在所述至少两个注射过程中注射注射成型件(10)的至少两个层(11、4)。
4.如权利要求3的方法，其特征在于:为了制造一个(2n+l)层的注射成型件(10)，在所述至少两个注射过程的第一注射过程中注射第一层(4)，并且在所述至少两个注射过程的η个另外的或2n个另外的注射过程中喷射2n个另外的层(11)，优选地，需在另外的注射过程中喷射的相应的两个层(11)的最大厚度基本上相等。
5.如权利要求4的方法，其特征在于:以层厚(S2，S3)喷射2n个需在另外的注射过程中喷射的层(11)，所述层厚小于注射成型件(10)的总厚度(S)的；^倍，或预注射成型
2(? + 1)坯⑷的层壁(S1)大于注射成型件(10)的总厚度(s)的」7倍。
n + \
6.如权利要求1至5之一的方法，其特征在于:使预注射成型坯(4)在冷却工作站(5)中比注射成型件(10)在最终成型的腔中冷却的时间更长，和/或使在制造注射成型件(10)期间出现的第一预注射成型坯在冷却工作站(5)中比在制造注射成型件(10)期间在第一预注射成型坯之后出现的第二预注射成型坯在用于使该第二预注射成型坯成型的腔中冷却的时间更长。
7.如权利要求1至6之一的方法，其特征在于:将预注射成型坯(4)在冷却工作站(5)中如此冷却，使得预注射成型坯(4)直接在第一注射过程之后的第一温度(Tl)比预注射成型坯(4)直接在第二注射过程之前的第二温度(T2)高至少5°C、优选10°C。
8.如权利要求1至7之一的方法，其特征在于:制造一注射成型件(10)，其具有大于5mm、优选大于1mm的总厚度(s)。
9.如权利要求1至8之一的方法，其特征在于:制造一注射成型件(10)，其具有不同的厚度，其中最厚区域的厚度与最薄区域的厚度比大于1.5: 1、优选大于2.5: I。
10.如权利要求1至9之一的方法，其特征在于:在所述至少两个注射过程中加工相同的注射物质。
11.用于制造注射成型件(10)、特别光学元件的方法，其中在至少两个注射工作站(2)中借助至少两个注射过程来浇注一个注射物质，其特征在于:一个在所述至少两个注射过程的第一注射过程中制造的预注射成型坯(4)与在所述至少两个注射过程中的跟随的第二注射过程中制造的另一个预注射成型坯或注射成型件(10)相比，受到不同时间的冷却、特别是受到较长时间的冷却。
12.用于由注射物质制造注射成型件(10)、特别是光学元件的设备，该设备具有:至少两个注射工作站(2)和一个用于将在所述至少两个注射工作站(2)中的第一注射工作站中制造的预注射成型坯(4)运输到所述至少两个注射工作站(2)的第二注射工作站中的运输装置(3)，其特征在于:预注射成型坯(4)能通过运输装置(3)运输到冷却工作站(5)中，并且预注射成型坯(4)在冷却工作站(5)中完成冷却之后能通过所述运输装置(3)输送到第二注射工作站(2)。
13.如权利要求12的设备，其特征在于:所述至少两个注射工作站(2)设置在至少一个注射成型机(7)的至少一个成型模具￠)中。
14.如权利要求12或13的设备，其特征在于:其上可设置预注射成型坯(4)的且构成腔的模具件(8)能借助运输装置(3)来运输。
15.如权利要求14的设备，其特征在于:所述至少两个注射工作站(2)和所述冷却工作站(5)设置在一个索引盘(16)上。
16.如权利要求15的设备，其特征在于:通过索引盘(16)的保持位置(17)实现的冷却工作站(5)设置在成型模具￠)的分界面的外部。
17.如权利要求15的设备，其特征在于:冷却工作站(5)构造成成型模具(6)中的优选被调温的成型穴。
18.如权利要求12至17之一的设备，其特征在于:所述至少两个注射工作站(2)设置在一个中心板(12)上。
19.如权利要求12至18之一的设备，其特征在于:为了运输预注射成型坯(4)而设置有操作机械手(9)。
20.如权利要求12至19之一的设备，其特征在于:冷却工作站(5)构造成借助环境空气的被动式冷却工作站(5)或构造成在采用冷却介质、优选空气或水的主动式冷却工作站(5)。
21.如权利要求12至20之一的设备，其特征在于:预注射成型坯(4)的表面在冷却工作站(5)中冷却之后能在表面加热站中加热。
22.如权利要求12至21之一的设备，其特征在于:可制造具有不同厚度的注射成型件(10)，并且在所述至少两个注射工作站(2)之一上，注射物质在预注射成型坯(4)的较小厚度的区域上可输送。
【文档编号】B29C45/72GK104149264SQ201410331919
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2013年4月2日
【发明者】J·吉绍夫, C·迈尔 申请人:恩格尔奥地利有限公司
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