AT506491B1 - Werkzeugeinsatz mit integrierter heizvorrichtung - Google Patents

Abstract

Vorrichtung für eine Spritzgießmaschine, umfassend einen Werkzeugeinsatz (1), wobei der Werkzeugeinsatz (1) eine Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze in einem zwischen Formaufspannplatten (3, 4) aufspannbaren Formwerkzeug (7, 8, 1, 2) mitbildet, eine Transportvorrichtung (5) für den Werkzeugeinsatz (1) und eine Heizvorrichtung (6) für den Werkzeugeinsatz (1), wobei der Werkzeugeinsatz (1) über die Transportvorrichtung (5) aus dem Bereich zwischen den Formhälften (7, 8) bewegbar ist und dieser Werkzeugeinsatz (1) eine integrierte Heizvorrichtung (6) aufweist, wobei zumindest zwei Werkzeugeinsätze (1, 1') vorgesehen sind, wobei diese zumindest zwei Werkzeugeinsätze (1, 1') abwechselnd die Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze mitbilden.

Description

österreichisches Patentamt AT506 491 B1 2010-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Spritzgießmaschine, umfassend einen Werkzeugeinsatz, wobei der Werkzeugeinsatz eine Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze in einem zwischen Formaufspannplatten aufspannbaren Formwerkzeug mitbildet, eine Transportvorrichtung für den Werkzeugeinsatz und eine Heizvorrichtung für den Werkzeugeinsatz, wobei der Werkzeugeinsatz über die Transportvorrichtung aus dem Bereich zwischen den Formhälften bewegbar ist und dieser Werkzeugeinsatz eine integrierte Heizvorrichtung aufweist.

[0002] Generell besteht das Formwerkzeug einer Spritzgießmaschine üblicherweise aus zwei Werkzeughälften, die den Formhohlraum (Kavität) beinhalten. Die Formhohlraum bildenden Flächen können auch in Einsätzen, die in die Werkzeughälften montiert sind, enthalten sein. Die Werkzeug hälften und/oder die Einsätze werden je nach verarbeitetem Kunststoff gekühlt oder temperiert. Ein Formwerkzeug für eine Spritzgießmaschine wird dynamisch („variotherm") temperiert, wobei in jedem Zyklus vor dem Einspritzen ein Aufheizen der Oberfläche auf eine Temperatur vorzugsweise zwischen Glasübergangs- bzw. Schmelztemperatur und Massetemperatur des Kunststoffs erfolgt. Nach erfolgtem Aufheizen wird wieder gekühlt. Idealerweise wird nur die Oberfläche der Kavität erwärmt, die mit der Schmelze in Berührung kommt. Je geringer die zu erwärmenden Massen sind, desto wirtschaftlicher und energieeffizienter kann die dynamische Temperierung durchgeführt werden.

[0003] Vom Anmelder wurde bereits eine Lösung vorgestellt, bei der die Kavität in einem dünnen, mittels Federn abhebenden Einsatz eingebracht ist. Das Beheizen erfolgt extern über Infrarot-Strahler. Während dem Heizen wird diese dünne Platte vom gekühlten Formkörper abgehoben, somit wird nur eine kleine Masse erwärmt. Der durch das Abheben entstandene Luftspalt dient als Isolator zum gekühlten Werkzeug. Dies wirkt sich sowohl auf die Heizzeit, als auch auf die Kühlzeit günstig aus.

[0004] Ein ähnliches Verfahren ist in der koreanischen Patentanmeldung (W02006112571) dargestellt. Hierbei wird ebenfalls ein Werkzeugeinsatz abgehoben, dieser wird im Gegensatz zu unserer oben angeführten Anmeldung allerdings durch eine im Einsatz integrierte Heizvorrichtung erwärmt. Die zu erwärmende Masse wird dadurch auf ein Minimum reduziert.

[0005] Bei beiden angesprochenen Verfahren kann die benötigte Heizzeit gegebenenfalls zu einer Zykluszeitverlängerung führen. Im ersten Falle steht eigentlich nur die zur Teilentnahme benötigte Zeit zum Erwärmen zur Verfügung, im zweiten Falle zusätzlich auch die Zeit während des Formöffnens und -schließens sowie während des Schließkraftaufbaus. Geht die benötigte Heizzeit darüber hinaus, kommt es allerdings in beiden Fällen zu einer Verlängerung der Zykluszeit. Dieser Problematik könnte mit der Entwicklung entsprechend schneller Heizverfahren entgegnet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass besonders schnelles Aufheizen oft mit schlechter Reproduzierbarkeit der erreichten Temperatur einhergeht.

[0006] Vom Anmelder wurden diese Schwierigkeiten für allgemeine externe Heizgeräte sowie im speziellen für IR-Strahler durch doppelte Ausführung des zu erwärmenden Einsatzes gelöst. Diese werden drehbar ausgeführt (z.B. Indexplattenverfahren, Drehtisch). Jeweils einer der Einsätze befindet sich im Werkzeugbereich bzw. in einer externen Heizstation. Dadurch kann der Heizvorgang zeitgleich mit dem Einspritzvorgang stattfinden. Durch die Beschränkung auf externe Heizvorrichtungen entstehen aber auch hier gewisse Nachteile. Die Zeit die zum Drehen der Vorrichtung benötigt wird steht beispielsweise nicht zum Heizen zur Verfügung, was gerade bei besonders kurzen Zyklen eine Verlängerung der Zykluszeit bedeuten kann. Da sofort nach dem Verlassen der Heizstation der Einsatz beginnt abzukühlen, muss außerdem auf eine etwas höhere Temperatur geheizt werden um zum Zeitpunkt des Einspritzens die gewünschte Temperatur zu erhalten, Überhaupt ist nach dem Verlassen der externen Heizstation generell keine Steuerung bzw. Regelung der Temperatur des Einsatzes mehr möglich.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es nun, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung anzugeben. 1/9 österreichisches Patentamt AT506 491 B1 2010-05-15 [0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest zwei Werkzeugeinsätze vorgesehen sind, wobei diese zumindest zwei Werkzeugeinsätze abwechselnd bzw. nacheinander die Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze mitbilden.

[0009] Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Werkzeugeinsätze derart angeordnet sind, dass zumindest einer der Werkzeugeinsätze außerhalb des Bereichs der Formwerkzeuge durch die integrierte Heizvorrichtung aufheizbar ist, während zumindest einer der Werkzeugeinsätze die Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze mitbildet.

[0010] Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Transportvorrichtung den Werkzeugeinsatz aus dem Bereich des Formwerkzeuges hebt, dreht, schwenkt oder translatorisch bewegt.

[0011] Der zu erwärmende Einsatz wird hierbei doppelt bzw. mehrfach ausgeführt, und mit aus dem Mehrkomponenten-Spritzguss bekannten Methoden (z.B. Indexplattenverfahren, Drehtisch) aus dem Werkzeug-Bereich bewegt. Im Gegensatz zur im Stand der Technik angeführten Lösung befindet sich die Heizvorrichtung allerdings integriert im Werkzeugeinsatz. Der Heizvorgang findet hier einerseits außerhalb des Werkzeugs parallel zum Spritzgießvorgang statt, andererseits kann zusätzlich auch die Zeit während des Formöffnens und -schließens sowie während der Drehbewegungen zum Heizen genutzt werden. Für kurze Zyklen ist damit eine weitere Reduzierung der Zykluszeit denkbar. Darüber hinaus ist eine Heizung bzw. eine Regelung der Temperatur auch während Einspritz- bzw. Nachdruckphase möglich. Zusätzlich kann die Zeit während der Drehbewegungen zum Heizen benutzt werden, was bei besonders schnellen Zyklen zu einer weiteren Zykluszeitreduzierung führen kann.

[0012] Bezüglich des Drehtisches sei angemerkt, dass der Drehtisch nur die Drehbewegung, und nicht den Hub durchführt. Für die Hubbewegung kann ein zusätzlicher Antrieb, im einfachsten Fall Federn vorgesehen sein.

[0013] Auch bei geschlossenem Formwerkzeug kann prinzipiell weiterhin ein Heizvorgang stattfinden. Der Hauptanteil der Heizphase kann allerdings bevorzugt bei abgehobenem bzw. herausgedrehtem Werkzeugeinsatz und nur ein kleiner Anteil bei geschlossenem Formwerkzeug erfolgen, wobei das Heizen auch nur im herausgedrehten Zustand erfolgen kann.

[0014] Bei gleicher Zykluszeit wird die zur Verfügung stehende Heizzeit verlängert, was die Homogenität der Erwärmung positiv beeinflussen kann. Die Aufheizgeschwindigkeit kann so gewählt werden, dass eine exaktere Reproduzierbarkeit der erreichten Maximaltemperatur gewährleistet ist. Weiters wird dadurch die benötigte Heizleistung verringert, was zu Schonung des Werkzeugs und Energieeffizienz beitragen kann.

[0015] Eine Regelung der Einsatztemperatur kann auch in der Einspritz- bzw. Nachdruckphase durchgeführt werden. Es ist möglich den Abkühlverlauf nach einem vorgegebenen Profil zu regeln.

[0016] Durch Temperatursensoren im Einsatz kann eine closed-loop Regelung realisiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Temperatur der Werkzeugeinsätze gemessen wird (entweder von außen mittels Pyrometer, oder mit Temperatursonden, die in die Werkzeugeinsätze eingebaut sind), und somit eine Überwachung oder closed-loop-Regelung der Temperatur durchgeführt wird.

[0017] Beispiele für Ausführung der Heizvorrichtung: Induktive Heizung (Spule im Einsatz), Widerstandsheizung (z.B. Heizpatronen, elektrisch leitfähige Keramik, Heizdrähte, ...), Peltiere-lemente, Temperiermedien (z.B. Wasser, Dampf, öl,...).

[0018] Die Rückseite des abhebenden Einsatzes sowie die entsprechende Kontaktfläche am Werkzeug kann poliert ausgeführt werden um einen besseren Wärmeübergang zu gewährleisten.

[0019] Schutz wird auch begehrt für eine Spritzgießmaschine mit einer Vorrichtung nach einer der genannten Ausführungen.

[0020] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird Schutz für ein Verfahren zur Herstel- 2/9 österreichisches Patentamt AT506491 B1 2010-05-15 lung eines Spritzgussteiles in einer Spritzgießmaschine begehrt, wobei die Heizvorrichtung den Werkzeugeinsatz während wenigstens einem der Verfahrensschritte Formöffnen, Abheben, Drehen, Formschließen, Einspritzen und/oder Nachdruck auf einer einstellbaren Temperatur hält, wobei der Werkzeugeinsatz im und/oder außerhalb des Bereiches des Formwerkzeuges angeordnet wird.

[0021] Die Entnahme der Spritzgussteile kann aus dem bereits herausgedrehten Einsatz erfolgen. In diesem Fall bleibt das Spritzgussteil nach dem öffnen des Formwerkzeugs im beweglichen Einsatz. Während das Teil außerhalb des Formwerkzeugs aus der Kavität entnommen wird, kann schon der nächste Zyklus beginnen.

[0022] Bei dreifacher Ausführung des Werkzeugeinsatzes könnte die Teileentnahme parallel zu Heizen und Einspritzen stattfinden (1. Station: Spritzen, 2. Station: Entnahme, 3. Station: Heizen). Auch können durchaus noch mehr Werkzeugeinsätze parallel eingesetzt werden.

[0023] Die Beheizung von innen in Kombination mit der geringen zu beheizenden Masse führt zu einer sehr schnellen und effizienten Erwärmung. In diesem Zusammenhang ist auch das Anbringen eines Isolators zwischen dem Werkzeugeinsatz und der Transportvorrichtung möglich, welcher die Übertragung der Wärme vom Einsatz in das gekühlte Formwerkzeug minimiert.

[0024] Eine Kombination mit einem Verfahren mit externer Heizstation ist denkbar. Das heißt die Erwärmung erfolgt sowohl von außen als auch von innen. Dies kann beispielsweise zu einer weiteren Verkürzung der Heizzeit genutzt werden.

[0025] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen: [0026] Fig. 1 eine simplifizierte Querschnittsdarstellung des Formaufspannbereiches der Spritzgießmaschine, [0027] Fig. 2 eine Ansicht des Formaufspannbereiches, [0028] Fig. 3 eine weitere Querschnittsdarstellung mit röhrenförmigen Heizelementen und [0029] Fig. 4 den Formaufspannbereich mit angehobener Transportvorrichtung.

[0030] Fig. 1 zeigt generell den gesamten Formaufspannbereich einer Spritzgießmaschine mit der bewegbaren Formaufspannplatte 3 und der fixierten Formaufspannplatte 4. Zwischen diesen Formaufspannplatten 3 und 4 ist das Formwerkzeug, bestehend aus der bewegbaren Werkzeug hälfte 7 (welche vorzugsweise gekühlt ist), der fixen Werkzeughälfte 8, dem auswerferseitigen Werkzeugeinsatz 1 und dem düsenseitigen Werkzeugeinsatz 2, aufgespannt. Der Werkzeugeinsatz 1 (kann auch als Matrize bezeichnet werden) bildet zusammen mit dem Werkzeugeinsatz 2 (kann auch als Kern bezeichnet werden) die Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze. Diese Kunststoffschmelze wird über die Einspritzdüse 10 durch den Angusskanal 11 in die Kavität gespritzt. In dieser Figur ist allerdings das Formwerkzeug geöffnet dargestellt, wobei in diesem Zustand kein Einspritzvorgang stattfinden kann. Wenn sich das Formwerkzeug schließt, greifen die Bolzen 12 in die Bolzenaufnahmen 13 ein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht zumindest aus einem Werkzeugeinsatz 1, einer Transportvorrichtung 5 und einem Heizelement 6. In Fig. 1 sind zwei Werkzeugeinsätze 1, T mit Heizelementen 6 vorgesehen, wobei die beiden Werkzeugeinsätze 1,1' abwechselnd über die Transportvorrichtung 5 zwischen die Werkzeughälften 7 und 8 gedreht werden. Die Achse der Transportvorrichtung 5, dessen in Fig. 1 gezeigte Ausführung einer Indexplatte ähnelt, ist Bestandteil des Formwerkzeuges, kann jedoch auch Maschinenbestandteil sein oder überhaupt von extern, beispielsweise mittels Handlingroboter, eingreifen.

[0031] Beispielhaft soll mittels Fig. 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgussteiles in einer Spritzgießmaschine entsprechend einer möglichen Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt werden: [0032] Am gekühlten Grundkörper der beweglichen Werkzeughälfte 7 liegt ein relativ dünner 3/9

Claims (12)

1. österreichisches Patentamt AT506 491 B1 2010-05-15 Werkzeugeinsatz 1 an, der die Kavität beinhaltet. Dieser Werkzeugeinsatz 1 ist gemeinsam mit einem zweiten, identischen Werkzeugeinsatz 1' an einem Hub-/Drehmechanismus 5 befestigt. Zum Wechseln der Werkzeugeinsätze 1,1' erfolgt zunächst ein kleiner Hub in Richtung Maschinenachse (Abheben der Kavität von der gekühlten Werkzeughälfte 7), anschließend eine 180° Drehbewegung. Die abhebbaren Werkzeugeinsätze 1,1' enthalten dabei eine integrierte Heizvorrichtung 6. Parallel zum Spritzgießvorgang mit dem einen Werkzeugeinsatz 1' wird der andere Werkzeugeinsatz 1 durch die Heizvorrichtung 6 beheizt. Der Heizvorgang kann darüber hinaus auch während des Formöffnens, Abhebens, Drehens sowie auch beim Formschließen, Einspritzen und in der Nachdruckphase aufrecht gehalten werden. [0033] Fig. 2 zeigt eine Ansicht der bewegbaren Seite der Spritzgießmaschine. Hierbei ist die Formaufspannplatte 3 am Maschinenrahmen 9 bewegbar gelagert. Auf dieser Formaufspann-platte 3 ist die Werkzeug hälfte 7 aufgespannt und die Transportvorrichtung 5 mit den daran angebrachten Werkzeugeinsätzen 1, T mit den jeweiligen Heizelementen 6 angebracht. [0034] Fig. 3 zeigt eine weitere vereinfachte Querschnittsdarstellung des Formaufspannberei-ches einer Spritzgießmaschine. Hierbei weisen die Werkzeugeinsätze 1,1' Temperierbohrungen 6' auf, die durch Temperiermedien, vorzugsweise Wasser, Wasserdampf oder Öl, die Werkzeugeinsätze 1, T auf einer regulierbaren Temperatur halten. Das Temperiermedium kann den Werkzeugeinsätzen 1,1' über Schläuche zugeführt werden (in der Zeichnung nicht dargestellt). Diese Schläuche können durch die mit der Maschine verbundene Transportvorrichtung 5 geführt sein, oder frei zur Heizvorrichtung 6 (Temperiergerät) verlegt sein. [0035] Fig. 4 zeigt diesmal den Formaufspannbereich einer Spritzgussmaschine mit einer angehobenen Transportvorrichtung 5. Diese Anhebung (Wegbewegung des Werkzeugeinsatzes 1 von der Werkzeug hälfte 7 in Richtung der Spritzgießmaschinenlängsachse) dient erstens dem nicht zu schnellen Auskühlen des Werkzeugeinsatzes 1 bei direktem Kontakt mit der gekühlten Werkzeug hälfte 7 und zweitens der anschließenden freien Bewegbarkeit bei der Drehbewegung der Transportvorrichtung 5. In oder im Bereich dieser Transportvorrichtung 5 sind in Fig. 4 noch Zuführleitungen 14 dargestellt, die die in die Werkzeugeinsätze T, 1 integrierten Heizvorrichtungen 6 mit einem Temperiermedium, Strom oder anderweitiger Energie versorgt. Patentansprüche 1. Vorrichtung für eine Spritzgießmaschine, umfassend einen Werkzeugeinsatz (1), wobei der Werkzeugeinsatz (1) eine Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze in einem zwischen Formaufspannplatten (3, 4) aufspannbaren Formwerkzeug (7, 8, 1,2) mitbildet, eine Transportvorrichtung (5) für den Werkzeugeinsatz (1) und eine Heizvorrichtung (6) für den Werkzeugeinsatz (1), wobei der Werkzeugeinsatz (1) über die Transportvorrichtung (5) aus dem Bereich zwischen den Form hälften (7, 8) bewegbar ist und dieser Werkzeugeinsatz (1) eine integrierte Heizvorrichtung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Werkzeugeinsätze (1, T) vorgesehen sind, wobei diese zumindest zwei Werkzeugeinsätze (1, T) abwechselnd die Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze mitbilden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Werkzeugeinsätze (1, T) derart angeordnet sind, dass zumindest einer der Werkzeugeinsätze (1 bzw. T) außerhalb des Bereichs der Formwerkzeuge (7, 8, 1, 2) durch die integrierte Heizvorrichtung (6) aufheizbar ist, während zumindest einer der Werkzeugeinsätze (T bzw. 1) die Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze mitbildet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (5) zumindest einen der Werkzeugeinsätze (1 bzw. T) aus dem Bereich des Formwerkzeuges (7, 8,1, 2) hebt, dreht, schwenkt oder translatorisch bewegt.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei, im Wesentlichen identischen, eine integrierte Heizvorrichtung (6) aufweisenden, Werkzeugeinsätze (1, T) über die Transportvorrichtung (5) abwechselnd bzw. nacheinander zwischen den Formwerkzeugen (7, 8, 1,2) anordenbar sind. 4/9 österreichisches Patentamt AT506 491 B1 2010-05-15
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (5) als Indexplattenantrieb oder ähnlicher Hub- und Drehmechanismus ausgeführt ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (6) als induktive Heizung, Verbrennungsheizung, als Widerstandsheizung, mit Peltierelementen oder mit Temperiermedien ausgeführt ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine außerhalb der Formaufspannplatte (3, 4) angeordnete Heizvorrichtung (6) für die Werkzeugeinsätze (1, T) vorgesehen ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugeinsätze (1, T) von der Transportvorrichtung (5) thermisch entkoppelt sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Werkzeugeinsatz (1,1') und Transportvorrichtung (5) ein thermischer Isolator angeordnet ist.
10. 10. Spritzgießmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Spritzgussteils in einer Spritzgießmaschine, wobei während der Verfahrensschritte Formschließen, Einspritzen und/oder Nachdruck ein Werkzeugeinsatz (1) eine Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze in einem zwischen Formaufspannplatten (3, 4) aufspannbaren Formwerkzeug (7, 8, 1,2) mitbildet und ieser Werkzeugeinsatz (1) während der Verfahrensschritte Abheben und/oder Drehen durch eine Transportvorrichtung (5) aus dem Bereich zwischen den Formhälften (7, 8) bewegt wird und dieser Werkzeugeinsatz (1) eine Heizvorrichtung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Werkzeugeinsätze (1, T) vorgesehen sind, die abwechselnd die Kavität zur Aufnahme von Kunststoffschmelze mitbilden, wobei die Heizvorrichtung (6) den Werkzeugeinsatz (1) während wenigstens einem der Verfahrensschritte Formöffnen, Abheben, Drehen, Formschließen, Einspritzen und/oder Nachdruck auf einer einstellbaren Temperatur hält, wobei der Werkzeugeinsatz (1) im und/oder außerhalb des Bereiches des Formwerkzeuges (7, 8,1,2) angeordnet wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Werkzeugeinsatzes (1) gemessen wird, wodurch eine Überwachung und Regelung der Temperatur durchgeführt wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 5/9