CN104870154B - 用于加热模具或工具的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本披露涉及一种工具，如一个注射成型工具或一个压花工具。包括一个层堆叠的一个加热装置被提供用于加热一个工具表面。该堆叠可以包括一个线圈载体层，该线圈载体层具有用于产生磁场的多个缠绕线圈；以及一个导电顶层，该导电顶层邻近该工具表面，在该顶层中感应电流以便加热该表面。可以通过解决方案提供有效加热，这些方案涉及将电流引导至该顶层，而它们本身没有在任何更大的程度上产热的低电阻率层。一个导电框架装置可以设置在该顶层的下方并且围绕其周长，以便提供与一个背衬层的可靠接触。一个热阻层可以放置在该中间层与该顶层之间，并且可以包括一种阻热塑性材料，如聚酰亚胺。

Description

用于加热模具或工具的装置和方法
技术领域
本披露涉及适用于将树脂或塑性材料成形的装置和方法。
背景技术
已有人建议在用于将塑性材料成形的工具中提供加热特征。通过感应加热，即借助于提供有高频AC脉冲的线圈，可以提供加热。这可以用于注射成型以及塑性坯料的压花/压制中。通过感应涡电流，该线圈产生一个振荡磁场，该振荡磁场在将要面向有待再成形的塑性材料的表面的附近加热该模具或工具。
借助于在该工具或模具表面的附近流动的流体如水，也可以提供冷却。
实现这种加热的不同方式已经有所披露。在US-2009/0068306-A中示出了一种结构，该结构具有提供磁场的一个线圈载体部分。该线圈载体用作一个软铁氧体并且包括相互电绝缘的磁性颗粒，如PERMEDYN MF1中的磁性颗粒。更靠近该模具或工具表面有一个顶部部分，例如处于一个奥氏体钢的形式，该奥氏体钢并不特别是铁磁体，并且具有一个适合的电阻率，例如约7*10-7Ωm，以便从由该线圈感应的涡电流中产热。如从该顶部部分所见的，该线圈载体的另一侧上有一个例如由铜制成的背板，该背板具有比该顶部部分低得多的一个电阻率。该背板使该线圈后侧上的感应涡电流短路。在该顶部部分的顶部上有一个压膜，该压膜包括有待复制到该模具或工具中的树脂或坯料上的图案。材料的这种堆叠具有靠近该顶部部分的冷却导管。
在US-2009/0239023-A中，示出了另一个开发结构，其中上面描述的该材料堆叠设有一个附加层，该附加层将该线圈载体部分与该顶部部分分离。这个中间层可以由陶瓷材料组成，该陶瓷材料或多或少是磁和电无源的，但是具有高机械阻力。这些冷却导管可以放置在这个中间层中。该中间层的高机械阻力意味着该顶部部分可以是薄的并且因此具有一个较低的比热。因此，周期可以更短，因为该顶部部分可以被快速冷却和加热。另外，由于这些冷却导管可以被移动以与该顶部部分脱离接触，所以可以使用更高的温度而不使这些导管中的水沸腾。
与已知技术相关联的一个问题是如何进一步改善涉及这种工具的工艺的效率，以及如何以一种具有成本效益的方式去做这件事。
发明内容
因此本披露的一个目的是获得一种工具，该工具具有一个改善的效率。
这个目的借助于一种工具来实现，如一个注射成型工具或者一个压花/压制工具，该工具包括一个加热装置，该加热装置包括用于加热一个有效工具表面的一个层堆叠。该堆叠包括：一个线圈载体层，该线圈载体层包括用于产生一个振荡磁场的至少一个缠绕线圈；一个导电顶层，该导电顶层邻近该有效工具表面；以及如从该顶层所见的定位在该线圈载体层下方的一个背衬层，该背衬层在该线圈的绕组在其处转弯的边缘处电连接至该顶层，并且具有比该顶层低的一个电阻率。一个导电中间层位于该线圈载体层与该顶层之间，其中该中间层具有比该顶层低的一个电阻率。一个热阻层放置在该中间层与该顶层之间，该热阻层包括一种阻热塑料，如聚酰亚胺。当设有这种热阻层时，在一个周期结束时，该工具的冷却可以更快地进行，从而产生具有更短的生产周期的一个总体更有效的装置。
该目的借助于一种工具进一步实现，如一个注射成型工具或者一个压花/压制工具，该工具包括用于在一个有效表面处将塑料成形的装置，该工具具有一个导电顶层，该导电顶层借助于由如从该有效表面所见的放置在该顶层下方的一个线圈感应的电流被加热；以及如从该有效表面所见的放置在该线圈下方的一个背衬层，该背衬层具有比该顶层低的一个电阻率，并且至少在该线圈的绕组在其处转弯的相对边缘处连接至该顶层。至少一个铁磁钢吸收层放置在该顶层表面的一部分与该线圈之间的一个图案中，这样使得在该有效表面处产生的热量在整个该有效表面上变化，在该铁磁钢吸收层位于其中的该图案上是较低的。这允许使用一个铁磁钢顶层，同时保持一个高精度的产热图案。该铁磁钢吸收层可以被一个绝缘涂层围绕，并且可以被层压成多个子层。该铁磁钢吸收层可以例如是处于铁磁钢片条的形式。其他适合的电磁吸收层材料包括软磁材料，如烧结的软铁氧体和软磁复合材料SMC。
该目的借助于一种工具进一步实现，如一个注射成型工具或者一个压花/压制工具，该工具包括一个加热装置，该加热装置包括用于加热一个有效工具表面的一个层堆叠。该堆叠包括：一个线圈载体层，该线圈载体层包括用于产生一个振荡磁场的至少一个缠绕线圈；一个导电顶层，该导电顶层邻近该有效工具表面；以及如从该顶层所见的定位在该线圈载体层下方的一个背衬层，该背衬层在该线圈的绕组在其处转弯的边缘处电连接至该顶层，并且具有比该顶层低的一个电阻率。一个导电中间层位于该线圈载体层与该顶层之间，并且该中间层具有比该顶层低的一个电阻率。还考虑了一种相应的生产方法。
在这样一个堆叠中，该中间层可以以一种非常有效的方式向该顶层传送能量，并且在发生压制/压花时，可以同时承受相当大的机械负载。
一个热阻层可以放置在该中间层与该顶层之间。这样一种例如由玻璃或一种阻热塑性材料如聚酰亚胺制成的层在一个生产周期中在一定程度上减慢了热量从该顶层的移除，从而增加了该顶层温度峰值。
该中间层可以设有用于输送冷却介质的冷却导管。这可以缩短生产周期。
该顶层电阻率可以是在1*10-7–1*10-6Ωm之间的范围内，并且该中间层可以具有在1-3*10-8Ωm之间的范围内的一个电阻率。
该目的借助于一种工具进一步实现，该工具用于在一个有效表面处压花/压制一个坯料，其中该工具具有一个导电顶层，该导电顶层利用由如从该有效表面所见的放置在该顶层下方的一个线圈感应的电流进行加热。如从该有效表面所见的，一个背衬层放置在该线圈的下方，该背衬层具有比该顶层低的一个电阻率，并且至少在该线圈的这些绕组在其处转弯的相对边缘处连接至该顶层。提供了一种导电框架，该导电框架具有比该顶层低的一个电阻率并且围绕该有效表面，这样使得该顶层至少在其一些边缘附近搁置在该导电框架上。还考虑了一种相应的生产方法。
这提供了在该背衬层与该顶层之间的良好接触，以便改善该顶层的加热，然而同时允许该顶层浮动在该导电框架的顶部上。
该顶层可以在该线圈的这些绕组在其处转弯的一个边缘处搁置在该导电框架上，与该顶层的该边缘有一定的距离，这样使得当电流被从该背衬层引导并进入该顶层中时，该顶层的这个边缘被加热至比该顶层的内部部分更小的一个程度。这可能是有利的，例如当生产一个导光板时，其中熔融的边缘可能以其他方式引入光学缺陷，这降低加工产率。
如从该有效表面所见的，一个夹持装置可以放置在该导电框架的下方。该夹持装置相对于它搁置在其上的该层可以是可移动的，这样使得在当电流被从该背衬层引导至该顶层时的一个阶段期间，可以抵靠该顶层夹持该导电框架。这改善了在该导电框架与该顶层之间的导电。
该夹持装置可以设计成一个框架，该框架具有两个压缩密封环，一个压缩密封环围绕另一个压缩密封环并且二者都围绕该工具的该有效表面，这样使得在这些密封环之间形成一个封闭空间；以及用以迫使流体进入所述封闭空间中以便增加其中的压力，从而升高这些密封环以获得夹紧运动的装置，如一个导管。
该顶层可以分成一个上顶层和一个下顶层，其中该上顶层包括一种具有均匀电阻率的金属，该电阻率比该背衬层的该电阻率高，并且该下顶层具有一个图案，该图案具有可变电阻率，这样使得在该有效表面处产生的热量在整个该有效表面上变化。这允许整个该有效表面上的产热的一个有意变化。
该目的还利用一种工具来实现，该工具用于利用该工具的一个有效表面来压花/压制一个坯料，其中该工具具有一个层堆叠，该层堆叠包括在该有效表面处的一个顶层，并且该顶层在压花/压制过程中被加热。如从该有效表面所见的，一个空腔被限定在该顶层下方的该堆叠中的两个层之间，并且该空腔在该有效表面的一个更大部分的下方延伸，并且至少部分填充有流体。由于压力在整个该空腔中将是均匀的，这使施加到该工具的该有效表面上的压力均衡。还考虑了一种相应的生产方法。
已经处于其中该有效表面不接触一个坯料的一个状态下时，可以升高该空腔中的压力，这样使得该压力高于大气压力，从而使得该顶层在一定程度上凸起。这用于从该工具的该有效表面与一个坯料相交的地方排空任何气穴。
附图说明
图1示意性地示出一种用于压花/压制一个坯料的工具。
图2示意性地示出一个注射成型工具。
图3示意性地示出一个层堆叠，该层堆叠被设计来提供一个工具表面的有效加热。
图4示出了一个压花/压制工具半部的透视图。
图5示出了图4中的该工具半部的顶视图，指示出两个横截面A-A和B-B的位置。
图6示意性地示出图3的这些层中的电流的感应。
图7示出来自图4的该工具半部的在该工具表面的一个短边缘处的该横截面A-A。
图8示出来自图4的该工具半部的在该工具表面的一个长边缘处的该横截面B-B。
图9A和图9B示出图8的该横截面的多个细节。
图10示出图7的该横截面的一个细节。
图11示出顶层如何能够搁置在一个导电框架上以便建立在该顶层与一个背衬层之间的良好的电接触。
图12A和12B示出一个图案化的下顶层如何能够用于改变该顶层的有效表面上的产热。
图13-18C示出了改变该有效工具表面上的产热的另一种方式，该方式对于其中使用一个铁磁钢作为一个压花顶层的情况是适合的。
具体实施方式
本披露涉及适用于将树脂或塑性材料成形的装置和方法。以下说明将主要描述一种用于将塑性坯料压花的系统，但是如技术人员所认识到的，在此描述的许多技术方案可以同样可适用于注射成型和其他工艺。
图1示意性地且以横截面示出了一种用于压花/压制一个坯料1的工具。该工具具有两个工具半部3、5。其中的每个或一个可以设有一个加热装置7。在压花时，坯料1，一个塑料实心件，在某种程度上被再成形，这是通过在一个工具中施加热量和压力，即彼此抵靠按压这些半部，同时在其面向该坯料1的有效表面处加热这些半部来实现的。典型地，施加一个表面图案。其中使用这种技术的一个实例是在生产用于背光平板LCD电视屏幕的光导时。一个透明矩形塑料板然后在它的一个平坦表面上具有一个精细的表面图案。当该板的一个边缘被照亮时，该表面图案使得射入的光均匀地在整个该表面上离开该光导。通过在如下面披露的该工具系统中所描述的一个压膜/顶层，这样的一个图案可以被实现。通过压花生产的其他产品也是可设想的，例如菲涅耳透镜。除了提供表面图案(压花)或者作为它的一个替代方案，还将可以例如使一个坯料弯曲(压制)。通过有效加热和冷却，提供了相对短的周期时间。
在图2中示意性地示出的注射成型意味着将熔融树脂9通过一个喷嘴13(如通过箭头所示)注入到一个空腔11中，以便产生一个固体形式。用于该工具的将要在下面描述的加热装置7可以用于加热这样一个空腔，并且可以被放置在限定该空腔11的这些工具部分15、17的一个或多个中。与一个不被加热的模具相比，这允许在成品中产生更薄的结构和更精细的图案。同时，可以允许更短的生产周期，尤其是在该模具也被有效地冷却，例如在该周期的一部分期间借助于在这些冷却导管中流动的流体时。所披露的加热技术也可适用于吹气成型工艺。
图3示意性地且以横截面示出了一个层堆叠，该层堆叠被设计来提供一个有效工具表面31的有效加热。通过一个有效工具表面在此意指与有待再成形的塑料或树脂接触的一个表面。该层堆叠具有一个感应线圈19，该感应线圈可用于提供模具或工具加热。该堆叠具有一个线圈载体层21、一个电活性中间层23、一个顶层25、一个背衬层27、以及一个热阻层29。
线圈载体层21包括缠绕线圈19并且由一种材料制成，该材料具有高相对磁导率，例如室温下300，以及非常高的电阻率，例如2.5*10-3Ωm。因此，这是一种易于传导磁场，但是不在任何更大的程度上传送电流的材料。这意味着线圈载体层21将由线圈19在其中产生的磁场传送和成形，并传送至其他层，而不在线圈载体层21本身中感应任何实质涡电流。线圈19放置在开口凹槽中，并且提供该场在该线圈载体的整个表面上的一个均匀的分配。PERMEDYN MF1(商标)被视为用于该线圈载体层的一种适合的材料，并且包括与电绝缘树脂一起烘烤的铁磁材料的颗粒。一般而言，该线圈载体厚度典型地可以是在10-30mm的范围内。
电活性中间层23包括一种具有极低电阻率(通常为1-3*10-8Ωm或更少)的金属，如铜或铝。这个层被定义为活性的是因为该线圈在其中感应电流。然而，由于电阻率如此低，那些电流不会在任何更大程度上产热。该层的厚度典型地可以是10-30mm，相对磁导率可以是接近1(非铁磁性的)，并且热导率典型地可以是100-400W/m/K。
顶层25可以包括一种具有比活性中间层23高的电阻率的金属。1-2mm厚的奥氏体钢是一个适合的例子。由于电阻率更高，所以这是其中将从涡电流中产生热量的层，这些涡电流由线圈19感应并且经由活性中间层23。
该顶层部分可以是非铁磁性的，并且电阻率典型地可以是在从1*10-7-1*10-6Ωm的范围内。因此，该顶部部分是导电的，但是比该中间层的导电性弱得多。
将该顶层分成两个子层可能是适合的。例如，如果需要通过一个压膜复制一个精细结构，那么这可能适合地由利用电镀处理过的镍制成。由于镍是铁磁性的，所以该镍子层的面向这些线圈的表面(而不是该有效表面)将被加热，这是为什么该层可以优选地较薄的一个原因。另一个原因是电镀厚的材料是耗时的。
为了在该顶部部分中整体具有一些厚度，一个薄镍层(例如0.7mm)可以放置在一个奥氏体非铁磁性层(例如1.0mm厚)的顶部上。这确保了均匀的热分布。然而另一个替代物将是一个厚的1-2mm的镍层，即使这样可能生产昂贵。
如从面向有待加工的树脂或坯料的表面31所见的，一个背衬层27(例如2-15mm厚)设置在线圈载体层21的另一侧上，并且可以由一种与活性中间层23类似的材料制成。背衬层27借助于一个连接部33电连接至顶层25，该连接部在图3中是非常示意性地指示的，并且随后将进一步进行描述。
一个热阻层29可以放置在活性中间层23与顶层25之间。热阻层29用于在某种程度上阻挡从顶层25至活性中间层23的热量传送，这样使得顶层25可以达到一个更高的峰值温度。没有这个层，在一个周期期间，在该顶层中将达到一个较低的峰值温度，因为更多的热量接着被持续地从顶层25移除并传送至活性中间层23。
如果该层由玻璃制成，那么该热阻层的厚度可以是例如在1-5mm的范围内，这取决于它的热传导特性。这可以在高顶部温度(厚)与短周期(薄)之间权衡选择。该层可以被电绝缘并且热导率典型地可以是约1W/m/K。相对磁导率可以是接近1(非铁磁性)。玻璃被视为一种适合的材料。
该热阻层还使得这些铁磁性顶层(例如镍)的使用问题更少。由于铁磁性材料的趋肤效应，该顶层的面向这些线圈的该侧将主要被加热。然而，由于该阻热层，这个热能将被传送至该有效表面，而不是被传送至该活性中间层。
下面是可以使用的层材料和其厚度的一个实例：
层 材料 厚度
顶层 奥氏体钢/Ni-压膜 1,0/0,7mm
热阻层 玻璃 3mm
活性中间层 Cu-合金 15mm
线圈载体层 Permedyn MF1 30mm
背衬层 Cu 5mm
在其中施加具有25kHz的频率并且具有1.5*108W/m3的功率体积密度的AC电源的一个模拟中，该顶层中的温度增加在10秒后是200℃。同时，该背衬层中的温度仅仅上升～3℃，在该线圈载体中是～6℃，并且在该中间层中是～15℃。
图4示出了一个压花或压制工具半部的透视图。该工具可以用于将塑性光导压纹，这些光导用于一个42英寸的LCD电视，即一个具有大约930×520mm尺寸的基板/坯料。相对半部(未示出)可以或多或少是所示半部的一个镜像，并且不进一步描述。该工具被构造成与图3中概述的概念一致，并且被构造在一个基座板43上，该基座板43承载该工具半部，并且包括提供一个压制功能所需的所有的机械连接。
图5示出图4中的该工具半部的一个小的顶视图，并且指示出两个横截面A-A和B-B的位置，这两个横截面A-A和B-B将在该工具加热的总体工作原理的一个简要解释后详细讨论。
图6示出了图3的这些层中的电流的感应，图3的该堆叠是在一个分解透视图中。在所示情况中，顶层25是具有一个930mm长侧35和一个520mm短侧37的矩形。其他层具有相应规格。线圈载体层21缠绕有一个线圈19，该线圈具有在与该矩形的短侧37平行的方向上的绕组，即这些绕组线匝位于该长侧处。当将一个高频AC脉冲施加到线圈19上时，将在活性中间层23的下表面中感应相应于线圈19中的该电流的一个电流39。该电流将在活性中间层23的表面处形成一个闭合电流环，该电流环与活性中间层23的该下表面处的相邻线圈电流反向平行流动，并且与在该上表面(如从顶层25所见的)处的相邻线圈电流平行流动。那些电流在该活性中间层的这些长边缘处互相连接，并且由于趋肤效应，这些电流主要存在于该活性中间层表面的紧密相邻处。活性中间层23的该顶部表面中的该AC电流将反过来在顶层25中感应一个电流40。由于顶层25具有一个更高的电阻率，所以这个层将产生一个相当大的热量。该顶层利用连接部33连续地或者以一些间隔在其这些长侧处电连接至背衬层27，以便允许这个电流流到该整个顶层表面上。
在该线圈载体的后侧处的该线圈将在背衬层27中感应一个电流，类似于在该活性中间层中。这个电流将具有与电流40相同的方向，并且将与电流40叠加。由于背衬层27的低电阻率，将在其中产生极少热量。
活性中间层23可以设有冷却导管(未示出)，以便允许该模具或工具的冷却。这些导管可以输送冷却介质，如水或油。为了在一个生产周期的仅仅一个阶段期间提供冷却，流动可以是连续的或者可以是脉冲的。
参照图7，现在在偶尔参照图4的该透视图的情况下更详细地讨论图5中的该横截面A-A。
相应于图3的该示意性概略图的一个层堆叠建立在基座板43上。首先，背衬层板27位于基座板43上，并且接下来是线圈载体21，在所示情况中，线圈载体21具有各自携带一个线圈(未示出)的七个线圈区段45。这些线圈可以各自由一个独立的逆变器馈送，但是是彼此同步的。与利用一个普通的逆变器来馈送这些线圈区段相比，这是一个优点，因为可以对绝缘要求有较少的需求。
在所示情况中，放置在线圈载体21上的活性中间层23包括两个子层39、41，并且包括冷却通道(图7中不可见)，将随后进行讨论。第一子层39通过加工被掏空，这样使得第一子层39和第二子层41一起限定了一个平坦的空腔47，该空腔可以在该有效工具表面的一个更大的部分下方延伸。在操作中，这个空腔可以填充有流体，并且充当一个流体压力均衡器，如将随后进行讨论的。
第二活性中间子层41包含这些冷却导管，这些冷却导管由一个流体分流器块(fluid splitter block)51供给，在对称地将一个主流分成多个相等的子流的步骤中，每个导管一个子流。热阻层29位于第二子层41的顶部上，并且接着是顶层/压膜25。
下面是可以在图4所示的该工具半部中使用的材料和厚度的一个实例。
项 厚度[mm] 示例性材料
背衬层(27) 10 铜
连接条(55) 10 铜
线圈载体(21) 30 Permedyn MF1
中间基部(39) 8,5 铝
中间顶部(41) 21,15 铝
热阻(29) 3 玻璃
顶层(25) 1 奥氏体钢
每个工具半部可以具有七个线圈，每个线圈具有22个同步馈送的绕组线匝，在压花过程中，每个线圈具有一个25kW/25kHz/10秒脉冲。
图8示出来自图5的该工具半部的在其一个短边缘处的图5中的该横截面B-B。该横截面示出基座板43、背衬板27、线圈载体21、以及具有中间空腔47的该活性中间层的两个子层39、41。还示出热阻层29和顶层/压膜25。
第二活性中间子层41包含冷却导管53，这些冷却导管沿着该工具的有效区域，即压制和加热发生之处的长度延伸。如在所示的情况中，冷却导管53可以被钻成穿过第二子层41的整个长度的长孔。这些孔可以在末端处被堵塞，并且可以设有连接孔，这些连接孔在其中该孔被堵塞的该边缘的附近延伸穿过子层41的该平坦表面。这些连接孔可以连接到该流体分流器块上。
提供处于钻孔53形式的冷却导管的一个可能的替代方案是将第二子层41提供为两个子层，并且通过在这些子层中的一个或两个的该平坦表面中加工凹槽来形成这些冷却导管。
图8进一步示出一个连接条55，该连接条将背衬层27与顶层25连接。这提供了允许热量产生的电流在顶层25中流动的该连接部(参见在图3中示意性地指示的33)。该连接条用螺钉57、59对应地附接到背衬层27和其上搁置有顶层25的一个导电框架63上。典型地，如图4中所示，在该工具的每个长侧处，每个线圈区段可以提供一个这样的连接条。一个间隙61可以设置在连接条55与活性中间子层39、41之间。
上文所示的该层堆叠提供了该工具的优良加热。然而，所示的工具包括多个另外的技术方案，现在将对其进行更详细的讨论。
尽管玻璃已显示良好地用作一个热阻层，但是已经发现，能够被用在相对高的操作温度下(最高至大约250℃)的塑性材料可以进一步改善该操作。
一种这样可设想的材料是聚酰亚胺，如KAPTON(杜邦公司(E.I.du Pont deNemours and Company)的商标)。KAPTON例如具有约0.12W/mK的一个热导率。这意味着可以实现具有如玻璃的相应效率且具有该厚度的仅仅一部分的一个热阻层。
这从整体上影响了该装置的周期效率。当施加一个电磁场时，温度的升高与利用一个更厚的玻璃层大致一样快。
然而，当该工具有效表面的温度有待在移除该压花产品之前被冷却时，这可以被快得多地完成。即使在该热阻层的上方储存的热能的量是相同的，该更薄的塑性热阻层本身存储与该更厚的玻璃层相比少得多的能量，这意味着发生更快的冷却。
因此一个改进的材料堆叠可以例如实现如下：
项 厚度[mm] 示例性材料
背衬层(27) 10 铜
连接条(55) 10 铜
线圈载体(21) 30 Permedyn MF1
中间基部(39) 8,5 铝
中间顶部(41) 21,15 铝
热阻(29) 0.15 KAPTON
顶层(25) 1 奥氏体钢
一个铁磁性顶层也是可设想的。
在这种背景中可以是可设想的其他热阻塑性材料包括例如：苯酚甲醛树脂(PF)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、以及聚四氟乙烯(PTFE)。
均衡压力
尤其是在压制/压花一个坯料以提供一个导光板时，一个相等的按压力以及缺失剪切力提供了良好的光学特性。图7和图8示出的流体填充的空腔47使该表面和该工具上的压力均衡，并且根本不会传送剪切力。与其中不使用流体填充的空腔47的一个工具相比，也可在没有有效加热或者具有有效加热的替代装置的情况下使用的这个特征结构的结果是成品的改善的质量和/或改善的产率。
空腔47可以在该有效表面的更大部分的下方延伸。其中形成的该流体层不需要是厚的，4-5mm可以是一个有用的实例。所使用的流体可以是水，但是油是另一个替代物。通过一个密封件79将流体限制在该空腔中，该密封件在活性中间子层39、41之间被压缩，并且该流体在任一子层中的一个凹槽中流动，该凹槽围绕空腔47。该工具的压制大大地升高了流体压力。这个压力将在整个该空腔中是均匀的，从而确保在该有效表面上的一个均匀的压力。
当该空腔填充有液体并且被封闭时，通过将限制量的空气泵送至该空腔中，可以在该空腔中施加一个正压力，例如0.5-1巴的超压。这将引起第二子层41以及第二子层41的顶部上的这些层稍稍凸起。这提供了如下效果：当压力被施加在这些工具半部与一个坯料之间时，可以避免在该工具半部与该坯料之间截留气穴。当该压制力增加时，该有效工具表面的中间部分将首先抵靠该坯料按压，并且将朝向边缘排空所有空气。然而，当处于压花发生时的最终压力(例如2Mpa)时，这种凸起效果是可忽略不计的，并且不影响最终结果。然而，由于这个正压力，可以或多或少地消除在该工具半部与该坯料之间截留气穴的风险。
可以提供一个与该流体接触的压力传感器，以便提供指示所施加的压力的一个反馈信号。
改善与顶层的接触
虽然顶层25在许多情况下可以是非常薄的，并且在加热和冷却过程中可以对应地在一定程度上膨胀和收缩，但是应在电流有待进入的这些边缘处提供至背衬层27的一个可靠的连接。这可以通过例如由铜制成的一个导电框架63来完成，该导电框架包围该工具半部的整个有效表面。顶层25在该顶层的这些边缘处以一个浮动的方式搁置在导电框架63上。这还在图11中示出。
因此，如图9A所指示的，顶层25被允许浮动在热阻层29和导电框架63上。这是有利的，因为该顶层被允许膨胀和收缩而不受螺钉等的影响，这些螺钉等否则可以导致该顶层从其平面向外变形。连接条55连接至其的导电框架63仍然提供了在顶层25与背衬层27之间的一个良好的接触。
在顶层25与导电框架63之间的电流接触可以进一步改善。该顶层典型地可以承载多达25000安培作为从长边缘至长边缘的一个最大电流，并且即使这个电流分布在该有效表面的整个长度上，电流密度也是显著的。
为了提供与顶层25的优良接触，同时允许该顶层浮动，一个夹持装置77被设置在导电框架63的下方。
因此，当在这两个工具半部之间压制坯料时，可以致动夹持装置77，该夹持装置然后抵靠顶层25推动导电框架63，从而提供了其间优良的电流接触。
即使具有相当大幅值的电流主要在这些长边缘处在该导电框架与顶层之间传送，在这个实例中这些长边缘是这些线圈转弯的地方，可为优选的是在该顶层与围绕该顶层的整个周长的(即也在这些短边缘处的)该电流之间提供夹持效果。这可以防止不希望的场异常，例如在顶层角落处。
该夹持装置可以如图9A所指示的，包括一个具有绝缘材料的框架77，如导电框架63搁置在其上的塑料。这个塑料框架具有在下表面中的两个凹槽和在上表面中的两个凹槽，内部压缩密封环81、83和外部压缩密封环79、85运行在这些凹槽中。如图9A所指示的，塑料框架77的在其中放置这些凹槽的其内部区域中的厚度被稍微减少，这样使得在每对内部密封环与外部密封环之间形成一个小空间87。那些空间可以通过在内部密封环与外部密封环之间贯穿塑料框架77的孔互相连接。通过升高这个限制空间中的压力，例如借助于通过一个导管供应的压缩空气，这些密封环将轻微地升高导电框架63，从而提供夹持移动。
坯料边缘热剖面
在生产如上面提到的一个光导时，这些边缘可能需要特别注意。如果在恰好是该边缘处的树脂熔化太多，那么光可能以一种非预期的方式在该边缘处泄漏。该坯料在这些边缘处的厚度也可能减少。同时，希望在整个坯料表面上施加压力。
处理这种情况的一个方式是确保在这些边缘处较少加热该坯料。这提供了围绕该坯料的内部部分的一个“冷框架”，其中该表面被所施加的加热熔化。这可以产生具有更均匀厚度的一个光导，其中在这些泄漏光的边缘处存在更少的光学缺陷。
这个结构可以以不同的方式设置在该工具半部的这些长边缘和短边缘处。
如所提及的图9A和图9B示出了图8的该横截面中的细节。在该工具半部的长边缘处，导电框架63的外部部分用螺钉连接到连接条55上。导电框架63的内部部分与顶层/压膜25接触。顶层25在一个接触区域65上重叠并浮动在导电框架63上，该接触区域是在该导电框架的最里面的部分处，如图9B所示。由于接触区域65从该导电框架主体略微凸出，在可以是例如1mm长的接触区域65之外，在顶层25与导电框架63之间提供一个例如0.2mm的间隙67。顶层25也搁置在一个密封环69上，该密封环被放置在导电框架63中的一个凹槽71中。当该工具在压花之后被打开时，通过在该顶层后面保持一个低压力，浮动的顶层25可以然后被保持在原位。由于导电框架63在离顶层25的边缘一定距离处接触该顶层，所以由导电框架63引导的电流73将在离该顶层边缘这个距离处进入该顶层，从而产生该顶层的在该坯料边缘处相对较少地被加热的部分75。
图10示出图7的该横截面的一个细节。在该截面中，在该工具半部的该短边缘处，导电框架63将充当使该工具的半部的这些长边缘相互连接的一个支路。导电框架63的这个部分将因此引导一个相当大的电流，该电流被垂直地引导向图10中的该横截面的该平面上。由于铜导电框架63具有与顶层25相比一个非常低的电阻率，这个电流将不引导到被加热至任何更大程度的该导电框架上。然而，利用与该工具中的所有其他电流相同的频率交替的这个电流将继而产生一个磁场，该磁场抵消由活性中间层23在顶层25中感应的磁场，因为该活性中间层的该顶部部分的电流与该导电框架具有相反的方向。这迫使该顶层中的感应磁场远离顶层25的该短边缘，这样使得这个边缘也将被比该工具半部的该内部部分更少地被加热。
因此，可以在该坯料的这些边缘的周围实现该坯料的一个相对较冷的框架。
图12A和12B示出了有意地改变该工具半部的该有效表面上的产热的另一个方式。在这种情况下，使用具有一起搁置在该导电框架上的两个子层的一个顶层(参见图11)。该上顶层可以在图12A中被设计成先前所提及的，即一个均匀的铁磁性或非铁磁性层，如例如镍，一个奥氏体钢或者一个镍-钢组合。
图12B中的该下顶层可以是图案化的。典型地，该图案可以包括一个铜片77，该铜片在有待加热的区域上具有切口79。如果瞬时电流的方向是如利用图12B中的箭头所示的，那么在其中下顶层由铜组成的区域中，上顶层将不被加热至任何更大的程度。在那些区域中，电流将被引导通过具有一个更低电阻率的下层。这些切口区域可以利用具有与该铜片相等的厚度的一种绝缘材料覆盖，如玻璃。这迫使电流流向在这个区域中的该上顶层中，从而加热该上顶层和该有效表面。结果是在该有效表面中的更热的子区域81。这可以被用来，例如同时将两个坯料压花，每个坯料具有如之前所讨论的一个相对较冷的环绕框架。技术人员认识到，该有效表面上的产热可以以其他方式改变，以便获得不同的结果。通过改变该下顶层，一个工具可以以许多不同的方式使用。
改变该有效表面上的产热模式的一种替代方式参照图13-18C示出。这些附图示意性地示出了有待被堆叠到之前披露的该活性中间层上的层，并且在其中压花顶层/压膜是由铁磁钢而不是由奥氏体钢制成的情况下，这些层被适配来改善产热精度。
铁磁钢具有优点，例如它们可以更容易地被蚀刻成具有有待被复制到这些坯料上的一个精细图案。然而，铁磁钢非常容易受到趋肤效应的影响，这意味着在所使用的高感应频率下，大部分感应电流将非常接近该顶层的底部表面出现。这意味着一个高的电流密度，如果一个堆叠被设计成如结合图12A和12B所示出的，那么该高的电流密度与该铁磁钢中的该相对高的电阻率一起可以在一些情况下干扰该表面上的产热。
图13示出如从在这些工具半部之间的空间所见的一个装配堆叠的正视图。该正视图因此描绘了一个铁磁钢压花顶层83的一个有效表面。产热将主要发生在两个矩形热区域85中，例如以将两个导光板压花，每个导光板具有如之前所描述的一个相对较冷的框架。沿着线C-C的图13的一个纵向横截面在图16中示出，穿过一个相对较热区域的一个横向横截面D-D在图17中示出，并且穿过一个相对较冷区域的一个横向横截面E-E在图18A中示出。应注意的是，这些附图是示意性的；为了更清楚地解释该堆叠的装配，图16-18A中的这些横截面的这些成比例的厚度被放大很多。
图14示出有待被堆叠在该活性中间层上的第一层。在该主要方向(在这种情况下该工具的纵向延伸部的侧向)上，该交变电流流动利用参考符号87指示，并且由这些线圈是如何被缠绕来决定，如已经描述的。在其中该有效表面意图变热的区域中，活性中间层23(参见图17)通过例如由铜制成的一个第一导电板层89和一个第二导电板层91提高，该第一导电板层和第二导电板层将使将在顶层83中感应另外的电流的这些电流移动得更接近该顶层。第一导电板89可以具有一个稍微大一些的侧向延伸部，以便机械地连接至一个上导电框架99，该上导电框架将随后描述。
在意图变得更冷的区域中设置了平坦的铁磁性钢板条93。这些条93可以由一个绝缘涂层(参见图18B，利用一条虚线103示出)覆盖，该绝缘涂层防止在该条与其周围环境之间的电流接触。塑性延伸部95设置在这些条的末端，以便填充该层堆叠。
铁磁性钢板条93将吸收在它们的对应区域中易发生的几乎所有的电磁场。将在该条中感应电流，并且这些电流将被集中到该条的表面中，如图18B中用箭头所指示的。当这些电流被集中时，由于高电阻率，这些电流将为相对低的。这意味着铁磁性钢板条93将不会被加热到任何更大的程度，同时确保与在这些条之间的区域相比在它们上方的该顶层保持相对较冷。该钢板条的厚度可以是例如1-2mm，并且其他层的厚度可以例如因此被确定，并且如在上面的最后一个表格中所示出的。
这些铁磁性钢板条可以被层压，如图18C中所指示的，其中提供了四个子层101，各自具有一个绝缘涂层。这可以使该电磁场到这个区域中的顶层83的传输进一步衰减。即使这些钢条被指示为矩形，其他图案通常是可能的，这些条可以通常被表示为电磁吸收层，如铁磁性钢吸收层。这些电磁吸收层材料应具有低矫顽磁性(低磁滞)和高电阻率。其他适合的电磁吸收层材料包括软磁材料，如烧结的软铁氧体和软磁复合材料，如
在这些第二导电板层91中的每一个的顶部上放置了一个热阻层97，如一个KAPTON片，参见图15，如之前所描述的。围绕这些热阻层是例如由铜制成的一个上导电框架片99，该上导电框架片在意图变得更冷的区域上方延伸。框架片99电流地连接至该顶层和该背衬层。升高活性中间层23的第一导电板层89和第二导电板层91可以电流地连接至该活性中间层，并且与顶层83绝缘。因此可以在一方面第一导电板层89和第二导电板层91与另一方面框架片99之间提供绝缘(未示出)。吸收层93可以与该顶层和该活性中间层二者电流地绝缘，如所提及的。
通过使电流略微偏离该边缘进入该顶层，如先前结合图9B所描述的，在这些侧向边缘处，可以实现更冷的框架。该顶层连接至接近这些边缘的该背衬层。
可以适用于理解本披露的实例包括：
1.一种工具，如一个注射成型工具或者一个压花/压制工具，该工具包括一个加热装置，该加热装置包括用于加热一个有效工具表面的一个层堆叠，该堆叠包括：一个线圈载体层(21)，该线圈载体层包括用于产生一个振荡磁场的至少一个缠绕线圈；一个导电顶层(25)，该导电顶层邻近该有效工具表面；以及如从该顶层所见的定位在该线圈载体层下方的一个背衬层(27)，该背衬层在该线圈的绕组在其处转弯的边缘处电连接至该顶层并且具有比该顶层低的一个电阻率，其特征在于位于该线圈载体层与该顶层之间的一个导电中间层(23)，其中该中间层具有比该顶层低的一个电阻率。
2.根据实例1所述的工具，其中一个热阻层(29)放置在该中间层与该顶层之间。
3.根据实例1或2所述的工具，其中该中间层具有用于输送冷却介质的冷却导管(53)。
4.根据前述实例中任一项所述的工具，其中该顶层具有在1*10-7–1*10-6Ωm之间的范围内的一个电阻率，并且该中间层具有在1-3*10-8Ωm之间的范围内的一个电阻率。
5.一种生产方法，该生产方法使用一个工具，如一个注射成型工具或者一个压花/压制工具，该工具包括一个加热装置，该加热装置包括用于加热一个有效工具表面的一个层堆叠，该堆叠包括：一个线圈载体层，该线圈载体层包括用于产生一个振荡磁场的至少一个缠绕线圈；一个导电顶层，该导电顶层邻近该有效工具表面；以及如从该顶层所见的定位在该线圈载体层下方的一个背衬层，该背衬层在该线圈的绕组在其处转弯的边缘处电连接至该顶层并且具有比该顶层低的一个电阻率，其特征在于使用位于该线圈载体层与该顶层之间的一个导电中间层将能量从该线圈传送至该顶层，其中该中间层具有比该顶层低的一个电阻率。
6.一种用于在一个有效表面处压花/压制一个坯料的工具，该工具具有一个导电顶层(25)，该导电顶层利用由如从该有效表面所见的放置在该顶层下方的一个线圈感应的电流进行加热；如从该有效表面所见的放置在该线圈下方的一个背衬层(27)，该背衬层具有比该顶层低的一个电阻率，并且至少在该线圈的绕组在其处转弯的相对边缘处连接至该顶层，其特征在于一个导电框架(63)，该导电框架具有比该顶层低的一个电阻率并且围绕该有效表面，这样使得该顶层至少在其一些边缘附近搁置在该导电框架上。
7.根据实例6所述的工具，其中该顶层是浮动在该导电框架上的。
8.根据实例6或7所述的工具，其中在所述绕组在其处转弯的一个边缘处，该顶层搁置在该导电框架上，与该顶层的该边缘有一定的距离，这样使得当电流被从该背衬层引导并进入该顶层中时，该顶层的这个边缘被加热至比该顶层的内部部分更小的一个程度。
9.根据实例6至8中任一项所述的工具，其中如从该有效表面所见的，一个夹持框架(77)放置在该导电框架的下方，该夹持框架相对于它搁置在其上的该层是可移动的，这样使得在当电流被从该背衬层引导至该顶层中时的一个阶段期间，可以抵靠该顶层夹持该导电框架。
10.根据实例9所述的工具，其中该夹持框架的至少一侧具有两个压缩密封环(79，81)，一个压缩密封环围绕另一个压缩密封环并且二者都围绕该工具的该有效表面，这样使得在这些密封环之间形成一个封闭空间(87)；以及用于迫使流体进入所述封闭空间中以便增加其中的压力，从而升高这些密封环以获得夹紧运动的装置。
11.根据实例6至10中任一项所述的工具，其中该顶层分成一个上顶层和一个下顶层，该上顶层包括一种具有均匀电阻率的金属，该电阻率比该背衬层的该电阻率高，该下顶层具有一个图案，该图案具有可变电阻率，这样使得在该有效表面处产生的热量在整个该有效表面上变化。
12.一种生产方法，该生产方法使用一种用于在一个有效表面处压花/压制一个坯料的工具，该工具具有一个导电顶层，该导电顶层利用由如从该有效表面所见的放置在该顶层下方的一个线圈感应的电流进行加热；如从该有效表面所见的放置在该线圈下方的一个背衬层，该背衬层具有比该顶层低的一个电阻率并且至少在该线圈的绕组在其处转弯的相对边缘处连接至该顶层，其特征在于使用一个导电框架将一个电流从该背衬层传送至该顶层，该导电框架具有比该顶层低的一个电阻率并且围绕该有效表面，这样使得该顶层至少在其一些边缘附近搁置在该导电框架上。
13.一种用于利用它的一个有效表面来压花/压制一个坯料的工具，该工具具有一个层堆叠，该层堆叠包括在该有效表面处的一个顶层(25)，该顶层在压花/压制过程中被加热，其特征在于一个空腔(47)，如从该有效表面所见的，该空腔限定在该顶层下方的该堆叠中的两个层之间，该空腔在该有效表面的一个更大的部分下方延伸，并且被至少部分地填充有流体。
14.根据实例13所述的工具，其中已经处于其中该有效表面不接触一个坯料的一个状态下时，该空腔中的压力高于大气压力，这样使得该顶层在一定程度上凸起。
15.一种生产方法，该生产方法使用一种用于利用它的一个有效表面来压花/压制一个坯料的工具，该工具具有一个层堆叠，该层堆叠包括在该有效表面处的一个顶层，该顶层在压花/压制过程中被加热，其特征在于经由一个空腔压制该坯料，如从该有效表面所见的，该空腔限定在该顶层下方的该堆叠中的两个层之间，该空腔在该有效表面的一个更大的部分下方延伸，并且被至少部分地填充有流体。
本发明并不局限于以上描述的实施例并且可以在所附权利要求的范围内以不同方式进行改变和更改。例如，这些线圈可以从短边缘至短边缘缠绕，而不是如所示出的那样：其中该线圈绕组线匝位于该有效表面的长边缘处。可以使用具有与上文所描述的特性类似的特性的其他材料。例如，代替该顶层中的奥氏体钢，可以考虑例如铁素体钢或马氏体钢。铜合金在许多情况下可以由铝合金等替代。

Claims (12)

1.一种工具，该工具包括一个加热装置，该加热装置包括用于加热一个有效工具表面的一个层堆叠，该堆叠包括：一个线圈载体层(21)，该线圈载体层包括用于产生一个振荡磁场的至少一个缠绕线圈；一个导电顶层(25)，该导电顶层邻近该有效工具表面；以及，一个背衬层(27)，从该顶层看，该背衬层(27)定位在该线圈载体层下方，该背衬层在边缘处电连接至该顶层并且具有比该顶层低的一个电阻率，其中，线圈的绕组在所述边缘处转弯，其特征为，位于该线圈载体层与该顶层之间的一个导电中间层(23)，其中该中间层具有比该顶层低的一个电阻率，其中一个热阻层(29)放置在该中间层与该顶层之间，该热阻层包括一种阻热塑性材料。
2.根据权利要求1所述的工具，其中所述工具为注射成型工具或者压花/压制工具。
3.根据权利要求1所述的工具，其中所述阻热塑性材料为聚酰亚胺。
4.一种工具，该工具包括用于在一个有效表面处将塑料成形的装置，该工具具有：一个导电顶层(83)，该导电顶层借助于线圈(19)感应的电流而被加热，从该有效表面看，所述线圈(19)放置在该顶层的下方；以及，一个背衬层(27)，从该有效表面看，所述背衬层放置在该线圈的下方，该背衬层具有比该顶层低的电阻率并且至少在相对边缘处连接至该顶层，其中，线圈的绕组在所述相对边缘处转弯，其特征在于，至少一个电磁吸收层放置在该顶层表面的一部分与该线圈之间的一个图案中，这样使得在该有效表面处产生的热量在整个该有效表面上变化，在该电磁吸收层位于其中的该图案上是较低的。
5.根据权利要求4所述的工具，其中该电磁吸收层是一个铁磁钢吸收层，该铁磁钢吸收层被一个绝缘涂层(103)围绕。
6.根据权利要求5所述的工具，其中该铁磁钢吸收层被层压成多个子层(101)。
7.根据权利要求5或6所述的工具，其中该铁磁钢吸收层是处于铁磁性钢片条的形式。
8.根据权利要求5所述的工具，其中该铁磁钢吸收层是由一种软磁材料制成。
9.根据权利要求5所述的工具，其中该铁磁钢吸收层是由一种软磁复合材料制成。
10.根据权利要求4所述的工具，其中所述工具为一个注射成型工具或一个压花/压制工具。
11.根据权利要求8所述的工具，其中所述软磁材料为烧结的软铁氧体。
12.一种生产方法，该生产方法使用如以上权利要求中任一项所述的工具。
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