CN107000264A - 用于通过激光束来调节模具的温度的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节模具(1)的温度的模具温度调节设备，其中所述模具用于制造由塑料材料制成的部件(8)，该设备包括用于加热模制表面的加热装置(100)，该加热装置包括至少一个辐射头部(112)。加热装置(100)包括由导热材料制成的、被布置为与模具(1)的壁(4a、4b)的局部区域(130)接触的热交换板片(120)。辐射头部(112)适于通过发出指向热交换板片(120)的辐射束(114)来调节热交换板片(120)的温度。本发明还涉及一种用于调节模具的温度的方法，其中所述模具用于制造由塑料材料制成的部件(8)。

Description

用于通过激光束来调节模具的温度的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于调节模具的温度的设备。
背景技术
在机动车制造领域中，为了制造由塑料或复合材料制成的部件，一般使用由金属制成的注射或压缩模具，交替地加热和冷却该模具的模制区域以使得包含在模具中的材料成型为所期望的形状。
为此，常规的用于调节模具的温度的设备一般由借助于加压热水传导的加热装置和/或冷却装置构成，加热装置尤其通过感应、电阻或者通过流体(水、油等)或气体(加压蒸汽)的流通来运作。
这样的设备具有众多缺陷。在涉及借助于流体流通的加热装置式的设备时，为了加热与部件接触的区域，加热装置必须穿过模具的其它区域(尤其是壁)，导致加热和冷却周期中的热量损耗和大的惯性。借助于感应或电阻的加热装置式的设备虽然允许部分地避免这些缺陷，但具有其它缺陷，比如非常高的能量消耗和仅能够用于成型尺寸小的且形状大致平的这样的部件。
这样的设备除了能量效率低，还使得模具的设计和制造复杂化。这尤其是借助于流体流通的加热装置式的设备的情况，因为这些设备要求安装遵循模制表面的形状的这样的穿孔电路。
因此，存在对拥有在能量上高效且允许简化模具的设计和制造的这样的模具温度调节设备的需求。
已经在EP 2 647 749中提出一种用于制造基于泡沫塑料材料的部件的方法，该方法包括将泡沫材料注射到被加热的模具的步骤和冷却模具的步骤。然而，在该方法中，模具在其与待制造部件的材料接触的所有壁上都被均匀地加热，该加热例如通过激光进行。
这样的方法因此具有大部分上述的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种用于调节模具的温度的模具温度调节设备来解决这些缺陷，所述模具用于制造由塑料材料制成的部件，该模具温度调节设备包括用于加热模制表面的加热装置，该加热装置包括至少一个辐射头部。
本发明的不同之处在于，所述加热装置包括由导热材料制成的、被布置为与模具的壁的局部区域接触的热交换板片，辐射头部适于通过发出指向热交换板片的辐射束来调节热交换板片的温度。
这样的设备允许通过其局部温度调节来避免加热和冷却周期中的大的惯性和由整体加热导致的热量损耗，同时在能量上是高效的。
使用根据本发明的设备还避免必须设置旨在冷却整个模具的复杂的管路网络。简化该网络、甚至不使用这样的网络允许减少投资成本和安装或拆卸时间，还允许减小构成模具的模块的尺寸。
由于减小了网络的尺寸、并因此减少了潜在的泄露，所以还降低了冷却系统维护的频率。
对辐射头部的使用也是特别有利的，这是因为辐射头部允许使得温度非常快地升高，这有时可以进一步地加速模制周期。
此外，由于特别可靠，对辐射头部的使用降低了故障风险，并因此减少维护时间和与其相关联的成本。
在一个优选实施方式中，加热装置包括布置在辐射头部与热交换板片之间的绝热板片，所述绝热板片设有适于辐射束通过的开孔。
这在通过压缩或注射的方法来制造部件的情况下对于保护加热装置而言特别有用。
这尤其允许阻止辐射头部因为导热材料板片的温度升高而受损。
在具有实施起来简单的优点的一个具体实施方式中，辐射头部是激光源，该激光源包括通过光纤连接到供给源的光学头部。
在一个优选实施方式中，所述调节设备还包括用于调节辐射功率以能够使得热交换板片的温度变化的这样的装置。
这允许更好地控制壁的所述局部区域的温度，并因此更好地控制用于成型成部件的待模制材料的温度。
特别地，这允许使用温度分阶段的制造方法，像通过低压注射液态树脂的模制方法(英文术语为“Resin Transfer Molding”，即树脂传递模塑)。
根据一个具体实施方式，加热装置被布置在金属主体中，该金属主体旨在被放置在实现于模具壁中的空腔中。
这具有赋予设备更大的模块性、并特别地能够容易地在模具中替换和/或移动加热装置的优点。
在一个在效率方面有利的方式中，热交换板片具有与模具的壁的所述局部区域的形状相同或相似的形状，以被定位为在任何点处都与该局部区域相距大致恒定的距离。
在一个具体实施方式中，热交换板片由石墨或石墨烯制成。
石墨是特别适于构成热交换板片的材料，这是因为石墨既特别导热又耐高温。
在一个具体实施方式中，绝热板片由微孔类型的材料制成。
在此要提醒的是，微孔材料是具有多孔结构的、换句话说包括闭合腔洞(cellules)的材料，其中所述闭合腔洞的尺寸小于某些分子的平均自由程。
这样的材料特别适于构成绝热板片，这是因为这样的材料天然地是由装有气体的蜂室形成的、并因此享有非常低的导热性。
本发明还涉及一种用于制造由塑料材料制成的部件的模具，该模具包括根据本发明的温度调节设备。
本发明还涉及一种用于通过发出辐射束来调节热交换表面的温度而调节模具的温度的方法，其中所述模具用于制造由塑料材料制成的部件，所述辐射束指向由导热材料制成的、被布置为与模具的壁的局部区域接触的热交换表面。
附图说明
通过阅读对作为示例提供且绝无任何限制性的附图的说明，将更好地理解本发明，在附图中：
图1是用于制造由塑料材料制成的部件的模具的剖面的示意图，该模具设有根据本发明的温度调节设备；
图2是图1的温度调节设备的加热装置的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的一个实施方式的模具1。
该模具1包括上部模块2a和下部模块2b，其分别包括上壁4a和下壁4b，上壁4a和下壁4b在它们之间限定室6。正是在该室6中来模制成型成部件8的材料。
模具1包括温度调节设备10，其在如此示出的实施方式中包括呈助热器(英文术语为“boosters”)100形式的多个加热装置。
优选地，多个助热器100被布置在室6的两侧，换句话说助热器100同时被布置在上部模块2a中和下部模块2b中。
在未示出的另一实施方式中，可以仅在上部模块2a中或仅在下部模块2b中具有助热器100。
在图1所示的实施方式中，助热器100沿着上部模块2a和下部模块2b面对着室6规则地分布。显然，其布置就像其数量和其尺寸或形状一样可以根据所期望的用途而变化。由此，助热器100可以以交错的方式(在与该图正交的方向上)、按精确或不精确的间距分布。
这些助热器100之一以更精确的方式在图2中示出。
每个助热器100包括优选地由金属材料制成的主体102，该主体102被布置在实现于模具中的空腔104中。
主体102在空间106中庇护例如通过红外线或激光的辐射头部112。该辐射头部在此由适于发出激光束114的激光头部112和通过光纤118的供给源116组成。
要指出的是，出于清楚的原因，在图1中没有绘制激光头部的供给源，并且助热器的图示被简化。
此外，在未示出的变型中，激光束114可通过镜子而不是通过光纤来传输和/或引导。主体102还庇护由比如石墨的导热(具有高导热性的)材料制成的热交换板片120，该热交换板片120以与模具的室6的下壁4b的局部区域130接触的方式布置在空腔104当中。
局部区域130本身与待模制的部件8的局部区域接触。
优选地，热交换板片120的整个表面都与相关联的下壁4b的局部区域130接触。
更具体地，热交换板片120有利地具有与模具的下壁4b的局部区域130的形状相同或相似的形状，以被定位为在任何点处都与该局部区域相距大致恒定的距离。
热交换板片120被布置在激光束114的路线上，以使得激光束114能够通过辐射加热该热交换板片。
由此，由于热交换板片120与模具1的下壁4b的局部区域130接触，于是该热交换板片120通过传导将来自于辐射的热量传送给局部区域130。该热交换板片相反地不将该热量或将很少的该热量传送给模具1的其余部分，这避免了整体加热和与之相关的缺陷。
由于下壁4b的局部区域130本身与待制造的部件8的局部区域接触，于是轮到该局部区域130通过传导将该热量传送给部件8的局部区域。局部区域130相反地不将该热量传送给整个部件8，这提高了模制的精确性。
同样地，其它助热器100加热上壁4a和下壁4b的与这些助热器面对的局部区域，并由此加热部件8的相关联的局部区域。
优选地，调节设备10还包括如下装置：该装置用于例如通过调节激光束114(其功率/强度、焦距、波长、“启动/停止”循环等)来调节辐射功率，以能够使得热交换板片120的温度变化。这些装置没有详细示出，并例如集成在供给源116中。
如在图2中可见，在于此所示的优选实施方式中，主体102还庇护绝热板片142，该绝热板片142被布置在热交换板片120与辐射头部112之间。
绝热板片142允许保护辐射头部112免受由发出辐射束114至热交换板片120上而产生的热量的损害。在该例子中，在此想要保护激光头部112。
为此，绝热板片142设有允许激光束114通过的开孔144。
绝热板片142优选地由微孔类型的材料制成，该材料的优点在于享有非常低的导热性。
如在图1中可见，在于此所示的优选实施方式中，模具1包括围绕助热器100布置的绝热装置150。这些绝热装置被布置为构成围绕室6的闭合空间，并且这些绝热装置由此形成围绕助热器100的隔离罩(例如封闭壳)。这些装置由此允许将热量封闭在室6中。该罩被夹在模具1的两个模块(2a、2b)之间，因此其必须能够承受模具1内的压强。
要指出的是，可以根据上部模块2a和下部模块2b的布置来考虑绝热装置150的其它配置。
一般性地，本发明不限于所介绍的实施方式，其它实施方式对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
由此，辐射头部可以被直接布置在模具中：在该情况下，辐射束的发出是直接的。

Claims (10)

1.一种用于调节模具的温度的模具温度调节设备，所述模具用于制造由塑料材料制成的部件(8)，所述模具温度调节设备包括用于加热模制表面的加热装置(100)，所述加热装置包括至少一个辐射头部(112)，
其特征在于，所述加热装置(100)包括由导热材料制成的、被布置为与所述模具(1)的壁(4a、4b)的局部区域(130)接触的热交换板片(120)，
所述辐射头部(112)适于通过发出指向所述热交换板片(120)的辐射束(114)来调节所述热交换板片(120)的温度。
2.如权利要求1所述的模具温度调节设备，其特征在于，所述加热装置(100)包括布置在所述辐射头部(112)与所述热交换板片(120)之间的绝热板片(142)，所述绝热板片(142)设有适于所述辐射束(114)通过的开孔(144)。
3.如上述权利要求中任一项所述的模具温度调节设备，其特征在于，所述辐射头部(112)是激光源，所述激光源包括通过光纤(118)连接到供给源(116)的光学头部。
4.如上述权利要求中任一项所述的模具温度调节设备，其特征在于，所述模具温度调节设备包括用于调节所述辐射的功率以能够使得所述热交换板片(120)的温度变化的这样的装置。
5.如上述权利要求中任一项所述的模具温度调节设备，其特征在于，所述加热装置(100)被布置在金属主体(102)中，所述金属主体旨在被放置在实现于所述模具(1)的壁(4a、4b)中的空腔(104)中。
6.如上述权利要求中任一项所述的模具温度调节设备，其特征在于，所述热交换板片(120)具有与所述模具的壁(4a、4b)的局部区域(130)的形状相同或相似的形状，以被定位为在任何点处都与该局部区域(130)相距大致恒定的距离。
7.如上述权利要求中任一项所述的模具温度调节设备，其特征在于，所述热交换板片(120)是由石墨或石墨烯制成的热交换板片。
8.如权利要求2至7中任一项所述的模具温度调节设备，其特征在于，所述绝热板片(142)由微孔类型的材料制成。
9.一种用于制造由塑料材料制成的部件(8)的模具，所述模具包括如上述权利要求中任一项所述的温度调节设备(10)。
10.一种调节方法，所述方法用于通过发出辐射束(114)来调节热交换板片(120)的温度而调节模具的温度，其中所述模具用于制造由塑料材料制成的部件(8)，所述辐射束指向由导热材料制成的、被布置为与所述模具(1)的壁(4a、4b)的局部区域接触的热交换板片(120)。
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