DE10136678A1 - Module for a tool cavity, especially in an injection molding tool, comprises a base carrier which has at least two layers, and a third, electrically insulated layer - Google Patents
Module for a tool cavity, especially in an injection molding tool, comprises a base carrier which has at least two layers, and a third, electrically insulated layerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Modul für eine Werkzeugkavität, insbesondere für eine Werkzeugkavität eines Spritzgießwerkzeuges, zum Heizen oder Kühlen der Kavitätsoberfläche. The invention relates to a module for a tool cavity, in particular for a mold cavity of an injection mold, for heating or cooling the cavity surface.
Im Stand der Technik ist die klassische Erwärmung bzw. das Kühlen von Werkzeugen bzw. der Kavitätsoberflächen hinlänglich bekannt. Im allgemeinen wird in das Werkzeug ein Kühlmittelkreislauf integriert, durch den in der Regel zum Erwärmen zunächst temperiertes Wasser oder Öl und nach dem Einspritzvorgang gekühltes Wasser oder Öl gefördert wird. Hierdurch wird erreicht, dass die eingespritzte Kunststoffmasse zunächst an der Werkzeugwandung erstarrt und durch die fortschreitende Kühlung als gesamtes Teil erstarrt, bevor es entformt werden kann. Classic heating or cooling is in the prior art of tools or the cavity surfaces are well known. in the in general, a coolant circuit is integrated into the tool, due to the water, which is usually tempered for heating or oil and chilled water or oil after injection is promoted. This ensures that the injected Plastic mass initially solidified on the tool wall and through the progressive cooling solidifies as a whole part before it is demolded can.
Bei der Fertigung von Klein- und Kleinstteilen besteht das Problem, dass relativ große Werkzeugmassen aufgeheizt und anschließend wieder abgekühlt werden müssen, obwohl die Masse des gefertigten Kunststoffteiles relativ gering ist. Dies führt zu unnötig hohen Zykluszeiten. The problem with the manufacture of small and very small parts is that relatively large tool masses heated and then again need to be cooled, although the mass of the finished Plastic part is relatively low. This leads to unnecessarily high cycle times.
Es besteht daher die Aufgabe, die Erwärmung bzw. die Abkühlung des Werkzeuges respektive der Kavitätswandung zu beschleunigen, um die Zykluszeit zu verkürzen. There is therefore the task of warming or Cooling of the tool or the cavity wall accelerate to shorten the cycle time.
Die Lösung der Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein Basisträger einen Teil der Kavität bildet und mindestens aus zwei Schichten aufgebaut ist, wobei die erste Schicht durch Zuführen von Elektrizität auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmbar ist. The solution to the problem is in connection with the Preamble of claim 1 solved in that a base support one Forms part of the cavity and consists of at least two layers, wherein the first layer by supplying electricity to a predetermined temperature is heatable.
Als erste Schicht kann beispielsweise eine Widerstandslegierung vorgesehen werden, die im Plasmaflammspritzen aufgetragen wird und mit elektrischen Anschlüssen versehen ist. Derartige Widerstandslegierungen haben sich bereits beim Einsatz in Haushaltsgeräten wie Backöfen bewährt. Der Vorteil der aufgespritzten Widerstandslegierungen liegt darin, dass die Heizschichten sehr dünn sein können und dadurch schnell aufheizen, wodurch die Regulierbarkeit wesentlich erhöht wird und die Schicht gleichfalls schnell abkühlt. A resistance alloy, for example, can be used as the first layer be provided, which is applied in plasma flame spraying and with electrical connections is provided. such Resistance alloys have already been used in household appliances such as ovens proven. The advantage of the sprayed resistance alloys is in that the heating layers can be very thin and therefore fast heat up, which increases the controllability and the Layer also cools down quickly.
Für die zweite Schicht des Basisträgers wird vorgeschlagen, ein Element mit Peltier-Effekt einzusetzen. Bei Bauelementen mit Peltier-Effekt werden zwei unterschiedliche Materialien leitend verbunden, je nach Richtung der angelegten Spannung entsteht ein ebenso gerichteter Elektronenfluß, in dessen Folge ein Wärmetransport je nach Elektronenflußrichtung ausgelöst wird. In Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und der Richtung der angelegten Spannung kann nun ein solches Bauteil mit Peltier-Effekt zum Beheizen oder Kühlen verwendet werden. Vorteile dieser Elemente sind der geringe Energieverbrauch und die schnelle Temperaturänderung. An element is proposed for the second layer of the base support with Peltier effect. For components with a Peltier effect two different materials are conductively connected, depending on The direction of the applied voltage is the same Electron flow, as a result of which heat transfer depending on Electron flow direction is triggered. Depending on the ambient temperature and The direction of the applied voltage can now be used with such a component Peltier effect can be used for heating or cooling. benefits these elements are the low energy consumption and the fast Temperature change.
Insbesondere bei der Erzeugung von Mikrostrukturen ist es vorteilhaft, wenn in der ersten Schicht mindestens ein Teil der Geometrie des herzustellenden Formteils eingearbeitet ist. In particular when generating microstructures, it is advantageous if at least part of the geometry of the to be manufactured molded part is incorporated.
An die zweite Schicht ist fortbildungsgemäß ein Kühlmittelkreislauf zur Wärmeabfuhr angeordnet, insbesondere beim Einsatz der zweiten Schicht mit Peltier-Effekt wird die aus der Kavität abgeführte Wärmeenergie über den Kühlmittelkreislauf wegtransportiert. According to a further development, a coolant circuit is connected to the second layer Heat dissipation arranged, especially when using the second The layer with a Peltier effect is removed from the cavity Thermal energy transported away via the coolant circuit.
Je nach Aufbau der Schichten ist es erforderlich, dass zwischen der ersten und der zweiten Schicht eine dritte Schicht angeordnet ist, wobei die dritte Schicht elektrisch und/oder thermisch isolierend ausgeführt ist. Ist die zweite Schicht eine Schicht mit Peltier-Effekt, muss die dritte Schicht ein elektrischer Isolator sein. Depending on the structure of the layers, it is necessary that between the a third layer is arranged in the first and the second layer, wherein the third layer is electrically and / or thermally insulating. If the second layer is a layer with a Peltier effect, the third layer Layer to be an electrical insulator.
Ein besonderer Effekt kann erzielt werden, wenn mindestes eine der Schichten ein keramische Schicht mit Halbleitereigenschaften ist. Je nach Wahl des Halbleiters kann beispielsweise die Maximaltemperatur begrenzt werden, da ab einer bestimmten Temperatur sich die Kristalle umwandeln und somit elektrisch leitend bzw. nichtleitend werden. Folglich wird die Stromzufuhr und somit der Heizvorgang bis zum Unterschreiten der Maximaltemperatur unterbrochen. Durch den Einsatz mehrerer derartiger Module in einem Werkzeug können unterschiedliche Temperaturen in einem Werkzeug einfach realisiert werden. A special effect can be achieved if at least one of the Layers is a ceramic layer with semiconductor properties. ever the maximum temperature can be selected, for example, by the choice of the semiconductor be limited, as from a certain temperature the crystals convert and thus become electrically conductive or non-conductive. Consequently, the power supply and thus the heating process until Below the maximum temperature interrupted. Because of the engagement Several such modules in one tool can be different Temperatures can be easily realized in one tool.
Ein weiterer sehr vorteilhafter Effekt beim Einsatz einer Schicht aus Keramik wird erzielt, wenn man sich dessen piezoelektrische Eigenschaften zu Nutze macht. Es könnte hiermit beispielsweise der Druck in der Kavität gemessen und ausgewertet werden. Another very beneficial effect when using a layer Ceramic is achieved if you look at its piezoelectric properties benefits. For example, the pressure in the Cavity can be measured and evaluated.
Um die Steuerung des Moduls zu ermöglichen ist die erste und/oder die zweite Schicht mit Stromanschlüssen versehen ist, die mit einem Steuer- und/oder Regelgerät verbunden sind. To enable control of the module, the first and / or the second layer is provided with power connections that are connected to a control and / or control device are connected.
Das vorgeschlagene Modul eignet sich zum Einsatz in einem Spritzgießwerkzeug, wobei eines oder mehrere Module zur Herstellung von vorzugsweise Mikrostrukturen aus Kunststoff eingesetzt werden. Es ist aber auch denkbar, ein Spritzgießwerkzeug zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff aus zwei Modulen zu bilden. Um das Formteil aus dem Modul zu entformen ist angedacht, dass durchgehende Bohrungen vorgesehen sind, in denen Auswerferstifte gelagert werden, die direkt auf das Formteil wirkend bewegt werden können. Zur leichteren Entformung ist vorgesehen, nach dem Abkühlvorgang des Formteils die Heizschicht zu aktivieren und auf eine einstellbare Temperatur aufzuheizen bzw. weiter abzukühlen, um so die Schrumpfkräfte des Kunststoffes auf die Kavitätenwandung zu minimieren. The proposed module is suitable for use in a Injection mold, wherein one or more modules for the production of preferably plastic microstructures are used. It is but also conceivable, an injection mold for the production of Form plastic parts from two modules. To the molded part The module is intended to be demolded through holes are provided in which ejector pins are stored, the direct can be moved acting on the molding. For easier De-molding is provided after the molding has cooled Activate heating layer and set an adjustable temperature heat up or cool down further in order to reduce the shrinking forces of the plastic to minimize the cavity wall.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, die Figur zeigt eine perspektivische Darstellung eines Moduls. In the drawing, an embodiment of the invention is schematic shown, the figure shows a perspective view of a Module.
Der in der Figur dargestellte Basisträger des Moduls besteht aus einer ersten Schicht 1, die direkt einen Teil der Kavitätsoberfläche 5 bildet. In die erste Schicht 1 ist eine Mikrostruktur 6 eingearbeitet, die mindestens einen Teil des zu fertigenden Formteiles bildet. Diese erste Schicht 1 ist eine Widerstandsheizschicht, die zum Aufheizen mit elektrischen Anschlüssen 7 und 8 versehen ist. Eine zweite Schicht 2 ist als Bauelement mit Peltier-Effekt, einem sogenannten Peltier-Element, gefertigt und besteht daher aus zwei unterschiedlichen Materialien. Um diese zweite Schicht 2 mit Spannung zu versorgen, ist diese ebenfalls mit elektrischen Anschlüssen 9 und 10 versehen. Damit der gewünschte Peltier-Effekt eintritt, muss zwischen der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 eine elektrisch nichtleitende Isolierschicht 3 aufgebracht sein. Bei einer Ausführung der zweiten Schicht (2) aus Stahl muss die Isolierschicht 3 zusätzlich thermisch isolierend sein, damit die über die erste Schicht 1 aufgebrachte Wärmeenergie nicht sofort wieder abgeführt wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß der dargestellten Figur ist die zweite Schicht 2 selbst ein thermischer Isolator. The base carrier of the module shown in the figure consists of a first layer 1 , which directly forms part of the cavity surface 5 . A microstructure 6 is incorporated into the first layer 1 and forms at least part of the molded part to be manufactured. This first layer 1 is a resistance heating layer which is provided with electrical connections 7 and 8 for heating. A second layer 2 is manufactured as a component with a Peltier effect, a so-called Peltier element, and therefore consists of two different materials. In order to supply this second layer 2 with voltage, it is also provided with electrical connections 9 and 10 . In order for the desired Peltier effect to occur, an electrically non-conductive insulating layer 3 must be applied between the first layer 1 and the second layer 2 . When the second layer ( 2 ) is made of steel, the insulating layer 3 must also be thermally insulating, so that the thermal energy applied via the first layer 1 is not immediately dissipated again. In the exemplary embodiment according to the figure shown, the second layer 2 itself is a thermal insulator.
Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an der ersten Schicht 1 wird diese Widerstandsschicht erwärmt. Das Aufheizen kann durch Anlegen einer Spannung an der zweiten Schicht 2, dem Peltier-Element, unterstützt werden. Nach dem Einspritzen der Kunststoffmasse wird die Spannung an der Widerstandsschicht 2 weggeschaltet und die Spannung am Peltier-Element 2 wird umgepolt, so dass kavitätsnahe gekühlt wird, d. h. die Wärme abtransportiert wird. Die Wärmeabfuhr erfolgt beispielsweise in einen Kühlmittelkreislauf, der als eine weitere Schicht 4 direkt an die zweite Schicht 2 anschließt. This resistance layer is heated by applying an electrical voltage to the first layer 1 . The heating can be supported by applying a voltage to the second layer 2 , the Peltier element. After the injection of the plastics material, the voltage is switched off at the resistance layer 2 and the voltage at the Peltier element 2 is reversed, so that cooled-cavity, that is, the heat is removed. The heat is dissipated, for example, in a coolant circuit, which directly adjoins the second layer 2 as a further layer 4 .
Mit der vorgeschlagenen Lösung werden folgende Vorteile verbunden:
- - es wird nur kavitätsnahe erwärmt,
- - es gibt nur wenig zu erwärmende Masse,
- - es kann rasch aufgeheizt werden mit geringem Energieeinsatz,
- - rasches Abkühlen durch Wärmeabfuhr über Peltier-Element,
- - Realisierung deutlich kürzerer Zykluszeiten im Variothermprozeß als der heutige Stand der Technik,
- - das Aufheizen und Kühlen erfolgt elektrisch und ist dadurch gut regel- und/oder steuerbar.
- - it is only heated near the cavity,
- - there is little mass to be heated,
- - it can be heated up quickly with low energy consumption,
- - rapid cooling through heat dissipation via Peltier element,
- - Realization of significantly shorter cycle times in the Variotherm process than the current state of the art,
- - The heating and cooling is done electrically and is therefore easy to regulate and / or control.
Man kann folglich von einem "intelligenten" Modul für die Erwärmung
einer Kavität eines Spritzgießwerkzeuges sprechen.
Bezugszeichenliste
1 erste Schicht des Moduls
2 zweite Schicht des Moduls
3 dritte Schicht des Moduls
4 Kühlkreislauf als weitere Schicht des Moduls
5 Kavitätsoberfläche
6 Mikrostruktur in erster Schicht 1
7, 8 elektrische Anschlüsse an erster Schicht 1
9, 10 elektrische Anschlüsse an zweiter Schicht 2
One can therefore speak of an "intelligent" module for heating a cavity of an injection mold. Reference Signs List 1 first layer of the module
2 second layer of the module
3 third layer of the module
4 Cooling circuit as a further layer of the module
5 cavity surface
6 microstructure in first layer 1
7 , 8 electrical connections at first layer 1
9 , 10 electrical connections at second layer 2
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