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Gegenstand der Erfindung ist ein Werkzeug mit einer Temperiereinrichtung und die Verwendung des Werkzeugs zur Herstellung einer mehrfarbigen Slushhaut sowie ein Verfahren zur Herstellung der Slushhaut.
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Werkzeuge mit einer Temperiereinrichtung sind grundsatzlich bekannt.
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So sind beispielsweise Werkzeuge zum Rotationssintern (Slush-Prozess) bekannt, welche eine Werkzeugform mit Kanälen aufweisen, in denen heißes Öl zum Temperieren der Werkzeugform geführt werden kann.
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Des Weiteren ist es bekannt, Werkzeuge in eine Wärmekammer einzubringen, und in dieser Wärmekammer die Werkzeuge zu erwärmen.
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Die Druckschrift
US 4 621 995 A offenbart ein Formwerk- zeug mit einer Werkzeugform und einer Temperiereinrichtung, wobei die Temperiereinrichtung mehrere rückseitig der Werkzeugform angeordnete Ausströmer aufweist, durch die zum Erwärmen der Werkzeugform heißes oder zum Kühlen der Werkzeugform kaltes Gas an die Rückseite der Werkzeugform geleitet werden kann.
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Nachteil dieser Werkzeuge ist, dass die vorgesehenen Temperiereinrichtungen dadurch, dass nur mittelbar die Werkzeugform geheizt wird, beispielsweise durch heißes Gas oder Öl, welches zuvor erwärmt werden muss, und/oder Bauteile erwärmt werden, die nicht unmittelbar zur Werkzeugform gehören, einen niedrigen Wirkungsgrad haben und/oder mit nicht zu vernachlässigenden Verlustmechanismen verbunden sind.
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Die
US 3 587 137 A offenbart ein Werkzeug zur Herstellung von Rohren, mit einer trommelförmigen Werkzeugform und einer Temperiereinrichtung bestehend aus einer Brennerbank und mehreren Thermostaten, wobei die Werkzeugform auf ihrer Außenseite durch Brenner einer Brennerbank, welche mit flüssigem und/oder gasförmigen Brennstoff betreibbar sind, beheizt wird. Die US 3 587 137 A offenbart somit ein Werkzeug mit ei- ner Werkzeugform und einer Temperiereinrichtung mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform, wobei die Heizeinrichtung eine rückseitig und nahe der Werkzeugform flächig angeordnete mit flüssigem und/oder gasförmigen Brennstoff betreibbare Mehrzahl von Brennern aufweist, so dass die Werkzeugform direkt durch eine Flamme der Brenner und/oder indirekt durch die von den Brennern beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 1 609 753 A , welche sich mit Wandplatten und insbesondere mit Automobildachauskleidungen befasst, wird ein Werkzeug offenbart, welches eine Form aufweist, die durch an der Rückseite der Form angeordnete Gasbrenner erwärmt wird. Die DE 16 09 753 A offenbart somit ein Werkzeug mit einer Werkzeugform und einer Temperiereinrichtung mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform, wobei die Heizeinrichtung eine rückseitig und nahe der Werkzeugform angeordnete mit gasförmigen Brennstoff betreibbare Mehrzahl von Brennern aufweist, so dass die Werkzeugform direkt durch eine Flamme der Brenner und/oder indirekt durch die von den Brennern beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist.
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Die
EP 0 475 004 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung mehrfarbiger Formhäute. Bei dem dort offenbarten Verfahren wird zunächst eine einfarbige erste Formhaut gebildet. Anschließend wird ein Teil der ersten Formhaut von der restlichen Formhaut getrennt und entformt. Anschließend wird ein weiterer Pulverslush-Schritt mit einem Pulver, welches eine von der ersten Formhaut verschiedene Färbung aufweist, durchgeführt. Hierdurch wird eine zweifarbige Formhaut gebildet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Werkzeug mit einer Temperiereinrichtung zu schaffen, welche geringe Verlustmechanismen und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Werkzeug mit einer Temperiereinrichtung nach dem unabhängigen Anspruch.
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Die Erfindung schafft ein Werkzeug mit einer Werkzeugform und einer Temperiereinrichtung mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform, wobei die Heizeinrichtung eine rückseitig und nahe der Werkzeugform flächig angeordnete Mehrzahl von mit flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff betreibbaren Brennern aufweist, so dass die Werkzeugform direkt durch eine Flamme der Brenner und/oder indirekt durch die von den Brennern beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist. Die Temperiereinrichtung weist eine Kühlvorrichtung auf, die zumindest einen Teil der Brenner der Heizvorrichtung umfasst, mittels der ein Kühlmittel durch die Brenner zum Kühlen zumindest eines Bereichs der Werkzeugform leitbar ist. Die Temperiereinrichtung weist getrennt regelbare Temperierkreisläufe zur bereichsweise zeitlich unabhängigen Temperierung der Werkzeugform auf.
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Aufgrund dessen, dass die Werkzeugform direkt durch eine Flamme der Brenner und/oder indirekt durch die von den Brennern beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist, ist ein hoher Wirkungsgrad möglich und die Verlustmechanismen sind reduziert.
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Zum Kühlen der Werkzeugform könnte beispielsweise kaltes Gas durch die Brenner geleitet werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß bevorzugt sind die Brenner mit Gas betreibbar, beispielsweise mit Propan.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brenner Ventile aufweisen, mittels denen die Zufuhr von Brennstoff steuerbar ist.
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Über die Ventile ist die Größe und die Hitze des durch die Brenner erzeugten Flammenteppichs an die geforderte Wärmeleistung anpassbar. Im einfachsten Fall weisen die Ventile zwei Stellungen maximale/minimale Öffnung auf. Selbstverständlich sind auch Ventile mit mehreren Stellungen einsetzbar.
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Alternativ oder zusätzlich kann über die Variation der Flächendichte der Brenner die Heizleistung bereichsweise angepasst werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Heizeinrichtung eine für alle Brenner gemeinsame Medienleitung aufweist, durch die Brennstoff zu den Brennern leitbar ist.
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Die Medienleitung kann insbesondere netzartig ausgebildet sein.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kühlvorrichtung zumindest einen Teil der Medienleitung der Heizeinrichtung umfasst zum Leiten von Kühlmittel zu zumindest einem Teil der Brenner.
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Vorteil ist, dass hierdurch die Komponenten der Kühleinrichtung erheblich reduziert werden.
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Beispielsweise kann durch Ventile an geeigneten Schnittstellen die Medienleitung jeweils für die Heizeinrichtung oder für die Kühleinrichtung nutzbar gemacht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeug eine Stützstruktur aufweist, durch die die Brenner an der Werkzeugform abgestützt werden.
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Die direkte Abstützung der Brenner an der Werkzeugform sichert eine genaue Anordnung der Brenner relativ zur Werkzeugform.
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Für die Stützstruktur bevorzugt wird eine Rippenstruktur, um die Flammenausbreitung und/oder die Wärmestrahlung, sowie die Gaszu- bzw. -abfuhr nicht zu behindern.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brenner in einem Abstand von höchstens 50 mm, bevorzugt höchsten 30 mm, besonders bevorzugt höchstens 20 mm von der Rückseite der Werkzeugform angeordnet sind.
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Die Brenner 3 sind spaltfrei nebeneinander angeordnet, um eine flächige Heizwirkung mit hinreichend kleinen Variationen erzeugen zu können.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Werkzeug ein Formwerkzeug für ein Rotationssinterverfahren ist.
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Erfindungsgemäß bevorzugt ist in diesem Falle die Werkzeugform eine Galvanoform mit einer Wandstarke von 2 mm bis 4 mm.
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Mit dem erfindungsgemaßen Werkzeug sind insbesondere Formhäute mit Bereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere mehrfarbige Häute, herstellbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels, welches durch zwei Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigt
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1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemaßen Werkzeugs, hier ein Werkzeug für das Rotationssinterverfahren, in einer Querschnittsansicht, und
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2 eine Detailansicht des Werkzeugs.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug, hier ein Werkzeug für ein Rotationssinterverfahren, in einer Querschnittsansicht. Ein Ausschnitt des Werkzeugs 1 ist in 2 vergrößert dargestellt.
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Das Werkzeug 1 weist eine Werkzeugform 2 und eine Temperiereinrichtung 5 mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der Werkzeugform 2 und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen der Werkzeugform 2 auf.
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Die Heizeinrichtung weist rückseitig und nahe der Werkzeugform 2 eine flächig angeordnete Mehrzahl von Brennern 3 auf, so dass die Werkzeugform 2 direkt durch eine Flamme der Brenner und indirekt durch die von den Brennern 3 beim Brennen abgestrahlte Wärmestrahlung zumindest bereichsweise heizbar ist. Die Brenner sind spaltfrei nebeneinander angeordnet, um eine flächige Heizwirkung mit hinreichend kleinen Variationen erzeugen zu können.
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Die hier verwendeten Brenner sind mit Propangas betreibbar. Jeder Brenner 3 weist ein Ventil auf, mit dem die Zufuhr von Brennstoff steuerbar ist.
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Des Weiteren weist die Heizeinrichtung eine für alle Brenner 3 gemeinsame Medienleitung 4 auf, durch die Brennstoff zu den Brennern 3 leitbar ist.
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Als Brenner für die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung eignen sich insbesondere modulare Mikro- oder auch Porenbrenner mit Brennplatten mit Flachen zwischen 1–50 qcm mit gleichmäßig verteilten Brenndüsen und Leistungsbereiche zwischen 150 kW/m2–3000 kW/m2. Derartige modulare Brenner zeichnen sich durch einen sehr hohen und konstanten Wirkungsgrad aus, einer großen Modulation der Wärmeleistung sowie der Möglichkeit, beliebige Brennergeometrien zu bilden.
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Die Anordnung der Brenner kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein. Je nach Einsatzgebiet können einzelne würfelförmige Brennerelemente durch die Medienleitung 4 verbunden werden. Eine Alternative ist der Aufbau eines flächigen Elements durch das Zusammenfügen von modulartig miteinander verbindbaren Brennerelementen, wobei die Medienleitung zumindest teilweise in den Brennern integriert ist.
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Die Brenner 3 sind mit konstantem Abstand der Flammen rückseitige der Werkzeugform angeordnet, wodurch sich der Wirkungsgrad des Systems erhöht. Erfindungsgemäß bevorzugt bewegt sich der Abstand der Brenner von der Rückseite der Werkzeugform 2 im Bereich bis zu 50 mm, bevorzugt nur bis zu 30 mm, besonders bevorzugt bis 20 mm. In diesem Falle beträgt der Abstand konstant 15 mm.
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Die einzelnen Brenner 3 sind über Ventile direkt ansteuerbar, so dass die Größe und Hitze des Flammenteppichs an die geforderte Wärmeleistung anpassbar ist. Die Medienleitung verbindet dabei die einzelnen Brenner 3 so, dass der Brennstoff mit gleichem Druck und Volumenstrom an jedem Brenner 3 zur Verfügung steht.
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In diesem Ausführungsbeispiel befinden sich die Brenner 3 mit Medienleitungen auf einem selbständigen Gestell, welches die Kontur der Werkzeugform 2 nachstellt (nicht dargestellt). Dies ermöglicht es, zumindest Brenner und Medienelemente auf dem Werkzeug zu entfernen. Dies ist vorteilhaft beispielsweise um das Werkzeug für das Rotationsverfahren aufzuheizen.
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Alternativ ist es ebenso möglich, die Brenner 3 mit der Medienleitung direkt auf der Rückseite des dünnwandigen Formwerkzeugs anzubringen.
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Von dem Gestell, welches Brenner 3 und Medienleitung 4 trägt, wird ebenfalls eine rippenförmige Stützstruktur gebildet, durch die die Brenner an der Werkzeugform abgestützt werden.
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Brenner 3 und Medienleitung 4 sind neben der Heizvorrichtung gleichfalls Teil der Kühlvorrichtung. Mittels der Kühlvorrichtung ist ein Kühlmittel, in diesem Ausführungsbeispiel kaltes Gas, durch die Medienleitung und durch die Brenner 3 zum Kühlen der Werkzeugform leitbar. Durch die Ventile der Brenner 3 lässt sich die Kühlung bereichsweise regeln.
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Alternativ ist es ebenfalls möglich, die Werkzeugform beispielsweise durch eine extra Kühlmittelleitung, einem Ventilator oder einer Wasserdusche zu kühlen.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung 5 Teil eines Werkzeugs für ein Rotationssinterverfahren. Zum Heizen der Werkzeugform 2, in diesem Ausführungsbeispiel eine Galvanoform aus Nickel mit einer Wandstärke von hier 3 mm, wird dabei direkt durch eine Flamme und indirekt durch Abstrahlen der von Flammen erzeugten Warmestrahlung der flächig angeordneten Brenner 3. Die Abkühlung der Werkzeugform 2 erfolgt ebenfalls durch die flächige Anordnung der Brenner 3, wobei die Medienleitungen 4 der Brenner 3 als Transportleitungen des gasformigen Kühlmittels fungieren.
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Die zum Aufschmelzen und gegebenenfalls Gelieren des in die Werkzeugform zum Formen eines Kunststoffteils eingebrachten Materials benötigte Energie wird über die Werkzeugform 2 übertragen. Diese Energie wird direkt durch Beflammung und/oder Bestrahlung des Werkzeugs eingebracht, so dass letzteres entweder als Wärmespeicher und/oder als Wärmeleiter fungiert. Zwischen Verbrennungswarme und Werkzeug findet keine Zwischenform der Wärmeübertragung statt, so dass ein hoher Wirkungsgrad für die Aufheizleistung erreicht wird. Die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung erzeugt dabei entweder einen definierten Flammenteppich, der unmittelbar und direkt auf die Werkzeugform einwirkt, oder mittelbar durch Glühen der Porenbrennerstruktur (die Brenner können durch geeignete Luft-/Gasmischungen glühen anstatt mit der Flamme zu brennen).
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Vorteile des Systems sind: Potential zur Energieeinsparung, homogene/variable Aufheizung über die ganze Hautoberfläche, Unterdrückung der Defekte durch Verwirbelungen, Gewichtseinsparung, Platzeinsparung, Wiederverwendung der Temperiereinrichtung bzw. Bestandteile der Temperiereinrichtung fur ein neues Werkzeug, schnelle Aufheizung und schnelle Abkühlung durch lokal aufgebrachte Aufheizung bzw. Abkühlung, Zugriffszeitverkürzung, Qualitätssteigerung, da Gelierdicke über lokale Werkzeugtemperatur beeinflussbar ist; Kostenersparnis durch Energieeinsparung und Materialeinsparung; Kunststoffformteile mit variierenden Wandstärken können hergestellt werden, Potential zur Herstellung von dreifarbigen Häuten.
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Durch Aufteilen der Temperiereinrichtung in getrennt regelbare Temperierkreisläufe ist es möglich, das Werkzeug bereichsweise zeitlich unabhangig zu temperieren. Auf diese Weise lassen sich zwei- oder mehrfarbige Häute erstellen. Eine drei- oder höherfarbige Slush-Haut kann durch die Verfahren nach dem Stand der Technik nicht erstellt werden.
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Entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist es, dass zwischen einem Wechsel der Pulverkästen weitere Wärme in Bereiche der Werkzeugform eingebracht werden kann, ohne dass es zu einer Schädigung der Haut an der bereits bedeckten Werkzeugflache kommt. Dadurch lassen sich ideale Prozessbedingungen zum Erstellen der verschiedenen Farbflächen einstellen.
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Neben der beschriebenen Temperiervorrichtung 5 kann eine weitere Temperiervorrichtung vorgesehen sein, die wie eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung aufgebaut ist, und die derart ausgebildet ist, dass sie in die Werkzeugform eingebracht werden kann. Dadurch ist es möglich, eine zweiseitige Wärmeeinbringung zu realisieren. Beispielsweise kann durch diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Werkzeugs die nicht mit der Oberfläche der Werkzeugform in Kontakt stehende Seite einer Haut bzw. eines Formteils zum Gelieren gebracht werden.
