DE102006056025A1

DE102006056025A1 - Verfahren zum Temperieren des Formnestes einer Gießform

Info

Publication number: DE102006056025A1
Application number: DE200610056025
Authority: DE
Inventors: Reinhard Zeppenfeld; Ingo Brexeler; Guido Peters
Original assignee: GWK Gesellschaft Waerme Kaeltetechnik mbH
Current assignee: Technotrans Solutions GmbH
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-05-29

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Temperieren des Formnestes einer Gießform (1), in die schmelzflüssiger Werkstoff, insbesondere Kunststoff, eingespritzt wird, ein Werkstück aus dem Werkstoff in der Gießform (1) geformt wird und das geformte Werkstück entnommen wird, wobei die Gießform (1) wechselweise gekühlt und erhitzt wird, indem in der Gießform ausgebildete Kanäle von einem Heizfluid oder einem Kühlfluid durchströmt werden, wobei als Heizfluid Heißdampf und als Kühlfluid Kühlwasser verwendet wird, mit der Besonderheit, dass bei Beendigung der Kühlphase der Kühlmittelzulauf (KV) abgesperrt wird und Druckluft durch die Kanäle geblasen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren des Formnestes einer Gießform, in die schmelzflüssiger Werkstoff, insbesondere Kunststoff, eingespritzt wird, ein Werkstück aus dem Werkstoff in der Gießform geformt wird und das geformte Werkstück entnommen wird, wobei die Gießform wechselweise gekühlt und erhitzt wird, indem in der Gießform ausgebildete Kanäle von einem Heizfluid oder einem Kühlfluid durchströmt werden, wobei als Heizfluid Heißdampf und als Kühlfluid Kühlwasser verwendet wird.
Aus der EP 1 488 903 A2 ist ein solches Verfahren prinzipiell bekannt.
Bei den bekannten Verfahren wird beispielsweise Heißdampf als Heizfluid durch die Kanäle der Gießform geleitet, um die Innenfläche der Kavität möglichst schnell auf eine Temperatur zu erhitzen, die gleich oder höher ist als die Temperatur des eingespritzten flüssigen Werkstoffes. Bei geschlossener Gießform wird dann der schmelzflüssige Werkstoff, insbesondere Kunststoff in die Kavität eingespritzt. Sobald die Kavität gefüllt ist, wird die Versorgung mit dem Heizfluid unterbrochen. Es wird dann Kühlfluid, insbesondere Wasser durch die Kanäle geleitet, um die Oberfläche der Kavität möglichst schnell abzukühlen und das schmelzflüssige Werkstück soweit abzukühlen, dass die Form geöffnet und das Werkstück entnommen werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei dem ein noch besserer Wärmeübergang von dem Heizfluid auf die Wandung der Gießform erreicht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass bei Beendigung der Kühlphase der Kühlmittelzulauf abgesperrt wird und Druckluft durch die Kanäle geblasen wird.
Dadurch, dass unmittelbar mit Beendigung der Kühlphase die Kanäle mit Druckluft entleert werden, wird erreicht, dass der Kanal und die Kanalwandung von Kühlfluid, insbesondere Wasser, befreit sind. Sofern dann in einem nachfolgenden Zyklus wiederum Heizfluid in Form von Heißdampf in die Kanäle eingeführt wird, so findet an den von Wasser befreiten Kanalwänden unmittelbar eine Tropfenkondensation des Heißdampfes statt, wodurch ein optimaler Wärmeübergang erreicht wird.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Kanäle durch die Druckluft von Kühlmitteln vollständig entleert werden.
Insbesondere ist auch vorgesehen, dass zu Beginn der Heizphase die Kanäle an eine Dampfquelle angeschlossen werden, so dass Heißdampf die Kanäle durchströmt, wobei der Heißdampf mindestens teilweise gleichmäßig an den Wänden der Kanäle kondensiert.
Auch ist vorgesehen, dass mittels des Heizmittels die Wandtemperatur der Gießform auf eine Temperatur in Höhe der Schmelztemperatur des eingespritzten Werkstoffs erhitzt wird.
Zudem kann vorgesehen sein, dass nach vollständiger Füllung der Gießform mit schmelzflüssigem Werkstoff und mit Beginn der bei Kunststoff üblichen Nachdruckphase die Kanäle mit Kühlmittel durchströmt werden bis die Entformungstemperatur erreicht ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken aus schmelzflüssigem Werkstoff, insbesondere Kunststoff, mit einer Gießform und mit einer Gießvorrichtung zum Einbringen von schmelzflüssigem Werkstoff in das Formnest der Gießform, wobei die Gießform Durchflusskanäle für Kühlfluid und Heizfluid aufweist, die alternativ an einen Kühlfluid-Zulauf und -Ablauf oder an einen Heizfluid-Zulauf und -Ablauf ausschließbar sind.
Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, dass zusätzlich ein Druckluftanschluss vorgesehen ist, über den Druckluft in die Durchflusskanäle eingespeist werden kann.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass vor den Heizfluid-Eingang der Durchflusskanäle und hinter den Ausgang Schaltventile in die Zulauf- und Ablaufleitung geschaltet sind und in der Gießform nahe der Formnestwandung ein Temperaturfühler installiert ist, über den oder alternativ über ein Zeitglied die Heizfluidzufuhr steuerbar ist.
Auch ist vorgesehen, dass vor den Kühlfluid-Eingang und hinter den Kühlfluid-Ausgang der Durchflusskanäle Schaltventile in die Zulauf- und Ablaufleitung geschaltet sind, deren Steuerung mittels des Temperaturfühlers oder eines Zeitgliedes oder durch einen in den Ablauf integrierten Temperaturfühler erfolgt.
Zudem ist vorzugsweise vorgesehen, dass vor den Drucklufteingang ein Schaltventil in die Druckluftzuleitung geschaltet ist, dessen Öffnungszeit über ein Zeitglied gesteuert ist, und das in Abhängigkeit von der Beendigung der Kühlphase einschaltbar ist.
Die Funktion des Verfahrens und der Vorrichtung ist wie folgt:
Heizphase:
Nach dem Auffahren des Werkzeuges und Entformen des Formteiles startet die Heizphase damit, dass das Prozessventil im Dampfeintritt geöffnet wird. Der Heißdampf füllt sofort die Werkzeugkanäle und kondensiert gleichmäßig an den Wänden der Temperierkanäle. Hierdurch wird ein sehr hoher Wärmeübergang und eine einheitliche Erwärmung erzielt. Die Regelung der Beheizung folgt entweder über einen im Werkzeug integrierten Temperaturfühler, der den Temperaturistwert in unmittelbarer Nähe der Werkzeugwandung aufnimmt, oder aber über ein Zeitglied, dass die Dampfzufuhr in Abhängigkeit vom Spritzzyklus steuert. Zielsetzung ist, eine Werkzeugwandtemperatur in Höhe der Schmelztemperatur des eingespritzten Werkstoffes, insbesondere Kunststoffes, zu erreichen.
Kühlphase:
Mit vollständiger Füllung der Kavität und mit Beginn der üblichen Nachdruckphase setzt die Kühlung ein. Hierzu wird das Prozessventil im Kühlwasservorlauf geöffnet und Kühlwasser durch die Temperierkanäle des Werkzeuges geleitet. Hierdurch wird dem Formteil die Wärme entzogen. Es erstarrt. Bei Erreichen der Entformungstemperatur wird das Ventil geschlossen und das Teil kann durch Öffnung des Werkzeuges entformt werden. Auch hierbei erfolgt die Temperaturregelung durch den im Werkzeug integrierten Temperaturfühler oder durch ein Zeitglied in Abhängigkeit vom Zyklus oder mittels eines im Kühlwasserrücklauf integrierten Temperaturfühlers.
Entleerungsphase:
Unmittelbar mit Beendigung der Kühlphase werden die Werkzeugkanäle mit Druckluft entleert. Hierzu wird das Prozessventil im Drucklufteintritt geöffnet. Die Druckluft drückt das Wasser in den Kühlwasserrücklauf. Die Öffnungszeit des Ventils wird beispielsweise über ein Zeitglied gesteuert. Das Entleeren der Temperierkanäle ist äußerst wichtig, da nur an den vom Wasser befreiten Kanälwänden eine Tropfenkondensation stattfindet, die den optimalen Wärmeübergang gewährleistet.
Ein schematisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt. Bei 1 ist das Werkzeug mit dem Formnest gezeigt. Bei 2 ist ein Dampferzeuger gezeigt. Bei 3 ist eine Mikroprozessorsteuerung angegeben. Bei 4 bis 8 sind Ventile angegeben, die durch die Mikroprozessorsteuerung betätigt werden. Bei 9 ist die Einspritzvorrichtung angedeutet, mittels derer Kunststoff in das Werkzeug 1 eingespritzt wird, wobei das Einspritzelement 9 ebenfalls durch die Mikroprozessorsteuerung 3 gesteuert wird.
Das Werkzeug 1 hat nahe der Wandung der Kavität Kanäle, die von Kühlfluid oder von Heizfluid durchströmbar sind. Durch öffnen und Schließen der Ventile 4 bis 8 können unterschiedliche Medien in die Kanäle eingebracht werden.
Bei „L" ist ein Druckluftanschluss gezeigt. Bei „KV" ist ein Kühlwasservorlauf angegeben. Bei „KR" ist ein Kühlwasserrücklauf angegeben. Bei „HV" ist ein Heizmittelvorlauf angegeben und bei „HR" ist ein Heizmittelrücklauf angegeben. Das Heizmittel wird über den Vorlauf, das Werkzeug 1 und den Rücklauf im Kreislauf zum Dampferzeuger geführt, wobei das Heizmittel als Heißdampf zugeführt wird und als Kondensat über den Rücklauf in den Dampferzeuger zurückgeführt wird. Der Kühlmittelvorlauf ist beispielsweise an einen Kühlwasseranschluss angeschlossen, während der Kühlmittelrücklauf an den Kühlwasserablauf angeschlossen sein kann. Bei geöffnetem Luftanschluss (Öffnung des Ventils 4) bleibt der Kühlwasserrücklauf geöffnet, damit noch im System befindliches Kühlwasser ausgetrieben werden kann.
Die Funktion ist nachstehend kurz beschrieben.
Zu Beginn der Heizphase wird das Ventil 6 und das Ventil 7 geöffnet. Heißdampf strömt demzufolge über den Vorlauf zum Werkzeug 1 und von diesem zurück in das Reservoir des Dampferzeugers. Der Heißdampf füllt sofort die Kanäle im Werkzeug 1 und kondensiert gleichmäßig an den Wänden dieser Temperierkanäle. Hierdurch wird ein sehr hoher Wärmeübergang und eine einheitliche Erwärmung erzielt. Vorzugsweise wird dabei die Werkzeugwandtemperatur auf die Temperatur gebracht, die der Schmelztemperatur des eingespritzten Werkstoffes entspricht.
Bei vollständiger Füllung der Kavität des Werkzeuges 1 und mit Beginn der Nachdruckphase werden die Ventile 6 und 7 geschlossen und die Ventile 5 und 8 geöffnet. Es strömt dann Kühlwasser durch das Werkzeug 1 und die entsprechenden Kanäle. Dem Formteil wird Wärme entzogen, so dass es erstarrt. Mit Erreichen der Entformungstemperatur wird das Ventil 5 geschlossen und das Teil kann entformt werden.
Unmittelbar mit Beendigung der Kühlphase wird das Ventil 4 geöffnet und Druckluft strömt durch die Kanäle des Werkzeuges 1, so dass noch dort befindliches Kühlwasser über den Kühlwasserrücklauf KR abgeleitet wird. Durch die Druckluft werden die Wandungen der Temperierkanäle weitgehend vom Wasser befreit. Das Entleeren der Temperierkanäle des Werkzeuges 1 ist deswegen wichtig, weil nur an den vom Wasser befreiten Kanalwänden eine Tropfenkondensation des in der Heizphase zuströmenden Heißdampfes erfolgt, woraus wiederum ein optimaler Wärmeübergang resultiert.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Verfahren zum Temperieren des Formnestes einer Gießform (1), in die schmelzflüssiger Werkstoff, insbesondere Kunststoff, eingespritzt wird, ein Werkstück aus dem Werkstoff in der Gießform (1) geformt wird und das geformte Werkstück entnommen wird, wobei die Gießform (1) wechselweise gekühlt und erhitzt wird, indem in der Gießform ausgebildete Kanäle von einem Heizfluid oder einem Kühlfluid durchströmt werden, wobei als Heizfluid Heißdampf und als Kühlfluid Kühlwasser verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung der Kühlphase der Kühlmittelzulauf (KV) abgesperrt wird und Druckluft durch die Kanäle geblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle durch die Druckluft von Kühlmitteln vollständig entleert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn der Heizphase die Kanäle an eine Dampfquelle angeschlossen werden, so dass Heißdampf die Kanäle durchströmt, wobei der Heißdampf mindestens teilweise gleichmäßig an den Wänden der Kanäle kondensiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Heizmittels die Wandtemperatur der Gießform (1) auf eine Temperatur in Höhe der Schmelztemperatur des eingespritzten Werkstoffs erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach vollständiger Füllung der Gießform (1) mit schmelzflüssigem Werkstoff und mit Beginn der bei Kunststoff üblichen Nachdruckphase die Kanäle mit Kühlmittel durchströmt werden bis die Entformungstemperatur erreicht ist.
Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken aus schmelzflüssigem Werkstoff, insbesondere Kunststoff, mit einer Gießform (1) und mit einer Gießvorrichtung (9) zum Einbringen von schmelzflüssigem Werkstoff in das Formnest der Gießform (1), wobei die Gießform (1) Durchflusskanäle für Kühlfluid und Heizfluid aufweist, die alternativ an einen Kühlfluid-Zulauf (KV) und -Ablauf (KR) oder an einen Heizfluid-Zulauf (HV) und -Ablauf (HR) ausschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Druckluftanschluss (2) vorgesehen ist, über den Druckluft in die Durchflusskanäle eingespeist werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Heizfluid-Eingang der Durchflusskanäle und hinter den Ausgang Schaltventile (6, 7) in die Zulauf- und Ablaufleitung geschaltet sind und in der Gießform (1) nahe der Formnestwandung ein Temperaturfühler installiert ist, über den oder alternativ über ein Zeitglied die Heizfluidzufuhr steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Kühlfluid-Eingang und hinter den Kühlfluid-Ausgang der Durchflusskanäle Schaltventile (5, 8) in die Zulauf- und Ablaufleitung geschaltet sind, deren Steuerung mittels des Temperaturfühlers oder eines Zeitgliedes oder durch einen in den Ablauf integrierten Temperaturfühler erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Drucklufteingang ein Schaltventil (4) in die Druckluftzuleitung geschaltet ist, dessen Öffnungszeit über ein Zeitglied gesteuert ist, und das in Abhängigkeit von der Beendigung der Kühlphase einschaltbar ist.