DE102009053517A1 - Injection molding machine for robot, has insulating region insulating metallic surface, and heater heating surface from side, which is turned away from insulating region, where region is formed as insulating layer formed by surface - Google Patents

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Abstract

The machine has a tool part comprising a metallic surface (1) and an insulating region (2), which is directly arranged below the metallic surface. The insulating region thermally insulates the metallic surface from remaining tool part. A heater heats the metallic surface from a side, which is turned away from the insulating region. The insulating region is formed as an insulating layer formed by the metallic surface. A heating surface of the heater is smaller than the metallic surface. The layer is made of a sinter material or foamed aluminum.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine mit einer von wenigstens zwei Teilen eines Werkzeugs ausgebildeten Kavität, in die Kunststoffschmelze einbringbar ist, wobei zumindest eines der wenigstens zwei Werkzeugteile eine metallische formgebende Oberfläche und einen unmittelbar hinter der formgebenden Oberfläche angeordneten Isolierbereich aufweist, welcher im Betrieb der Spritzgießmaschine die formgebende Oberfläche vom Rest des Werkzeugteils thermisch isoliert.The The present invention relates to an injection molding machine with one of at least two parts of a tool formed Cavity, in the plastic melt can be introduced, wherein at least one of the at least two tool parts a metallic shaping Surface and one immediately behind the shaping Surface has arranged insulating region, which during operation of the injection molding machine, the shaping surface Thermally isolated from the rest of the tool part.

Zur Modifikation der Fließeigenschaften bzw. zur gezielten Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von spritzgegossenen Formteilen werden Spritzgießwerkzeuge dynamisch (variotherm) temperiert. Dabei wird in jedem Zyklus vor dem Einspritzen die Oberflächentemperatur der Kavität auf eine Temperatur vorzugsweise über der Glasübergangs- bzw. Kristallitschmelztemperatur gebracht, und nach dem Einspritzen wieder gekühlt.to Modification of the flow properties or targeted Improvement of the surface properties of injection molded Moldings become injection molding tools dynamically (variotherm) tempered. In each cycle before the injection, the surface temperature the cavity to a temperature preferably over brought the glass transition or crystallite melting temperature, and cooled again after injection.

Es sind eine Vielzahl von Heizmethoden bekannt:
Mitsubishi HEAVY IND LTD beschreibt in der JP2005-225042 das Temperieren des Werkzeuges mittels eines Flüssigkeitskreislaufs. Das System besteht aus einem Flüssigkeitsspeicher mit kalter Flüssigkeit zum Kühlen und einem Speicher mit heißer Flüssigkeit zum Erhitzen des Werkzeuges.There are a variety of heating methods known:
Mitsubishi HEAVY IND LTD describes in the JP2005-225042 the tempering of the tool by means of a fluid circuit. The system consists of a liquid reservoir with cold liquid for cooling and a reservoir with hot liquid for heating the tool.

ONO SANGYO KK beschreibt in der JP2005-297386 ein ähnliches Verfahren mit Heiz- und Kühlkanälen nahe der Oberfläche der Kavität. Die Heiz- und Kühlkanäle werden mit einem Medium mit niedriger Temperatur zum Kühlen und mit einem Medium mit hoher Temperatur durchflossen.ONO SANGYO KK describes in the JP2005-297386 a similar process with heating and cooling channels near the surface of the cavity. The heating and cooling channels are flowed through by a medium with low temperature for cooling and with a medium at high temperature.

Roctool verwendet in der WO2006/136743 Induktion zum Aufheizen der Werkzeugoberfläche. Kavitätsnahe Einsätze werden durch Anlegen eines Magnetfeldes erwärmt und erhöhen damit die Oberflächentemperatur im Werkzeug.Roctool used in the WO2006 / 136743 Induction for heating the tool surface. Near-cavity inserts are heated by applying a magnetic field and thus increase the surface temperature in the tool.

Die meisten der bekannten Methoden haben den Nachteil, dass die Zykluszeit durch die Aufheizzeit verlängert wird. Als weiterer Nachteil ist der hohe Energieeinsatz für das zyklische Heizen und Kühlen zu nennen. Es hat in der Vergangenheit Ansätze gegeben, diesen zu reduzieren. Dabei werden die dynamisch temperierten Massen reduziert (z. B. ENGEL Anmeldung „Abhebender Einsatz”). In WO2007/034815 wird hingegen eine thermisch isolierende Schicht hinter den Heiß-/Kühlkanal angebracht um die zu erwärmende/kühlende Fläche möglichst klein zu halten.Most of the known methods have the disadvantage that the cycle time is prolonged by the heating time. Another disadvantage is the high energy input for cyclic heating and cooling to call. There have been attempts in the past to reduce this. In the process, the dynamically tempered masses are reduced (eg ENGEL application "Lifting application"). In WO2007 / 034815 In contrast, a thermally insulating layer is placed behind the hot / cooling channel to keep the area to be heated / cooled as small as possible.

In der DE 10 2006 013 368 A1 (KI Lüdenscheid) wird ein Verfahren gezeigt, das ohne eine Heizung, sondern alleine durch die Wärme der eingebrachten Kunststoffschmelze zum Teil die Effekte einer variothermen Temperierung erzielen kann. Dies wird durch Verwendung eines keramischen Werkzeugeinsatzes, oder durch einen mit keramischen Schichten ausgekleideten Werkzeughohlraum gelöst. Die Keramik stellt hier einen Isolator dar, durch den die Kontakttemperatur zwischen Kunststoffschmelze und Werkzeugwand kurzzeitig so weit angehoben wird, dass eine verbesserte Abformung der Oberfläche, sowie eine Kaschierung von Bindenähten erreicht werden.In the DE 10 2006 013 368 A1 (KI Lüdenscheid), a method is shown, which can achieve the effects of a variothermal tempering partly without heating, but solely by the heat of the introduced plastic melt. This is achieved by using a ceramic tool insert or by a ceramic cavity lined die cavity. The ceramic is here an insulator, by which the contact temperature between the plastic melt and the mold wall is briefly raised so far that an improved impression of the surface, as well as a lamination of weld lines can be achieved.

Die Keramik an der Werkzeugoberfläche hat jedoch den Nachteil, dass sie nicht im selben Maß polierbar ist wie Metall. Weiters kann die Kontakttemperatur nicht beliebig erhöht werden, sie ergibt sich aus:

Figure 00020001

TK[°C]
Kontakttemperatur
TM[°C]
Schmelzetemperatur
TW[°C]
Werkzeugwandtemperatur vor dem Kontakt
bM[Js1/2K–1m2]
Wärmeeindringkoeffizient der Schmelze
bW[Js1/2K–1m2]
Wärmeeindringkoeffizient des Werkzeuges
However, the ceramic on the tool surface has the disadvantage that it is not polished to the same extent as metal. Furthermore, the contact temperature can not be increased arbitrarily, it results from:
Figure 00020001
T K [° C]
Contact temperature
T M [° C]
melt temperature
T W [° C]
Mold wall temperature before contact
b M [Js 1/2 K -1 m 2 ]
Heat penetration coefficient of the melt
b W [Js 1/2 K -1 m 2 ]
Heat penetration coefficient of the tool

Für den Fall, dass der Wärmeeindringkoeffizient der Keramik gleich hoch wäre wie jene der Schmelze, würde sich eine Kontakttemperatur einstellen, die dem Mittelwert aus Schmelzetemperatur und Werkzeugtemperatur entspricht. Beispiel: Schmelzetemperatur = 250°C, Werkzeugtemperatur = 80°C → Kontakttemperatur 165°C. Wenn man feststellen würde, dass diese Kontakttemperatur nicht ausreicht, um den gewünschten Effekt zu erzielen, müsste man die Werkzeugtemperatur erhöhen. Dadurch wird aber gleichzeitig die Kühlzeit verlängert, der Prozess wird unwirtschaftlicher. Anders formuliert bedeutet das: Die erforderliche Kontakttemperatur bestimmt über die Werkzeugtemperatur die Kühlzeit.For the case that the heat penetration coefficient of the ceramic Equally high would be like that of the melt, would to set a contact temperature, the average of the melt temperature and Tool temperature corresponds. Example: Melting temperature = 250 ° C, Tool temperature = 80 ° C → contact temperature 165 ° C. If you would find that this Contact temperature is insufficient to achieve the desired effect To achieve, you would have to increase the mold temperature. As a result, but at the same time the cooling time is extended, the Process becomes more uneconomical. In other words, this means: The required contact temperature is determined by the tool temperature the cooling time.

Eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine geht aus der US 5,468,141 hervor. Das Erhitzen der formgebenden Schicht erfolgt hier ausschließlich über die Wärme der in die Kavität eingebrachten Schmelze.A generic injection molding machine goes out of the US 5,468,141 out. The heating of the shaping layer takes place here exclusively via the heat of the melt introduced into the cavity.

Die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sind in der US 2004/0222566 A1 offenbart.The features of the preamble of claim 1 are in the US 2004/0222566 A1 disclosed.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine derart weiterzubilden, dass eine größere Flexibilität im Temperaturverlauf der formgebenden Oberfläche erreicht wird.task The invention is a generic injection molding machine in such a way that a greater flexibility achieved in the temperature profile of the shaping surface becomes.

Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by an injection molding machine with the features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung.Further advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims defined and arise Based on the figures and the associated figure description.

Jede der 1 bis 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die 4 zeigt eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine.Each of the 1 to 3 shows an embodiment of the invention. The 4 shows an overall view of an injection molding machine according to the invention.

Ausführungsbeispiel 1 (1a, 1b):Embodiment 1 ( 1a . 1b ):

Die im betrachteten Werkzeugteil angeordnete metallische formgebende Oberfläche 1, welche gemeinsam mit einer in einem weiteren (nicht dargestellten) Werkzeugteil angeordnete Oberfläche eine Kavität bildet, ist mit einer Isolierschicht als Isolierbereich 2 versehen: Dahinter befindet sich wiederum ein metallischer Bereich, in welchem an sich bekannte Kühlbohrungen 6 angeordnet sind, die mit einem Medium gespült werden können. Die Dicke der Isolierschicht liegt typischerweise im Bereich von wenigen Zehntel Millimetern, vorzugsweise im Bereich 0,1–0,5 mm.The arranged in the considered tool part metallic forming surface 1 which forms a cavity together with a surface arranged in another tool part (not shown) is provided with an insulating layer as an insulating region 2 behind it is in turn a metallic area, in which known cooling holes 6 are arranged, which can be rinsed with a medium. The thickness of the insulating layer is typically in the range of a few tenths of a millimeter, preferably in the range 0.1-0.5 mm.

Je dünner die Metallschicht der Oberfläche 1 ist, desto höher ist das Maximum der Oberflächentemperatur. Die Dicke der Isolierschicht bestimmt schließlich, wie rasch die Temperatur wieder abfällt. Durch die metallische Oberfläche 1 können die bekannten Anforderungen an eine Kavitätenoberfläche (z. B. Polierbarkeit, Strukturierbarkeit, Verschleißbeständigkeit, etc) erfüllt werden. Die Heizung der Oberfläche 1 durch eine Heizvorrichtung 3 ist in 1b dargestellt.The thinner the metal layer of the surface 1 is, the higher the maximum of the surface temperature. The thickness of the insulating layer finally determines how quickly the temperature drops again. Through the metallic surface 1 the known requirements for a cavity surface (eg polishability, structurability, wear resistance, etc.) can be met. The heating of the surface 1 through a heater 3 is in 1b shown.

Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:Advantages over the stand of the technique:

  • • Durch das Aufheizen der Metalloberfläche kann die Kontakttemperatur erhöht bzw. gezielt gesteuert werden.• By heating up the metal surface the contact temperature can be increased or specifically controlled become.
  • • Die Metallschicht kann hier Dicken bis zu einigen Millimetern aufweisen. Durch Erhöhung der Dicke können andere Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen.• The metal layer can here thicknesses up to a few millimeters exhibit. By increasing the thickness others can Manufacturing process are used.
  • • Sehr geringe aufzuheizende Masse, daher kurze Heizzeit, geringerer Energiebedarf für Heizen und Kühlen• Very low mass to be heated, therefore short heating time, lower energy requirements for heating and cooling
  • • Durch die geringe aufzuheizende Masse und den Isolierbereich 2 muss nicht zwangsläufig eine vollflächig wirkende Heizquelle vorgesehen werden, auch eine Heizvorrichtung 3 mit einer linien- oder punktförmigen Wärmequelle kann über die Fläche bewegt werden (z. B. mit Roboter)• Due to the low mass to be heated and the insulation area 2 does not necessarily have a full-surface effect heating source can be provided, even a heater 3 with a line or point heat source can be moved over the surface (eg with robots)

Ausführungsbeispiel 2 (2):Embodiment 2 ( 2 ):

Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird ein Einsatz aus Sintermetall verwendet. Das poröse Material liegt hinter einer metallischen Oberfläche 1.In the embodiment according to 2 a sintered metal insert is used. The porous material lies behind a metallic surface 1 ,

Alternativ kann auch der ganze Einsatz mit einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden (z. B. Laser Cusing®), indem man bewusst konturnahe Hohlräume als Isolierbereich 2 vorsieht.Alternatively, the entire insert can also be produced using a generative manufacturing process (eg Laser Cusing ® ), deliberately using cavities close to the contour as an insulating area 2 provides.

Lasercusing ermöglicht es, aus so gut wie allen schweißbaren Werkstoffen – zum Beispiel Edelstahl, Warmarbeits- und Vergütungsstahl-Bauteile schichtweise aufzubauen. Das geschieht durch Verschmelzen einkomponentiger Pulverwerkstoffe mit Hilfe eines Lasers. Dabei wird Schicht für Schicht das Pulver komplett aufgeschmolzen. Die typische Dicke der Pulverschichten liegt bei 20 und 50 μm.Lasercusing makes it possible to weld off just about anything Materials - for example, stainless steel, hot-working and Build up tempered steel components layer by layer. This happens by fusing one-component powder materials with the help of a Laser. Here, layer by layer, the powder is complete melted. The typical thickness of the powder layers is included 20 and 50 μm.

Eine weitere Alternative stellt geschäumtes Aluminium dar, mit einer kompakten Außenschicht (formgebende Oberfläche 1) und einer als Isolierbereich 2 wirksamen Innenschicht.Another alternative is foamed aluminum, with a compact outer layer (shaping surface 1 ) and one as an insulating area 2 effective inner layer.

Ausführungsbeispiel 3 (3):Embodiment 3 ( 3 ):

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist hinter den Temperierbohrungen 5 eine zusätzliche isolierende Schicht 7 aufgebracht, welche die zu erwärmende Masse so gering wie möglich hält. Der Isolierbereich 2 wird hier durch die Temperierbohrungen 5 und die isolierende Schicht 7 gemeinsam gebildet.According to the embodiment 3 is behind the tempering holes 5 an additional insulating layer 7 applied, which keeps the mass to be heated as low as possible. The insulation area 2 is here by the tempering holes 5 and the insulating layer 7 formed together.

4 zeigt die Anordnung eines Werkzeugs in einer Schließeinheit einer nicht weiters dargestellten erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine. Die Schließeinheit weist in bekannter Weise eine feststehende Werkzeugaufspannplatte 8 und eine bewegbare Werkzeugaufspannplatte 9 auf. Über eine nicht dargestellte Einspritzvorrichtung wurde bereits Kunststoff in die im Werkzeug ausgebildete Kavität injiziert. 4 shows the arrangement of a tool in a closing unit of a non-illustrated injection molding machine according to the invention. The clamping unit has a fixed tool clamping plate in a known manner 8th and a movable platen 9 on. About an injection device, not shown, plastic has already been injected into the cavity formed in the tool.

Im Ausführungsbeispiel der 3 gilt folgendes:
Die Hohlräume können mit einem gasförmigen (zum Beispiel Luft) oder einem flüssigen (zum Beispiel Wasser) Isoliermedium gefüllt sein. In diesem Fall sind die Hohlräume vorteilhafterweise mit einem Zu- und einem Abfluss für das Isoliermedium verbunden. Alternativ können die Hohlräume mit einem Vakuum beaufschlagt werden.In the embodiment of 3 the following applies:
The cavities may be filled with a gaseous (for example air) or a liquid (for example water) insulating medium. In this case, the cavities are advantageously connected to an inlet and an outlet for the insulating medium. Alternatively, the cavities can be subjected to a vacuum.

Als Heizvorrichtungen 3 kommen alle bekannten Vorrichtungen wie beispielsweise IR-Strahler, Halogenlampen, induktive Heizvorrichtungen und dergleichen in Frage. Bei Verwendung einer IR-Heizvorrichtung kann zusätzlich eine IR absorbierende Beschichtung an der formgebenden Oberfläche 1 verwendet werden.As heaters 3 All known devices such as IR emitters, halogen lamps, inductive heating devices and the like come into question. In addition, when using an IR heater, an IR absorbing coating may be applied to the forming surface 1 be used.

Wo genau die Heizvorrichtung 3 an der Spritzgießmaschine angeordnet ist, ist nicht von großer Bedeutung. Zum Beispiel kann die Heizvorrichtung 3 (anders als dargestellt) Teil des Werkzeugs sein. Sie kann zum Beispiel auch an einem (ebenfalls nicht dargestellten) Roboter angeordnet sein. Die Heizvorrichtung 3 kann zum Beispiel auch in die Metallschicht integriert sein, durch welche die metallische formgebende Oberfläche 1 ausgebildet ist.Where exactly the heater 3 is arranged on the injection molding machine, is not of great importance. For example, the heater 3 (other than shown) be part of the tool. It can also be arranged, for example, on a robot (also not shown). The heater 3 For example, it can also be integrated into the metal layer through which the metallic shaping surface 1 is trained.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (7)

Spritzgießmaschine mit einer von wenigstens zwei Teilen eines Werkzeugs ausgebildeten Kavität, in die Kunststoffschmelze einbringbar ist, wobei zumindest eines der wenigstens zwei Werkzeugteile eine metallische formgebende Oberfläche (1) und einen unmittelbar hinter der formgebenden Oberfläche (1) angeordneten Isolierbereich (2) aufweist, welcher im Betrieb der Spritzgießmaschine die formgebende Oberfläche (1) vom Rest des Werkzeugteils thermisch isoliert, und die Spritzgießmaschine eine Heizvorrichtung (3) aufweist, über welche die formgebende Oberfläche (1) – vorzugsweise von der vom Isolierbereich (2) abgewandten Seite her – heizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierbereich (2) als eine gesondert von der metallischen formgebenden Oberfläche (1) ausgebildete Isolierschicht ausgebildet ist.Injection molding machine with a cavity formed by at least two parts of a tool, into which plastic melt can be introduced, wherein at least one of the at least two tool parts has a metallic shaping surface ( 1 ) and immediately behind the shaping surface ( 1 ) arranged insulating region ( 2 ), which in the operation of the injection molding machine, the shaping surface ( 1 ) thermally insulated from the rest of the tool part, and the injection molding machine a heating device ( 3 ), over which the shaping surface ( 1 ) - preferably of the insulating area ( 2 ) facing away from - is heated, characterized in that the insulating region ( 2 ) as a separate from the metallic forming surface ( 1 ) formed insulating layer is formed. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (3) zum Heizen der formgebenden Oberfläche (1) in das geöffnete Werkzeug einführbar ist.Injection molding machine according to claim 1, characterized in that the heating device ( 3 ) for heating the shaping surface ( 1 ) is insertable into the open tool. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die heizende Fläche der Heizvorrichtung (3) kleiner ist, als die formgebende Oberfläche (1).Injection molding machine according to claim 1 or 2, characterized in that the heating surface of the heating device ( 3 ) is smaller than the shaping surface ( 1 ). Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen der Heizvorrichtung (3) vorgesehen ist.Injection molding machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that a device for reciprocating the heating device ( 3 ) is provided. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht eine Dicke von weniger Zehntel Millimeter, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm aufweist.Injection molding machine according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the insulating layer has a thickness less than a tenth of a millimeter, preferably from 0.1 to 0.5 mm having. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht durch Sintermaterial oder geschäumtes Aluminium gebildet wird.Injection molding machine according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the insulating layer by sintered material or foamed aluminum is formed. Spritzgießmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische formgebende Oberfläche (1) als Beschichtung auf den Isolierbereich (2) aufgebracht ist.Injection molding machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the metallic shaping surface ( 1 ) as a coating on the insulating area ( 2 ) is applied.
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