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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von konturbezogenen Temperierkanälen in Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen, Kernen und Schiebern mit räumlicher Fixierung der Temperierelemente im Rückraum unter Nutzung hochenergetischer Strahlverfahren und anschließenden Hinterfüllen des Funktionsbereiches (Ausgießen des Rückraumes).
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Zur Herstellung von Formteilen in großen Stückzahlen werden heute wiederverwendbare Formen eingesetzt. Solcherart Werkzeuge sind vor allem aus der Kunststoffverarbeitung, beispielsweise aus dem Spritzgießen oder auch dem Druckgießen bekannt. Dabei sind die Werkzeuge aus mehreren Werkzeugeinzelteilen zusammengesetzt oder sind mit Werkzeugeinsätzen versehen.
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Werkzeuge bzw. Werkzeugeinsätze für abformende Fertigungsverfahren der Kunststoffverarbeitung und Gießereitechnik werden vorwiegend aus Vollmaterial (Halbzeug z. B. runder oder rechteckiger Form) hergestellt, wobei dabei die spätere Kontur der Werkzeugteile nur in den Außenabmessungen berücksichtigt wird. Bevorzugte Werkstoffe sind Stahl und Aluminium. Für geometrich komplizierte Objekte, insbesondere solche mit Freiformflächen, ist ein hoher Bearbeitungsaufwand in der Regel mit spanabhebender bzw. senkerodierender Bearbeitung erforderlich. Zudem sind die Genauigkeitsanforderungen an die Werkzeugeinzelteile z. B. bei Spritzgusswerkzeugen extrem hoch. Sie erfordern oftmals eine Maßgenauigkeit von 0,01 mm. Diese Werkzeuge weisen Kühlkanäle auf um eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung der mit dem Werkzeug hergestellten Kunststoffteile zu erreichen. Kühlkanäle, die durch nachträgliches Bohren eingebracht werden, sind so nah wie möglich an der Werkzeuginnenkontur (Gravur, Kavität) anzuordnen, um dort einen maximalen Kühleffekt zu erzielen. Diese Bohrungen werden heute abtragend hergestellt. Sind sie durch Bohren hergestellt verlaufen sie nur geradlinig. Damit kann bei nicht ebenen Kunststoffteilen der optimale Abstand zu den Bohrungen zur Formoberfläche nicht erreicht werden. Die Folgen sind längere Fertigungszeiten für die Kunststoffteile und durch die ungleichmäßige Abkühlung Abweichungen des gefertigten Kunststoffteiles von der gewünschten Form (thermischer Verzug des Kunststoffteiles).
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Um die Bohrungen zu einem Temperiersystem verbinden zu können, müssen häufig ein Teil der Bohrungen mit speziellen Stopfen später wieder verschlossen werden. Liegen diese Verschlüsse in der formgebenden Oberfläche des Werkzeuges, ergeben sich dadurch später an diesen Stellen auf dem Kunststoffteil qualitätsmindernde Oberflächenmarkierungen. Neben dieser Minderung der Oberflächenqualität verursacht dieses Verschließen einen weiteren nicht unerheblichen Zeit- und Kostenaufwand. Diese Nachteile der Temperierung mit Bohrungen sind bei Werkzeugeinzelteilen für Spritzgusswerkzeuge bekannt. Es werden daher bei solcherart Werkzeugen für nicht ebenflächige Kunststoffeile oft zusätzliche spezielle Temperierelemente wie z. B. Spiralkühlfinger, die jedoch die Werkzeugkosten nochmals erhöhen, eingesetzt. Eine optimale Temperierung kann dadurch jedoch ebenfalls nicht erreicht werden.
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Die Fertigungskosten für die Herstellung dieser Werkzeuge sind entsprechend den Genauigkeitsanforderungen der damit hergestellte Spritzgussteile oder Druckgussteile auf Grund der hohen Drücke während des Abformens von ca. 100 Tonnen und mehr und den Anforderungen an eine hohe Dichtigkeit des Werkzeuges sehr hoch.
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In erster Linie sind diese Anforderungen nur mit Werkzeugen aus Stahl erfüllbar. Probleme treten insbesondere bei der spanabhebenden Bearbeitung der Halbzeuge aus denen die Werkzeuge hergestellt werden, auf. Dabei werden Spannungen aus dem Werkzeug frei, die zur Verformung des Werkzeugteiles oder Werkzeuges führen. Die Folge davon ist eine langwierige zeitaufwendige abgestufte Bearbeitung mittels abtragender Herstellungsverfahren in Verbindung mit langwierigen thermischen Behandlungen um die Spannungen im Werkzeug zu vermindern.
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Es gibt verschiedene Erfindungen mit dem Ziel, die Kühlung darüber hinaus zu verbessern. Derartige Patente gehen nach wie vor, von Kühlkanälen – wenn auch verbesserten aus und betreffen immer nur ein spezielles Verfahren (z. B. Spritzguss). Solche Lösungen sind aus den Schriften
DE 42 34 961 ,
DE 44 44 796 und
DE 195 21 733 bekannt. Zur Herstellung von Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen aus Blockmaterial ist ein hoher Bearbeitungsaufwand (Zeit und Kosten) für das Schnuppen, Schlichten, eventuell notwendiges Senkerodieren und das Einbringen von Kühlkanälen kennzeichnend.
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Des Weiteren ist keine optimale, gleichmäßige Kühlung der Werkzeuggravuren möglich, da ja die Kühlkanäle, die aufgrund ihrer Herstellung durch Bohren grundsätzlich linear verlaufen, sich der Gravur nur sehr grob und ungleichmäßig annähern. Insbesondere für geometrisch komplizierte Objekte mit Freiformflächen kann durch die unvollständige Annäherung an die Kavitäten keine gleichmäßige Kühlung erreicht werden. Je nach der Materialdicke zwischen Gravur und Kühlkanal unterscheiden sich die Werkzeugtemperaturen im Gravurbereich; es bilden sich thermische Zentren (Bereiche mit besonders hoher Temperatur).
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Daraus resultieren:
- – lange Zykluszeiten,
- – geringe Werkzeugstandzeit,
- – Verzug des Werkzeugs bzw. Werkzeugeinsatzes,
- – Spannungen und Verzug im Werkstück (Guss- bzw. Kunststoffteil)
- – Einfallstellen und Porositäten.
- – Qualitätsmängel
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Für größere Werkzeuge oder Werkzeugeinsätze wird das Problem der punktgenauen Kühlung noch problematischer. Zudem können durch den Verzug des Werkzeuges bzw. Werkzeugeinsatzes bei der Herstellung Dichtigkeitsprobleme im späteren Dauerbetrieb auftreten, da in der Regel auch größere Drücke eingesetzt werden. Leckverluste an Kühlflüssigkeit können Störungen im direkten Fertigungsprozess (Spritzgießen bzw. Druckgießen) verursachen.
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Bekannt sind auch Werkzeuge bzw. Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen, mit denen nicht ebene Kunststoffteile hergestellt werden sollen, die aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sind. Dabei sind in einzelne Werkzeugteile mäanderförmige Kühlkanäle eingebracht. Diese Einzelteile des Werkzeuges werden dann so dichtend miteinander verbunden, dass keine Kühlmittel austreten können. Solcherart Werkzeuge sind bedingt durch ihre aufwendige Herstellung noch teuerer.
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Bei der Herstellung von Gießharzformen, d. h. bei Gießprozessen mit niedriger Temperatur, ist es bekannt Einzelteile, wie z. B. Rohre in der Gießharzform so anzuordnen, dass sie im Gießprozess mit eingegossen werden. Diese Giesharze besitzen jedoch nur geringe thermische und mechanische Eigenschaften, so dass sie nur zur Herstellung von Prototypen eingesetzt werden können.
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Aus dem „Dubbel" Taschenbuch für den Maschinenbau, 19. Auflage Springer Verlag, Berlin, Heidelberg New York 1997 ist es bekannt, Rohre mittels Gießen für den Bereich des Graugusses im Werkstück einzugießen.
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Weiterhin ist es aus der
DE 101 59 456 A1 bekannt Temperierkanäle in Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen in einer neuen Qualität anzuordnen. Dabei ist die innere Wand des Werkzeuges bzw. des Werkzeugeinsatzes analog der Kontur der Gravur/Kavität ausgeformt. Das bedeutet, dass die innere Wand ein Konturnegativ des herzustellenden Erzeugnisses darstellt und in konturparallelem Abstand mit definierter Wandstärke ganz oder teilweise hinterformt ausgebildet ist. Bei nur teilweiser Hinterformung folgen die Kühlkanäle ebenfalls in konterparallelem Abstand der Kontur der inneren Wand des Werkzeuges bzw. des Werkzeugeinsatzes. Das Werkzeug bzw. der Werkzeugeinsatz ist vollständig geschlossen. Es besteht aus einem Stahlgussteil in dessen Inneren mindestens ein Rohr mit mindestens einer Temperiermitteleintrittsöffnung und mindestens einer Temperiermittelaustrittsöffnung angeordnet ist. Das oder die eingegossenen Rohre sollen sich während des Gießens stoffschlüssig mit dem Gussmaterial verbinden, so dass ein sehr guter Wärmeübergang zwischen Werkzeug, bzw. Werkzeugeinsatz und Temperiermedium gewährleistet werden kann. Bei diesem Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen für abformende Fertigungsverfahren der Kunststoffverarbeitung und Gießereitechnik werden Rohre im Inneren des Werkzeuges bzw. Werkzeugeinsatzes so eingegossen, dass sie in ihrem Verlauf der Kavität des Werkzeuges angepasst sind, wobei die Rohre mittels Gießen von Stahl nach dem Vollformguss eingegossen werden sollen. Die Ur-, Fertigungs- und Kernmodelle der Werkzeuge bzw. Werkzeugeinsätze sind dabei mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens oder mittels Hochgeschwindigkeitsfräsen HSC gefertigt.
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In einem Beispiel wird beschrieben, wie ein oder mehrere Kühlkanäle in konturparallelem Abstand analog der Kontur der Gravur/Kavität mäanderförmig im Werkzeug bzw. Werkzeugeinsatz angeordnet werden sollen. Allerdings ist diese Lösung nur für Rohre mit relativ großen Wandstärken geeignet, da bei geringen Wandstärken das Rohrmaterial in einzelnen Bereichen der Form so weit aufschmilzt, dass sich die geforderte Lage der Rohre verändert, oder die Rohre ganz wegschmelzen. Bei Rohren mit großen Wandstärken besteht des Weiteren das Problem, dass die relativ großen Krümmungsradien der Rohre den oftmals kleineren Krümmungsradien des Oberflächenverlaufs der Funktionsfläche, die ja optimal gekühlt werden soll, nicht folgen können. Diese Lösung ist deshalb nur für einfache wenig gekrümmte Oberflächen geeignet. Komplizierte Rohrkonstruktionen, vor allem in mehreren Raumachsen lassen sich nur mit erheblichen technologischen Aufwand herstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von konturbezogenen Temperierkanälen in Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen, Kernen und Schiebern zu schaffen, bei dem wahlweise sowohl räumlich kleine Temperierstrukturen als auch räumlich große Temperierstrukturen zur Temperierung ausgebildet werden können und darüber hinaus eine neuartige Anordnung von Elementen erfolgt die mehrfach wiederverwendet werden können und die in die Nähe der aktiven Oberflächen im Inneren der Werkzeuge bzw. Werkzeugeinsätze, Kerne und Schieber angeordnet werden können und die zudem auch weitgehend dem Verlauf der Kavität folgen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des 1 oder 8 Patentanspruches gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren rückbezüglichen Unteransprüche. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von konturbezogenen Temperierkanälen in Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen, Kernen und Schiebern 1 mit räumlicher Fixierung der Temperierelemente 2 im Rückraum 9 unter Nutzung hochenergetischer Strahlverfahren und anschließenden Hinterfüllen des Funktionsbereiches 9 (dies bedeutet, dass der Rückraum 9 ausgegossen wird) erfolgt zunächst eine genaue Simulation der Temperaturverteilung während des aktiven Einsatzes des Werkzeuges bzw. Werkzeugeinsatzes, Kernen und Schiebern 1 mittels spezieller erstellter Rechenprogramme. Diese Rechnerprogramme berechnen über vorgebbare Parameter aus dem Abkühlungs- oder Erwärmungsverhalten des Werkzeuges 1 einen optimierten Verlauf der Temperierung. Aus dieser optimierten Temperierung wird ebenfalls rechnergestützt die Dimensionierung und Anordnung der Temperierelemente 2 vorgenommen. Die bereits aus verschiedenen Schutzrechtsanmeldungen in ähnlicher Art und Weise ausgebildeten und bekannten Temperierelemente werden hier in neuartige untereinander koppelbare Einzelelemente 3 zerlegt, dies bedeutet es werden eine Reihe von standardisierten Einzelelementen 3 generiert die untereinander leicht koppelbar ausgebildet sind. Solche Einzelelemente 3 sind bevorzugt zunächst Verbindungsstücke 4 und/oder Verteilerstücke 5 und/oder Neststücke 6 und/oder Stützelemente 7 und/oder Zusammenführungen 8. Diese neuartigen koppelbaren Einzelelemente 3 werden mittels hochenergetischer Strahlverfahren hergestellt, wobei die zusätzlichen Stützelemente, die zur Fixierung im Rückraum 9 dienen, aber auch mit anderen Umform- oder Urform- oder Fertigungsverfahren hergestellt sein können.
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Die Einzelelemente 3 sind so ausgebildet, dass diese untereinander druckdicht mittels lösbarer und/oder nicht lösbarer Verbindungen 10 wahlweise sowohl außerhalb und/oder auch innerhalb des Werkzeuges bzw. Einsatzes, Kernes und Schiebers 1 verbunden werden können. Anschließend nach dem Zusammenbau im Rückraum 9, d. h. im Funktionsbereich 9 des Werkzeuges 1 erfolgt eine weitere Fixierung der Temperierelemente 2 im Rückraum 9. Zum Schluss wird der Rückraum 9 aus Stabilitätsgründen und aus Gründen des besseren Wärmeüberganges mit geeigneten Materialien hinterfüllt. Durch dieses Verfahren können die Werkzeuge Kerne und Schieber 1 erstmals so ausgelegt werden, das ein energetisch und materialmäßig optimaler Herstellungsprozess der damit zu fertigenden Produkte bzw. Bauteile möglich wird. Bei der erfindungsgemäße Anordnung von konturbezogenen Temperierelementen 2 in Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen, Kernen und Schiebern 1 wird, wie auch bisher bereits üblich eine räumlicher Fixierung der Temperierelemente 2 im Rückraum 9, wobei die Temperierelemente 2 unter Nutzung hochenergetischer Strahlverfahren in neuartiger Art und Weise hergestellt werden, durchgeführt. Nach der Montage der Temperierelemente 2 erfolgt ein Hintergießen des Funktionsbereiches 9 (Ausgießen des Rückraumes 9).
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Die neuartigen konturbezogenen Temperierelemente 2 oder deren untereinander koppelbaren Einzelelemente 3 sind bevorzugt in Wärme-/Kühlnestern der Werkzeuge bzw. Einsätze, Kerne und Schieber 1 angeordnet. Dabei ist die Flächenform der zur Kavität 12 hin angeordneten Seite der Tempererelemente 2 der Flächenform der Kavität 12 an dieser Stelle angenähert oder gleich. Die Ausbildung der Temperierelemente 2 und deren Anordnung erfolgt als eine flächenhafte, netzartige oder räumlich, netzartige Temperierelementanordnung 14. Die Vorteile der Erfindung liegen in erster Linie darin, dass die Fertigungszeiten der mit dem Werkzeug 1 hergestellten Teile, z. B. insbesondere Kunststoffteile erheblich verringert werden kann. Diese kürzere Taktzeiten ermöglichen erheblich höhere Stückzahlen pro Zeiteinheit in der Fertigung. Der zweite wesentliche Vorteil ist die Möglichkeit ungleichmäßige Abkühlungen beim Erstarrungsprozess weitgehend zu vermeiden bzw. ganz auszuschließen, was zu sehr geringen Abweichungen des gefertigten Kunststoffteiles von der gewünschten Form (Vermeidung des thermischen Verzuges des jeweils gefertigten Kunststoffteiles) führt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von konturbezogenen Temperierelementen 2 erfolgt zunächst rechnergestützt mittels eines Rechnerprogramms (A) eine Simulation der Temperaturverteilung des Werkzeuges bzw. Werkzeugeinsatzes, Kernes und Schiebers 1. Aus diesen berechneten Daten wird über ein weiteres spezifiziertes Rechnerprogramm (B) ein optimierter Verlauf der Temperierung abgeleitet und berechnet. Mittels eines dritten spezifizierten Rechnerprogramms (C) erfolgt aus dem nunmehr ermittelten Datensatz die genaue Dimensionierung und Anordnung der Temperierelemente 2. Durch die neuartigen entwickelten und aufeinander abgestimmten Rechenprogramme A, B und C erfolgt eine automatisierte voll rechnergestützte Optimierung der Werkzeugeinsätze, Kerne und Schieber 1.
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In einer besonders günstigen Variante des Verfahrens zur Herstellung von konturbezogenen Temperierelementen werden die Einzelelemente 3 untereinander druckdicht mittels Verschraubungen und/oder Verklebungen und/oder schellenartigen Verbindern und/oder Verschweißen und/oder Klickverbindungen außerhalb und/oder innerhalb des Werkzeuges bzw. Einsatzes, Kernes und Schiebers 1 untereinander verbunden. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Montage der Einzelelemente 3 und diese können beliebig dem jeweiligen Einsatzzweck folgend untereinander zusammengestellt und optimal in verschiedensten denkbaren Varianten montiert werden.
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Eine weitere Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von konturbezogenen Temperierelementen 2 ist möglich, wenn die Verbindungen 10 als Verschraubungen mittels Gewindeverbindungsstücken mit Links- und Rechtsgewinde verbunden sind. Die Verbindungen 10 sind mittels solcherart Verschraubungen der Einzelelemente 3 untereinander hier besonders schnell herstellbar.
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Es ist auch denkbar, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren, nachdem das Hinterfüllen mittels Hintergießen des Funktionsbereiches 9 (Ausgießen des Rückraumes 9 mit einem geeigneten Gussmaterial) erfolgt ist, in Abhängigkeit vom eingesetztem Verfahren des Hintergießens anschließend eine Wärmebehandlung erfolgt. Damit werden Wärmespannungen, die zu einer Verformung während der Erwärmens und Abkühlens des Werkzeuges 1 während der Zykluszeiten entstehen können verringert bzw. weitgehend ausgeschlossen.
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In Abhängigkeit von der Nutzung des Werkzeuges 1 für bestimmte Anwendungsfälle ist es von erheblichem Vorteil, wenn das im Verfahren zur Herstellung von konterbezogenen Temperierelementen 2 zum Hintergießen verwendete Material solche Werkstoffeigenschaften, wie ganz spezielle Legierungszusammensetzungen mit z. B. bestimmten definierten niedrigen Schmelzpunkten, besitzt, dass das einmal hintergossene Gussmaterial wieder ein oder auch mehrfach vollständig bei Bedarf ausgeschmolzen werden kann und die neuartigen Temperierelemente 2 deshalb ein oder mehrfach demontiert und wiederverwendet werden können. Dies führt zu erheblichen Material- und Kosteneinsparungen.
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Bevorzugt werden die Temperierelemente 2, d. h. die Einzelelemente 3 beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von konterbezogenen Temperierelementen 2 mittels hochenergetischer Strahlverfahren, wie dem Laser- oder Elektronenstrahlschmelzverfahren, insbesondere mittels des Laser Cusing Verfahren hergestellt.
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Durch die vorgenannte Herstellung der Temperierelemente 2 bevorzugt mittels des Laser Cusing Verfahrens können in der erfindungsgemäßen Anordnung der konturbezogenen Temperierelemente 2 entweder ein oder auch mehrere Einzelelemente 3 mit von außen regelbaren Drossel- oder Umlenk- oder Absperrklappen 13 und/oder Durchflussmengenmesseinrichtungen ausgebildet werden. Dies hat den Vorteil das es erstmals bei vorgenanten Werkzeugen bzw. Werkzeugeinsätzen, Kernen, Schiebern 1 möglich ist, auch nichtlineare, beliebig steuer- und regelbare und damit universell variierbare Temperaturverläufe einstellen zu können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist es nunmehr erstmals möglich und auch wirklich technisch sinnvoll (da erstmals die Temperaturverläufe regelbar ausbildbar sind) am oder auch im Inneren des Werkzeugs 1 an den kritischen Stellen zusätzlich Messfühler 17 anzuordnen. Diese Messfühler 17 können zudem auch an oder in einem oder mehreren Einzelelementen 3 angeordnet werden. Im Zusammenhang mit den vorausberechneten und über Rechnersteuerung vorgegebenen Temperaturverläufen und den ermittelbaren Messwerten können optimierte geregelte Kennlinien der Temperaturverläufe eingehalten werden.
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Die Einzelelemente 3 der konturbezogenen Temperierelemente 2 können auch so angeordnet werden, dass zwei oder mehrere unabhängig voneinander flächenhafte netzartige oder räumliche netzartige Temperierelementanordnungen 14 innerhalb des Werkzeuges 1 ausgebildet sind.
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Des Weiteren ist es ebenfalls möglich die konturbezogenen Temperierelemente 2 mit ihren Einzelelementen 3 so zu kombinieren und anzuordnen, dass zwei oder mehrere unabhängig voneinander flächenhafte netzartige oder räumliche netzartige Temperierelementanordnungen sich gegenseitig durchdringen und unterschiedliche Temperierungen bzw. Temperierverläufe ermöglichen.
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Das neuartige Verfahren und die zugehörige neuartige Anordnung zur Herstellung von konturbezogenen Temperierkanälen ist vor allem für Werkzeuge bzw. Werkzeugeinsätze, Kerne und Schieber bei der Herstellung von Formteilen aus Kunststoffen geeignet.
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Die Erfindung soll nachstehend in einer allgemeinen und sehr speziellen Ausführung an Hand der Figuren eins bis vier in zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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1 zeigt eine netzartige Ausbildung von konturbezogenen Temperierkanälen 2 in einer allgemeinen Ausführung
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2 zeigt konturbezogenes Werkzeug 1 für ein Kunststoffteil in der Art einer Transportpalette als Explosionszeichnung
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3 zeigt ein Kunststoffteil 18 mit der Anordnung eines Neststückes 6 um ein Wärme/Kühlnest 11 in der Mitte
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4 zeigt den Rückraum eines Werkzeuges 1 mit der beispielhaften Darstellung der Stützelemente 7
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1 zeigt eine beispielhafte komplexe räumliche netzartige Ausbildung von erfindungsgemäßen konturbezogenen Temperierelementen 2 in montierten Zustand, die einer gewölbten Kavität 12 (nicht gezeichnet) folgen. Dabei sind die unterschiedlichen Einzelelemente 3 im Rückraum 9 eines Werkzeuges 1 so kombiniert, dass vier voneinander unabhängige, flächenhafte, netzartige Temperierelementanordnungen unterschiedliche Temperierungen im herzustellenden Teil bewirken. Im Ergebnis dieser Anordnung erfolgt an vier Stellen, d. h. es existieren vier Wärme/Kühlpunkte flächig verteilt in einem Werkzeug 1 eine hochgenaue Temperierung. Das Temperiermittel wird hierbei über das rohrartige Zuführstück 15 zugeführt und über eine Zusammenführung 8 in zwei Richtungen, nach links und rechts verteilt. Da die Anordnung gemäß 1 symmetrisch ausgeführt ist, wird nur ein Teilstück der Anordnung beschrieben. Dann folgt ein gerades und dann ein gekrümmtes rohrartiges Verbindungsstück 4. Im sich daran anschließenden Verteilerstück 5 ist eine Drossel-, Umlenk- oder Absperrklappe 13 angeordnet, die von außen bei Bedarf wahlweise betätigt werden kann. Hierdurch können die Temperiermittelströme gezielt in bestimmte Bereiche der Temperierelemente 2 entweder gedrosselt umgelenkt, verteilt oder auch wahlweise bei Bedarf abgesperrt werden. Das Verteilerstück 5 verteilt das Temperiermittel und führt es Wärme/Kühlnestern 11 zu, die an den Positionen des Werkzeuges 1 angeordnet sind, wo eine Häufung von Wärme-/Kältebereichen im herzustellenden Teil intensiv temperiert werden müssen, d. h. es sind größere Mengen Wärme/Kälte schnell zu temperieren. Dann erfolgt wieder eine Zusammenführung mittels eines weiteren Verteilerstückes 5. Über eine Verbindung 10 wird das Temperiermittel einem weiteren gleichartig ausgebildeten Wärme/Kühlnest 11 zugeführt, bevor es wieder in bekannter Weise zu einem Abführungsstück 16 gelangt und das Temperiermittel aus dem Werkzeug abgeführt wird. Es ist allerdings möglich auch zwischendurch weitere Zuführungsstücke 15 und Abführungsstücke 16 anzuordnen um eine intensivere Temperierung zu erzielen. An bestimmten Stellen sind die Temperierelemente 2, d. h. die Einzelelemente 3 mit Stützelementen 7 versehen, damit die Einzelelemente 7 beim Ausgießen des Rückraumes nicht ihre Position im Rückraum verändern können. Zusätzlich sind hier noch Zwischenstege (nicht benummert) zur besseren Lagepositionierung zwischen den Einzelelementen 3 angeordnet.
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In den 2 bis 4 ist ein konkretes konturbezogenes Werkzeug 1 für ein beispielhaftes Kunststoffteil 18 in der Art einer Transportpalette als Explosionszeichnung dargestellt. Das Kunststoffteil 18 besitzt in jeder seiner Ecken vier kegelstumpfartige Stützen und in der Mitte eine massive kegelstumpfartige Stütze. Beim Herstellungsprozess, z. B einem Spritzgießprozess entsteht mit Abstand die meiste Wärme in der Mitte im zentral angeordneten massiven Kegelstumpf. Diese Wärme kann aus dem Kunststoffteil über das Werkzeug 1 nur schlecht bzw. nur relativ langsam abgeführt werden. Die Kegelstümpfe an den vier Ecken werden teilweise mit über den Rahmen der Kavität 12 gekühlt. In 2 ist deshalb ein räumlich netzartiges Temperierelement 14 so ausgebildet, dass es den Kegelstumpf in der Mitte mit einer Art Temperierspirale umschließt. Der Verlauf der Temperierkanäle 2 folgt also der Form des Kunststoffteiles 18.
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In 3 ist deshalb das Kunststoffteil 18 mit den aufgelegten Einzelelementen 3 der Temperierkanäle 2 der Übersichtlichkeit halber zusammengeführt. Da die Kegelstümpfe in den Ecken des Kunststoffteiles 18 teilweise über die massiven Eckbereiche der Kavität 12 mit gekühlt werden, folgt der Temperierkanal 2 viertelkreisförmig in den Ecken der Form der Stützfüße entlang der Innenkontur im Rückraum 9. Die rohrartigen Viertelkreistemperierstücke sind untereinander über gerade Verbindungsstücke 4 verbunden. Zwischen den Einzelelementen 3 sind zur dichten Kopplung untereinander Verbindungen 10, wie z. B. fluiddichte Schraubverbindungen oder Steckverbindungen angeordnet. Zusätzlich ist um den massiven mittleren Kegelstumpf zur intensiven schnell wirkenden Wärmeabfuhr ein Neststück 6 so angeordnet, dass ein Wärme/Kältenest 11 in Form einer Temperierspirale gebildet wird, welche in der Nähe des Zuführungsstückes 15 und des Abführungsstückes in den Temperierkreislauf eingebunden ist. In der Kavität ist an einer geeigneten Stelle, hier in der Mitte gegenüber des massiven Kegelstumpfes des Kunststoffteiles im bzw. am. Werkzeug 1 zusätzlich ein Messfühler angeordnet, mittels dem die Abkühlphase des Kunststoffteils überwacht werden kann und der die Möglichkeit eröffnet die Kühlung entsprechend vorgegebenen Kenndaten zu steuern oder dazu dient, den genauen Zeitpunkt zu bestimmen, wenn das Kunststoffteil aus dem Werkzeug 1 entnommen werden kann.
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In 4 ist der Rückraum eines Werkzeuges 1 mit einer beispielhaften Anordnung der Stützelemente 7 gezeigt. Zur Versteifung wird der Rückraum p mit einem geeigneten Material ausgegossen. Hierfür eignen sich zum Beil niedrigschmelzende Aluminiumlegierungen oder auch temperaturstabile thermoplastische Kunststoffe. Auch ein verfüllen des Rückraumes mit Hohlkugeln, wobei anschließend die Zwischenräume ebenfalls ausgegossen werden ist durchaus eine mögliche Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Falls ökonomisch sinnvoll, kann, wenn das Werkzeug 1 seine maximale Standzeit überschritten hat, das Vergussmaterial wieder ausgeschmolzen werden und die Einzelelemente 3 einer neuen Anwendung zugeführt werden. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass mit den neuartigen Einzelelementen im Rückraum 9 eines jeden Werkzeuges 1 erstmals praktisch ein an jede beliebige Kavitätskrümmung angepasster Temperierkanalverlauf und zusätzlich auch eine optimale Dimensionierung der Temperierkanäle ausgebildet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeug bzw. Werkzeugeinsatz, Kern, Schieber
- 2
- Temperierelement
- 3
- Einzelelement
- 4
- Verbindungsstück
- 5
- Verteilerstück
- 6
- Neststück
- 7
- Stützelement
- 8
- Zusammenführung
- 9
- Rückraum, Funktionsbereich
- 10
- Verbindungen
- 11
- Wärme/Kühlnest
- 12
- Kavität
- 13
- Drossel-, Umlenk- oder Absperrklappe
- 14
- räumlich netzartiges Temperierelement
- 15
- Zuführungsstück
- 16
- Abführungsstück
- 17
- Messfühler
- 18
- Kunststoffteil
- A
- Rechenprogramm
- B
- Rechenprogramm
- C
- Rechenprogramm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4234961 [0007]
- DE 4444796 [0007]
- DE 19521733 [0007]
- DE 10159456 A1 [0014]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Dubbel” Taschenbuch für den Maschinenbau, 19. Auflage Springer Verlag, Berlin, Heidelberg New York 1997 [0013]
