DE102011053867B4 - Injection mold with inductor for the production of plastic moldings - Google Patents
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Abstract
Spritzgießwerkzeug für die Herstellung von Kunststoffformteilen mit zwei Werkzeughälften, die mindestens eine Kavität umschließen, mit mindestens einem oder mehreren integrierten Induktoren zur direkten induktiven Erwärmung geometrisch begrenzter Formbereiche und/oder der gesamten Wand der Kavität in mindestens einer der Werkzeughälften, wobei die Oberflächenschicht der Kavität aus induktiv erwärmbarem Material besteht und die in den Kanälen darunter liegenden Induktoren mittels hochfrequenter Ströme vor dem Auftreffen des schmelzflüssigen Kunststoffes auf die Oberflächenschicht induktiv auf eine definierte Temperatur erwärmt und das Spritzgießwerkzeug Kühlkanäle in mindestens einer Werkzeughälfte aufweist, die von einem Kühlmedium und/oder von einem Erwärmungsmedium durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (8) in dem Kanal (4) mittels mindestens eines Niederhalters (6) aus einem keramischen Werkstoff fixiert ist und dass die Kanäle (4) einschließlich des mindestens einen Niederhalters (6) mittels einer Verschließ- oder Aufspannplatte (2) verschließbar sind und dass der mindestens eine Niederhalter (6) H-förmig ausgebildet ist und mit seinem Querbalken auf den Induktor (8) drückt und diesen mit den beiden Schenkeln übergreift.Injection mold for the production of plastic moldings with two mold halves enclosing at least one cavity, with at least one or more integrated inductors for direct induction heating geometrically limited mold areas and / or the entire wall of the cavity in at least one of the mold halves, wherein the surface layer of the cavity inductively heatable material and the underlying inductors in the channels by means of high-frequency currents before the impact of the molten plastic on the surface layer inductively heated to a defined temperature and the injection mold has cooling channels in at least one mold half, of a cooling medium and / or of a heating medium can be flowed through, characterized in that the inductor (8) in the channel (4) by means of at least one hold-down (6) made of a ceramic material is fixed and that the channels (4) one Finally at least one hold-down (6) by means of a closing or clamping plate (2) are closed and that the at least one hold-down (6) is H-shaped and presses with its crossbar on the inductor (8) and this with the two legs overlaps.
Description
Die Erfindung betrifft ein Spritzgießwerkzeug für die Herstellung von Kunststoffformteilen mit zwei Werkzeughälften mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to an injection mold for the production of plastic moldings with two mold halves with the features specified in the preamble of
Aus der
Aus der
Die
Die Grundlagen der zur Anwendung kommenden Erwärmung durch Induktion innerhalb des Werkzeugs sind z. B. in der „Veröffentlichung IKFF” der Universität Stuttgart unter der Bezeichnung „Herstellung langer Kunststoffzeiger durch Spritzgießen” von A. Tewald, A. Laage und O. Thissen wiedergegeben. Eine vollständig integrierte induktive Beheizung und Impulskühlung von Spritzgießwerkzeugen ist in einem Beitrag zum 19. Stuttgarter Kunststoff-Kolloquium, 9. bis 10. März 2005, Symposium 3, „Kunststoffaufbereitung und -verarbeitung”, Verfasser A. Weber und W. Schinköthe (IKFF) erschienen. Der Beitrag ist veröffentlicht in der „IKFF 2005”. Die induktive Erwärmung erfolgt mittels verlegter Induktoren unterhalb der Kavitätsfläche. Die Induktoren sind in die Kanäle eingelegt und darin mittels einer keramischen Masse eingebettet. Die induktive Wärmeerzeugung beruht auf dem Transformatorprinzip. Ein von hochfrequentem (ca. 10 kHz bis 500 kHz) Wechselstrom hoher Stromstärke durchflossener Leiter, der Induktor, ist von einem elektromagnetischen Wechselfeld gleicher Frequenz umgeben. Da das Material, das die Kavität einschließt, ein leitfähiges Material ist, werden in einer dünnen Oberflächenschicht wiederum kurzgeschlossene elektrische Ströme induziert. Durch die Verlustleistung dieser Ströme am Ohmschen Widerstand des Materials entsteht die gewünschte Wärme, die zusätzlich zum Beheizen des Werkzeuges mit einem Wärmemedium eingebracht wird. Um die Erwärmung des Induktors selbst beherrschbar zu halten, wird dieser meist als Hohlleiter ausgeführt und mit Wasser durchströmt. Die Vorteile gegenüber anderen Methoden, Metalle zu erhitzen, sind vor allem die sehr hohe erzielbare Erwärmungsgeschwindigkeit, die im Material des zu erwärmenden Gegenstandes direkte Wärmebildung und die sehr hohe Leistung, die durch eine gegebene Oberfläche eingebracht werden kann.The basics of the applied induction heating within the tool are, for. B. in the "publication IKFF" of the University of Stuttgart under the name "production of long plastic hands by injection molding" by A. Tewald, A. Laage and O. Thissen reproduced. A fully integrated inductive heating and pulse cooling of injection molds is in a contribution to the 19th Stuttgart Plastics Colloquium, March 9-10, 2005,
Die Wärmeabfuhr erfolgt bei Spritzgusswerkzeugen am häufigsten durch eine Flüssigkeitskühlung in Form einer konstanten Durchströmung der Werkzeuggrundplatten mit einem Medium, das dann außerhalb des Werkzeuges wieder abgekühlt wird. Teilweise werden zusätzlich, selten auch ersatzweise, Verfahren mit noch höherem abführbaren Wärmestrom eingesetzt, wie z. B. elektrothermische Verfahren (Peltier-Elemente), Wärmerohre oder die Expansion von flüssigem Kohledioxid. Da der Wärmeeintrag ins Werkzeug nicht kontinuierlich erfolgt, sondern zyklisch zwischen Null und einem Maximalwert pendelt, ist eine Kühlung mit nahezu konstanter Wärmeabfuhr zwar normalerweise ausreichend, aber für problematische Teile nicht optimal. Hier schafft Impulskühlung Abhilfe, bei der die Wärmeabfuhr nur während der Zeiten erfolgt, in denen das durch den Wärmeeintrag erforderlich ist. Dies verhindert insbesondere bei hohen Kühlleistungen die Abkühlung des Werkzeugs auf zu niedrige Temperatur im phasengeringen Wärmeeintrag und die damit verbundene schlechtere Teilequalität. Bei vollständigem variothermen Betrieb – also mit Heizung und Kühlung im Wechsel – entsteht zwangsläufig eine Impulskühlung.The heat dissipation occurs in injection molding tools most often by a liquid cooling in the form of a constant flow through the tool base plates with a medium, which is then cooled outside the tool again. In part, in addition, rarely substitute, method with even higher dissipated heat flow used, such. As electrothermal processes (Peltier elements), heat pipes or the expansion of liquid carbon dioxide. Since the heat input into the tool is not continuous, but oscillates cyclically between zero and a maximum value, cooling with almost constant heat dissipation is usually sufficient, but not optimal for problematic parts. Here, pulse cooling creates a remedy, in which the heat dissipation only during the times when that is required by the heat input. This prevents the cooling of the tool to too low a temperature in the low-phase heat input and the associated poorer quality parts, especially at high cooling performance. In complete variothermal operation - ie with heating and cooling in alternation - inevitably creates a pulse cooling.
Aus der Druckschrift
Dies vorausgeschickt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgießwerkzeug der gattungsgemäßen Art weiterzubilden und es so zu gestalten, dass ein modularer Aufbau ermöglicht wird, unterschiedliche Stromleiter als Induktoren eingelegt werden können und diese dennoch in den Kanälen gesichert gehalten sind, ohne sie in eine isolierende Verbundmasse einbetten zu müssen. Durch geeignete Maßnahmen soll stets sichergestellt sein, dass auch Stromleiter mit unterschiedlichen Durchmessern in einem definierten Bereich gesichert in den Kanälen gehalten werden und einfach montierbar und auswechselbar sind. Eine weitere Teilaufgabe besteht darin, die Anordnung der Induktoren so vorzunehmen, dass die Kanäle, in denen sie liegen, auch für die Kühlung mit herangezogen werden können. Die für die Fixierung des Stromleiters benötigten Isolierteile sollen preiswert herstellbar und einsetzbar sein und eine sehr hohe Gebrauchsdauer und keinen Verschleiß aufweisen.With this in mind, it is the object of the invention to further develop an injection mold of the generic type and to design it so that a modular construction is made possible, different current conductors can be inserted as inductors and these are nevertheless kept secured in the channels, without them being insulated To embed composite mass. By suitable measures should always be ensured that even conductors with different diameters in a defined range secured in the channels are kept and are easy to install and replaceable. Another sub-task is to make the arrangement of the inductors so that the channels in which they lie, can also be used for the cooling with. The insulating parts needed for the fixation of the conductor should be inexpensive to manufacture and use and have a very long service life and no wear.
Die Aufgabe löst die Erfindung durch Ausgestaltung des Spritzgießwerkzeuges nach der Lehre des Anspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Spritzgießwerkzeuges nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.The object is achieved by the invention by designing the injection mold according to the teaching of
Die Lösung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Induktor in dem Kanal mittels mindestens eines Niederhalters aus einem keramischen Werkstoff fixiert ist und dass die Kanäle einschließlich der Niederhalter mittels einer Verschließplatte oder Aufspannplatte verschließbar sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Induktor in die offenen nutenförmigen Kanäle auf einfache Weise einlegbar ist und dass dann an bestimmten Stellen oder längs des Kanals eine Vielzahl von Niederhaltern eingesetzt werden kann, die beispielsweise durch eine Schraube, insbesondere Madenschraube, die in eine Bohrung der aufgesetzten Verschließplatte oder Aufspannplatte eingeschraubt werden, niedergedrückt wird. Der Niederhalter kann dabei aber auch aus der Schraube selbst gebildet sein, die verlängert ist und beispielsweise aus keramischem Werkstoff besteht und auf den Induktor drückt.The solution according to the invention is characterized in that the inductor is fixed in the channel by means of at least one hold-down made of a ceramic material and that the channels including the hold-down means of a closure plate or clamping plate can be closed. This embodiment has the advantage that the inductor in the open groove-shaped channels can be inserted easily and that then at certain points or along the channel a variety of hold-down can be used, for example, by a screw, in particular grub screw in a hole the attached closing plate or clamping plate are screwed, is depressed. The hold-down can also be formed from the screw itself, which is extended and, for example, consists of ceramic material and presses on the inductor.
Der Niederhalter kann aber auch als Block in den Kanal eingesetzt werden oder in eine Aufnahme innerhalb des Kanals und darin dann beispielsweise über eine in eine seitliche, geteilte Gewindebohrung, bei der die erste Hälfte des Gewindes in den Niederhalter und der zweite Teil des Gewindes in der aus Stahl bestehenden Werkzeugplatte eingebracht ist, durch eine eingeschraubte Schraube gesichert werden. Kommt hier beispielsweise eine Madenschraube aus keramischem Werkstoff oder Metall zur Anwendung, so kann diese eingeführt werden und presst dabei gleichzeitig den Niederhalter gegen den Induktor.The hold-down can also be used as a block in the channel or in a receptacle within the channel and then, for example via a in a side, split threaded bore, wherein the first half of the thread in the hold-down and the second part of the thread in the made of steel existing tool plate is secured by a screwed screw. If, for example, a grub screw made of ceramic material or metal is used here, it can be inserted while at the same time pressing the hold-down device against the inductor.
Als Niederhalter kann aber auch ein aus keramischem Werkstoff gefertigter Halter definierter Form, z. B. in H-Form, verwendet werden, so dass der Induktor durch Übergreifen der Schenkel gegenüber den Seitenwänden gleichzeitig seitlich elektrisch isoliert ist. Wenn darüber hinaus die Bodenwand des Kanals mit einer Isolierschicht versehen ist, beispielsweise eine dünne Keramikfolie eingelegt ist, ist eine hermetische elektrische Isolierung gegeben. Die Beschichtung kann selbstverständlich auch an den Seitenwänden des Kanals vorgesehen sein. Auch kann der Niederhalter als Block in Längsrichtung des Kanals Durchbrüche aufweisen.As hold-down but can also be made of a ceramic material holder defined form, z. B. in H-form, can be used, so that the inductor is at the same time laterally electrically insulated by spreading the legs relative to the side walls. In addition, if the bottom wall of the channel is provided with an insulating layer, for example, a thin ceramic film is inserted, a hermetic electrical insulation is given. The coating can of course also be provided on the side walls of the channel. Also, the hold-down can have as a block in the longitudinal direction of the channel openings.
Es ist aber auch möglich, den Induktor mit einer Isolierschicht bekannter Art mindestens außen zu versehen, so dass er in dem Kanal elektrisch isoliert gelagert ist. Bei dieser Ausführung können dann die weiteren Mittel zur elektrischen Isolation entfallen und es braucht nur der Niederhalter aus einem solchen Material zu bestehen. Der Kanal ist in die Formplatte eingebracht, die aus magnetisierbarem Material besteht.But it is also possible to provide the inductor with an insulating layer of known type at least outside, so that it is mounted electrically isolated in the channel. In this embodiment, then the further means for electrical insulation can be omitted and it only needs the hold-down to consist of such a material. The channel is introduced into the mold plate, which consists of magnetizable material.
Nach dem Einlegen des Induktors und dem Fixieren desselben mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Niederhaltern kann der Kanal zugleich auch als Kühlkanal verwendet werden, wenn die Niederhalter so platziert sind, dass seitlich an dem Induktor das Kühlmedium entlangströmen kann. Es können in den Niederhalter aber auch Durchströmöffnungen eingebracht sein, durch die das Kühlmedium ungehindert hindurchfließen kann. Der Kanal wird zu diesem Zweck von der Verschließplatte oder Aufspannplatte abdichtend verschlossen. Durch den Niederhalter ist zudem eine Verwirbelung des Kühlmediums an den Strömungskanten gegeben, was der Wärmeabfuhr bei der Impulsabkühlung förderlich ist. Auch können die Lagerkammern, die größer sein können als die Kanalbreite, entsprechend ausgebildet sein, um diesen Kühleffekt an bestimmten Stellen zu beschleunigen. Die Kühlung des Werkzeuges ist nach dem Abspritzen mit der heißen Kunststoffmasse erforderlich, damit vor dem Öffnen des Werkzeuges und dem Ausstoßen des abgespritzten Formteils dieses die Formstabilität behält.After inserting the inductor and fixing it with the holding devices provided according to the invention, the channel can at the same time also be used as a cooling channel if the hold-downs are placed so that the cooling medium can flow laterally past the inductor. It can be introduced into the hold-down but also flow openings through which the cooling medium can flow through unhindered. The channel is sealed for this purpose by the sealing plate or clamping plate. By the Downholder is also given a turbulence of the cooling medium at the flow edges, which is the heat dissipation in the pulse cooling beneficial. Also, the storage chambers, which may be larger than the channel width, be designed to accelerate this cooling effect at certain points. The cooling of the tool is required after spraying with the hot plastic mass, so that before the opening of the tool and the ejection of the molded part of this keeps the dimensional stability.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kanal eine Vielzahl von Aufnahmen für Niederhalter aufweist. In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, dass der Induktor in bekannter Weise aus einem röhrenförmigen Hohlleiter besteht und dass dieser zusätzlich mit einem Kühlmittel oder auch für die schnelle Erwärmung des Werkzeuges für den nächsten Spritzvorgang mit einem Erwärmungsmedium durchströmbar ist. Es können also eine Erwärmung und Kühlphase sowohl über den Kanal als auch zusätzlich oder allein über den Hohlleiter erfolgen.In a further embodiment it is provided that the channel has a plurality of recordings for hold-down. In another embodiment, it is provided that the inductor in a known manner consists of a tubular waveguide and that this is additionally traversed by a coolant or for rapid heating of the tool for the next injection molding process with a heating medium. So it can be done both via the channel and in addition or alone on the waveguide heating and cooling phase.
Um die Effizienz bei der Kühlung der Kavitätsoberfläche und bei der Erwärmung mittels Induktion zu erhöhen, ist es zweckmäßig, in dem Kanal eine Längsvertiefung, z. B. halbschalenförmig, vorzusehen, in die der Induktor mit angepasster Form eingelegt wird. Dadurch liegen größere Oberflächen direkt am Material der Formplatte an. Ein so eingebetteter Induktor wird vom Niederhalter, der auf die Oberseite des Induktors drückt, gegen die Lagerfläche gedrückt.In order to increase the efficiency in the cooling of the cavity surface and in the heating by induction, it is expedient in the channel a longitudinal recess, for. B. shell-shaped, provide, in which the inductor is inserted with adapted form. As a result, larger surfaces are directly on the material of the mold plate. An inductor embedded in this way is pressed against the bearing surface by the hold-down device, which presses against the upper side of the inductor.
Das Werkzeug kann selbstverständlich auch zusätzlich zu den Kanälen, in denen der Induktor verlegt ist, auch weitere Kühlkanäle in mindestens einer Werkzeughälfte aufweisen, um eine schnellere Aushärtung des Kunststoffformteils zu erreichen und damit die Arbeitszyklen des Werkzeuges zu erhöhen.The tool can of course also in addition to the channels in which the inductor is laid, also have additional cooling channels in at least one mold half in order to achieve a faster curing of the plastic molding and thus to increase the working cycles of the tool.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele ergänzend erläutert.The invention will be explained in the following with reference to the embodiments illustrated in the drawings.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
In der in isometrischer Darstellung vereinfacht dargestellten Werkzeughälfte eines Spritzgießwerkzeuges gemäß
Aus der skizzenhaften Zeichnung sind die Kanäle
Erfindungsgemäß wird der Induktor
Das Ausführungsbeispiel in
Eine Abwandlung zu
In
Es ist ersichtlich, dass ein Kanal
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Formplattemold plate
- 22
- Aufspannplatteplaten
- 33
- Kavität/KavitätenwandCavity / cavity wall
- 44
- Kanalchannel
- 55
- Kühlkanalcooling channel
- 66
- NiederhalterStripper plate
- 77
- Kanalvertiefungchannel deepening
- 88th
- Induktorinductor
- 99
- Madenschraubegrub screw
- 1010
- Gewindebohrungthreaded hole
- 1111
- Aufnahmeadmission
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: DIE PATENTERIE GBR PATENT- UND RECHTSANWALTSSO, DE |
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R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |