-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Spritzguss-Teilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Heizkopf zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 17 sowie ein Verfahren zur Herstellung von Spritzgussteilen nach Anspruch 18.
-
Derartige Vorrichtungen sind in der Technik weit verbreitet und bestehen im Wesentlichen aus der eigentlichen Spritzgussmaschine sowie einem wenigstens zweiteiligen Werkzeug, welches in der Spritzgussmaschine aufgenommen ist. Die Spritzgussmaschine kann die beiden Werkzeughälften in einer ersten Richtung (Öffnungsrichtung/Schließrichtung) relativ zueinander bewegen, so dass diese in eine geöffnete und eine geschlossene Stellung gebracht werden können, wobei das Einspritzen des Kunststoffes in der geschlossenen Stellung, in welcher zwischen den beiden Werkzeughälften ein Hohlraum gebildet ist, und die Entnahme des Spritzlings in der geöffneten Stellung erfolgt. Die Wandung des umschlossenen Hohlraums hat wenigstens zwei Wandungsabschnitte, wobei ein erster Wandungsabschnitt durch einen Oberflächenabschnitt der ersten Werkzeughälfte und ein zweiter Wandungsabschnitt durch einen Oberflächenabschnitt der zweiten Werkzeughälfte gebildet wird.
-
Die Temperaturführung ist für die Eigenschaften und die Qualität der erzeugten Spritzlinge (oder Spritzguss-Teile; diese beiden Begriffe werden in dieser Anmeldung synonym verwendet) wesentlich. Um ein zu schnelles Erstarren des eingespritzten Kunststoffes zu verhindern, ist es hierbei bekannt, Teile des Werkzeugs, insbesondere solche, welche einen Wandungsabschnitt (oder einen Bereich desselben) des vom Werkzeug umschlossenen Hohlraums bilden oder zu diesem benachbart sind, vor und/oder während des Einspritzens zu erwärmen. Hierdurch kann insbesondere die Abbildungsgenauigkeit verbessert und die Ausbildung von Bindenähten unterbunden werden. Allgemein lässt sich sagen, dass eine hohe Oberflächentemperatur der Wandung des Hohlraumes (oder eines Abschnitts derselben) die Eigenschaften des hergestellten Spritzlings praktisch immer verbessert, sowohl hinsichtlich seiner Oberflächeneigenschaften als auch seiner gesamten Integrität.
-
Problematisch an der Beheizung (oder teilweisen Beheizung) der Wandung des Hohlraums ist, dass der Spritzling (d. h. somit zumindest auch ein Teil des Werkzeugs) vor dem Öffnen des Werkzeugs und vor der Entnahme des Spritzlings gekühlt werden muss, damit der Kunststoff erstarrt und der Spritzling seine gewünschte Form nach dem Öffnen und nach dem Entformen behält. Somit ist bei jedem Produktionszyklus ein Erwärmen und ein Abkühlen des Werkzeugs notwendig, was zum einen die Zykluszeit erhöht und zum anderen natürlich sehr energieaufwendig ist.
-
Soll ein Teil des Werkzeugs vor/während des Einspritzens des Kunststoffes erwärmt werden, so geschieht dies meistens durch Beheizungselemente, welche integraler Bestandteil des Werkzeugs sind. Solche Heizelemente können insbesondere elektrisch arbeiten.
-
Es ist weiterhin bekannt geworden, dass die Erwärmung wenigstens eines Wandungsabschnitts des Hohlraums von außen, insbesondere bei geöffnetem Werkzeug, erfolgt, nämlich mittels Laser- oder Wärmestrahlung.
-
Die Kühlung des Werkzeugs erfolgt fast immer durch Kühlkanäle, welche Teil des Werkzeugs sind.
-
Hiervon ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass eine hohe Qualität der Spritzlinge mit relativ geringem Energieaufwand erreicht werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
-
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Heizkopf auf, welcher bei geöffnetem Werkzeug zwischen die beiden Werkzeughälften eingefahren werden kann und welcher einen Heißluftstrom abgeben kann, mittels dessen wenigstens ein Bereich eines Wandungsabschnittes des Hohlraums erwärmt werden kann. Um dies erreichen zu können, muss der Heizkopf wenigstens in einer Richtung, welche von der Öffnungsrichtung des Werkzeugs verschieden ist, bewegbar sein. Da es zu bevorzugen ist, dass sich bei der Beheizung des entsprechenden Oberflächenabschnittes der Heizkopf sehr nahe bei diesem findet, ist es zu bevorzugen, dass dieser auch in Öffnungsrichtung des Werkzeugs bewegbar ist. Um diese Bewegungen erzeugen zu können, ist der Heizkopf vorzugsweise mit einem Roboter oder einem sogenannten „Handling” gekoppelt.
-
Die Beheizung mittels eines Heißluftstromes hat zahlreiche Vorteile: Zum einen lässt sich in relativ kurzer Zeit ein Bereich des Werkzeugs in einer hinreichenden, aber nicht zu großen Tiefe erwärmen, weiterhin ist die Erwärmung weitgehend unabhängig von der Oberflächenstruktur des zu erwärmenden Bereichs des Wandungsabschnitts des Hohlraums. Insbesondere können auch polierte Bereiche problemlos erwärmt werden, was bei einer ausschließlichen Erwärmung durch Wärmestrahlen/Laser nicht, oder nur schlecht möglich ist.
-
Da der Heizkopf natürlich selbst heiße Bereiche aufweisen muss, gibt dieser zusätzlich zu dem heißen Luftstrom auch Wärmestrahlung ab, welche zur Erwärmung eines Wandungsabschnitts beiträgt. Die sich so ergebende Kombination aus einer Erwärmung durch den Heißluftstrom und durch die Strahlungswärme ist sehr günstig und führt zu einer gewollt schnellen Erwärmung der betreffenden Oberfläche.
-
Der Warmluftstrom kann vollständig durch den Heizkopf selbst erzeugt werden, wozu dieser insbesondere wenigstens einen Heizdraht und wenigstens einen Ventilator aufweisen kann. Es ist jedoch ebenso möglich, die Heißluft dem Heizkopf zuzuführen oder dem Heizkopf Kaltluft, insbesondere in Form von Druckluft, zuzuführen und diese im Heizkopf (auch hier insbesondere elektrisch) zu erwärmen.
-
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der Heizkopf ganz oder teilweise der Form des zu erwärmenden Bereiches eines Wandungsabschnitts folgt.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Heißluft im Wesentlichen in einem Kreislauf geführt, was insbesondere sehr energieeffizient ist.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 eine vergrößerte Darstellung des Heizkopfs aus 1,
-
3 eine Draufsicht aus Richtung R in 2,
-
4 das in 1 Gezeigte zu Beginn eines Arbeitszyklus,
-
5 das in 4 Gezeigte, nachdem der Heizkopf in einer ersten Bewegung zwischen die beiden in 4 gezeigten Werkzeughälften eingefahren wurde,
-
6 das in 5 Gezeigte nach Verfahren des Heizkopfes in Schließrichtung des Werkzeugs,
-
7 das in 6 Gezeigte nach dem Herausfahren des Heizkopfs aus dem Werkzeug,
-
8 das in 7 Gezeigte nach Schließen des Werkzeugs,
-
9 das in 8 Gezeigte nach Einspritzen des Kunststoffs in den Hohlraum,
-
10 das in 9 Gezeigte nach Öffnen und Entformen des gebildeten Spritzguss-Teils (Spritzling),
-
11 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer der 6 entsprechenden Darstellung,
-
12 einen Schnitt entlang der Ebene D-D in 11,
-
13 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung, in welcher nur der Heizkopf, die zweite Werkzeughälfte und ein Lufterhitzer dargestellt sind, in einem Arbeitszustand, welcher im Wesentlichen dem der 5 entspricht,
-
14 das in 13 Gezeigte in einem Arbeitszustand, welcher im Wesentlichen dem der 6 entspricht,
-
15 eine Variante zu dem in den 13 und 14 gezeigten Heizkopf,
-
16 eine weitere Variante zu dem in den 13 und 14 gezeigten Heizkopf,
-
17 eine weitere Variante zu dem in den 13 und 14 gezeigten Heizkopf,
-
18 eine weitere Variante zu dem in den 13 und 14 gezeigten Heizkopf,
-
19 eine weitere Ausführungsform eines Heizkopfes in einer der 2 entsprechenden Darstellung,
-
20 eine Draufsicht auf das in 19 Gezeigte aus Richtung R1,
-
21 eine Variante des in 20 Gezeigten,
-
22 eine weitere Variante des in 20 Gezeigten,
-
23 das in 19 Gezeigte, wobei neben der Austrittsdüse ein Luftleitelement angeordnet ist.
-
24 eine Variante des in 19 Gezeigten mit zwei Austrittsdüsen.
-
Die 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt alle Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche notwendig sind, um die Erfindung zu verstehen; hierfür nicht notwendige Teile sind nicht dargestellt. Die Vorrichtung weist eine erste Werkzeughälfte 10, nämlich die stationäre Werkzeughälfte, und eine zweite Werkzeughälfte 15, nämlich die bewegliche Werkzeughälfte, auf. Die eigentliche Spritzgussmaschine, das heißt der Maschinenrahmen usw., ist nicht dargestellt; der Aufbau einer solchen Spritzgussmaschine ist jedoch hinlänglich bekannt. Die zweite Werkzeughälfte 15 ist in einer ersten Richtung, nämlich der X-Richtung, beweglich, so dass sie auf die erste Werkzeughälfte 10 hin und von dieser weg bewegt werden kann. Hierzu kann beispielsweise eine Kolben-Zylinder-Einheit 19 dienen, welche die zweite Werkzeughälfte 15 mit einer Abstützplatte 18 verbindet. Andere Bewegungseinrichtungen, wie beispielsweise eine Kniehebelkonstruktion, sind natürlich ebenso möglich.
-
Im geschlossenen Zustand umschließen die beiden Werkzeughälften 10, 15 einen Hohlraum 16 (s. insbesondere 8), welcher von einem Oberflächenabschnitt der ersten Werkzeughälfte (erster Wandungsabschnitt 10a) und von einem Oberflächenabschnitt der zweiten Werkzeughälfte 15 (zweiter Wandungsabschnitt 15a) begrenzt wird. Im gezeigten schematischen Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum geometrisch sehr einfach geformt, er wird nämlich lediglich durch eine scheibenförmige Ausnehmung in der zweiten Werkzeughälfte 15 gebildet, während die Oberfläche der ersten Werkzeughälfte 10 plan ist. Es ist natürlich zu betonen, dass der Hohlraum 16 auch andere und vor allem kompliziertere Formen aufweisen kann, insbesondere auch solche, bei denen sich der Hohlraum 16 in beide Werkzeughälften erstreckt.
-
Es ist weiterhin eine Plastifiziereinheit 20 vorhanden, deren Einspritzdüse 22 an den Eingang des Gusskanals 12 der ersten Werkzeughälfte 10 anlegbar ist.
-
Das bis hierhin Beschriebene ist eine gewöhnliche Spritzgussmaschine nach dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäße Neuerung ist ein Heizkopf 30, wie er in 1 und vergrößert in 2 dargestellt ist. Dieser Heizkopf 30 muss keine direkte Verbindung zur Spritzgussmaschine haben und ist über eine Bewegungseinrichtung (d. h. über einen Roboter oder ein sogenanntes Handling) zwischen die beiden Werkzeughälften 10, 15 bewegbar, wenn sich diese in ihrer geöffneten Stellung befinden. Hierbei ist es zwingend erforderlich, dass die Bewegungseinrichtung den Heizkopf 30 in einer Richtung bewegen kann, welche verschieden von der Öffnungs- bzw. der Schließrichtung des Werkzeugs (X-Richtung) und vorzugsweise senkrecht zu dieser ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies die Z-Richtung, es könnte sich jedoch insbesondere auch um die Y-Richtung handeln. Eine Schwenkbewegung in der YZ-Ebene wäre ebenfalls möglich. Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient zur Bewegung in Z-Richtung der in Vertikalrichtung bewegliche vertikale Arm 52, an dessen einem Ende der Heizkopf 30 befestigt ist. Es ist zu bevorzugen, dass der Heizkopf 30 auch in einer Richtung parallel zur Öffnungs-/Schließrichtung (X-Richtung) des Werkzeugs beweglich ist; hierzu dient der horizontale Arm 50, welcher in horizontaler Richtung bewegbar ist und dessen eines Ende die Aufnahme für den vertikalen Arm 52 trägt. Auch hier ist zu betonen, dass die Bewegungseinrichtung nur sehr schematisch dargestellt ist; an dieser Stelle können prinzipiell beliebige Industrieroboter eingesetzt werden. Weiterhin sind auch die in der Technik bekannten Entnahmehandlings für diese Aufgabe geeignet.
-
Der Heizkopf 30 hat die Aufgabe, wenigstens einen Bereich wenigstens einer der beiden Wandungsabschnitte des Hohlraumes 16 bei geöffnetem Werkzeug zu erwärmen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient der Heizkopf dazu, den gesamten zweiten Wandungsabschnitt 15a zu erwärmen; es könnte jedoch genauso gut nur ein Teil desselben sein oder der erste Wandungsabschnitt 10a oder ein Teil desselben. Grundsätzlich wäre es sogar möglich, den Heizkopf so auszugestalten, dass er gleichzeitig beide Wandungsabschnitte 10a, 15a erwärmt, oder zwei Heizköpfe vorzusehen, wobei einer den ersten Wandungsabschnitt 10a (oder einen Teil desselben) und ein zweiter Heizkopf den zweiten Wandungsabschnitt 15a (oder einen Teil desselben) erwärmt.
-
Es ist weiterhin zu betonen, dass nur eine konkrete mögliche Konstruktion des Heizkopfes 30 gezeigt ist, zahlreiche andere Konstruktionen wären jedoch möglich; auf einen Teil derselben wird später noch textlich eingegangen.
-
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Heizkopf 30 eine kreisförmige Frontplatte 32 auf, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Ausnehmung in der zweiten Werkzeughälfte 15, welche den Hohlraum 16 definiert. In der Frontplatte 32, welche vorzugsweise aus Metall besteht, ist eine Mehrzahl von Bohrungen 32a angeordnet.
-
An die Frontplatte 32 schließt sich ein hohlzylindrisches Zwischenteil 36 an, welches vorzugsweise eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und beispielsweise aus Keramik bestehen kann. An dieses hohlzylindrische Zwischenteil 36 schließt sich eine Rückplatte 34 mit einer großen zentralen Durchbrechung an, in welcher ein Ventilator 40 angeordnet ist. Der Ventilator 40 wird durch einen Antriebsmotor 42 angetrieben, welcher über Stege 44 mit der Rückplatte 34 verbunden ist. Frontplatte 32, Rückplatte 34 und hohlzylindrisches Zwischenteil 36 umschließen somit einen Zwischenraum, durch welchen sich wenigstens eine als Glühdraht dienende Heizwendel 38 erstreckt.
-
Die Funktionsweise des Heizkopfes ist einfach: Durch den Ventilator 40 wird Umgebungsluft in den Zwischenraum geblasen, diese wird durch die Heizwendel 38 erhitzt und verlässt den Heizkopf durch die Bohrungen 32a. Hierdurch wird auch die aus Metall bestehende Frontplatte 32 erwärmt, so dass sie als Wärmestrahler dient.
-
Die 4 bis 10 zeigen einen vollständigen Produktionszyklus der eben beschriebenen Vorrichtung: In 4 ist das Werkzeug offen und der Heizkopf 30 befindet sich außerhalb des Werkzeuges. In einem ersten Schritt, wie er in 5 gezeigt ist, wird der Heizkopf 30 in einer ersten Bewegung, nämlich in Z-Richtung, zwischen die beiden Werkzeughälften 10, 15 eingebracht und anschließend in X-Richtung in Richtung der zweiten Werkzeughälfte 15 bewegt; da es bei dieser zweiten Bewegung natürlich nur auf eine Relativbewegung zwischen Heizkopf 30 und zweiter Werkzeughälfte 15 ankommt, könnte dies auch durch eine Bewegung der zweiten Werkzeughälfte 15 erfolgen (sofern ein Oberflächenabschnitt der ersten Werkzeughälfte erwärmt werden soll). Um eine möglichst gute Aufheizung des zweiten Wandungsabschnittes 15a zu erzielen, kann sich der Heizkopf 30 bis in die Ausnehmung in der zweiten Werkzeughälfte erstrecken. Durch den aus dem Heizkopf 30 austretenden Heißluftstrom und durch die von der Frontplatte 32 abgegebene Wärmestrahlung wird der zweite Wandungsabschnitt 15a erwärmt. Nach Abschluss dieser Erwärmung, welche beispielsweise einige Sekunden dauern kann, wird der Heizkopf 30 aus dem Raum zwischen den beiden Werkzeughälften herausgefahren (7). Anschließend wird das Werkzeug zusammengefahren, d. h. die zweite Werkzeughälfte 15 wird in Anlage mit der ersten Werkzeughälfte 10 gebracht (8) und flüssiger Kunststoff wird in den Hohlraum 16 in gewohnter Weise eingespritzt (9). Nun wird das Werkzeug (gegebenenfalls nach Kühlung) wieder auseinander gefahren und das erzeugte Spritzgussteil S (Spritzling) wird ausgeworfen oder entnommen (10). Hier beginnt dann ein neuer Zyklus.
-
Die 11 und 12 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist hier der Durchmesser des Heizkopfes 30 wesentlich kleiner als der zu erwärmende zweite Wandungsabschnitt der zweiten Werkzeughälfte 15. Im konkret gezeigten Ausführungsbeispiel heißt dies, dass der Durchmesser des Heizkopfes 30 kleiner ist als der Durchmesser des kreisförmigen Hohlraumes 16. Hierbei ist auch zu betonen, dass diese Ausführungsform natürlich nicht auf die gezeigte Geometrie beschränkt ist. Der Heizkopf 30 ist durch den Roboter/das Handling in drei Achsen beweglich, nämlich auch in Y-Richtung (siehe hierzu insbesondere 12), was bei der ersten Ausführungsform nicht notwendig ist. Hierdurch kann der Heizkopf 30 den zu erwärmenden zweiten Wandlungsabschnitt 15a (oder auch nur einen Bereich desselben) „abfahren”. Je nach konkreten Gegebenheiten kann dies gegenüber der ersten Ausführungsform vor allem zwei Vorteile haben: Zum einen kann der selbe Heizkopf bei einer Vielzahl verschiedener Spritzgussformen eingesetzt werden und zum anderen kann die Erwärmung von Einzelbereichen des jeweiligen Oberflächenabschnittes sehr gezielt, also selektiv erfolgen.
-
Wie dies bereits erwähnt wurde, ist die Konstruktion des Heizkopfes nur an einem Beispiel erläutert. Hierbei sind viele Varianten denkbar, wobei eine von großem praktischem Wert derart ausgestaltet ist, dass dem Heizkopf Pressluft/Druckluft aus dem Netz der Produktionsfirma zugeführt wird, welche dann im Heizkopf (vorzugsweise elektrisch) erwärmt wird.
-
Die 13 und 14 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung, welche vor allem dann geeignet ist, wenn ein gesamter Wandungsabschnitt (hier der zweite Wandungsabschnitt 15a der beweglichen Werkzeughälfte) erwärmt werden soll. Hier weist der Heizkopf 30 eine Glocke 60 auf, welche vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden Material besteht oder zumindest eine Schicht aus einem wärmeisolierenden Material aufweist. Diese Glocke umgibt ein bestimmtes Raumvolumen und die Glocke 60 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass ihr Rand möglichst dicht auf die betreffende Werkzeughälfte aufgesetzt werden kann, wozu die Glocke beispielsweise eine Dichtlippe 61, insbesondere in Form eines Blechstreifens, aufweisen kann. Es sind jedoch auch Ausführungsbeispiele ohne eine solche Dichtlippe möglich. Sofern der Rand der Glocke, wie dies bevorzugt ist, auf eine der beiden Werkzeughälften aufgesetzt wird, so ist es zwingend erforderlich, dass der Rand der Glocke außerhalb des die Wandung des Hohlraumes bildenden Oberflächenabschnitts der betreffenden Werkzeughälfte liegt, da diese Oberfläche nicht beschädigt werden darf. Der Heizkopf verfügt über wenigstens eine Zulufteinrichtung und wenigstens eine Ablufteinrichtung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass sich in die Glocke 60 zwei Rohre, nämlich ein Zuluftrohr 64 und ein Abluftrohr 66 erstrecken. Im in den 13 und 14 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Zwischenlage 62 (in der Regel ein Blech) vorgesehen, durch welche sich die beiden Rohre erstrecken
-
Die Glocke ist, wie der Heizkopf der ersten beiden Ausführungsformen auch, mit einem Handling/Roboter verbunden, so dass sie, wie dies bereits beschrieben wurde, in ein geöffnetes Werkzeug eingefahren werden kann. Dies ist der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht nochmals dargestellt. Eine wenigstens zweiachsige Beweglichkeit ist auch hier zu bevorzugen.
-
Weiterhin ist ein Lufterhitzer 80 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der dritten Ausführungsform ist dieser Lufterhitzer 80 von der Glocke 60 getrennt (was zu bevorzugen, aber nicht unbedingt zwingend ist) und ein Luftauslass 86 des Lufterhitzers 80 ist über einen Zuluftschlauch 70 mit dem Zuluftrohr 64 verbunden und ein Hauptlufteinlass 82 des Lufterhitzers 80 ist mit dem Abluftrohr 66 verbunden. Bei diesen Schläuchen kann es sich beispielsweise um Metallschläuche mit einer isolierenden Ummantelung handeln. Grundsätzlich wäre auch eine starre Ankupplung des Lufterhitzers 80 an die Glocke 60 denkbar, so dass in diesem Fall keine flexiblen Schläuche notwendig wären.
-
Der Lufterhitzer 80 weist ein Gehäuse 82 mit dem genannten Luftauslass 86 und dem genannten Hauptlufteinlass 82 auf. Weiterhin ist ein Nebenlufteinlass 84 vorgesehen. Innerhalb des Gehäuses ist beispielsweise ein Ventilator 88 und eine Heizwendel 88 angeordnet.
-
Die Heizluft wird im Kreis geführt, so dass der Energieaufwand minimiert ist, da bei auf die Werkzeughälfte aufgesetzter Glocke 60 (siehe 14) nur wenig Heizluft entweichen kann und somit verloren geht. Um eine eventuelle Luft-Leckage auszugleichen, weist der Lufterhitzer 80 den Nebenlufteinlass 84 auf, da die Möglichkeit bestehen sollte, Luft, die beispielsweise zwischen dem Rand der Glocke und der Werkzeugoberfläche entweicht, auszugleichen. Es kann ein Regelventil vorgesehen sein, so dass die Zufuhr von „Frischluft” geregelt oder zumindest gesteuert werden kann.
-
Wie man insbesondere der 14 entnimmt, wird die Heizluft bei dieser dritten Ausführungsform der Erfindung im Kreis geführt, sie wird nämlich durch den Luftauslass 86 aus dem Lufterhitzer 80 ausgestoßen, gelangt über den Zuluftschlauch 70 in das Zuluftrohr 64 des Heizkopfes 30 und gelangt von dort in einen Bereich zwischen dem Heizkopf 30 – hier nämlich zwischen Glocke 60/Zwischenlage 62 und dem zweiten Wandlungsabschnitt 15a der zweiten Werkzeughälfte 15. Außer einer eventuellen Leckage kann die Heizluft diesen Bereich nur wieder durch das Abluftrohr 66 verlassen, so dass sie über den Abluftschlauch 72 wieder den Lufterhitzer 80 zugeführt wird, nämlich über dessen Hauptlufteinlass 82. Somit ist der Wärmeverlust sehr gering und die Vorrichtung kann energieeffizient arbeiten. Der Lufterhitzer 80 arbeitet vorzugsweise nur dann, wenn sich der Heizkopf 30 in der in 14 gezeigten Stellung (entspricht der in der 6 gezeigten Stellung des ersten Ausführungsbeispiels) befindet und ist ansonsten ausgeschaltet.
-
Die 15 bis 18 zeigen einige Varianten des Heizkopfes der 13 und 14: In 15 ist die Zwischenlage 62 als Lochblech ausgebildet und das Zuluftrohr 64 endet oberhalb dieses Lochbleches während sich das Abluftrohr 66 durch dieses hindurch erstreckt. Dies führt zu einer recht gleichmäßigen Erwärmung des zweiten Wandlungsabschnittes 15.
-
Im Ausführungsbeispiel der 16 weist die vorzugweise aus Blech bestehende Zwischenlage 62 nur einige „gezielte” Durchbrechungen, beispielsweise in Form von Löchern oder Schlitzen auf, die übrige Geometrie entspricht dem in 15 Gezeigten. Mit diesem Ausführungsbeispiel lassen sich insbesondere einige Bereiche des zweiten Wandungsabschnittes 15a stärker erwärmen.
-
Die 17 zeigt in gewisser Weise ein Umkehrung des in 15 Gezeigten: Hier erstreckt sich das Zuluftrohr 64 durch die als Lochblech gestaltete Zwischenlage 62 hindurch, während das Abluftrohr 66 erst oberhalb dieser Zwischenlage 62 beginnt. Auch hier erfolgt eine Erwärmung des gesamten zweiten Wandlungsabschnittes 15a, wobei jedoch der Bereich benachbart zum Ende des Zugluftrohres 64 speziell erwärmt wird.
-
Die 18 zeigt einen Ausführungsbeispiel, welches dem in 14 Gezeigten ähnlich ist, bei dem auf eine Zwischenlage jedoch vollständig verzichtet ist.
-
Das Vorsehen einer Zwischenlage hat den besonderen Vorteil, dass sich eine „Standard-Glocke” einfach auf ein spezielles Werkzeug anpassen lässt.
-
Die 19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizkopfes 30. Dieser weist ein Heizelement 100 auf, welches aus einem Hohlkörper 110 und einer in dem Hohlkörper aufgenommenen elektrischen Heizeinrichtung 120 besteht. Der Hohlkörper 110 ist in 19 einstückig dargestellt, was jedoch nicht zwangsläufig ist. Der Hohlkörper ist vorzugsweise rotationssymmetrisch. Das Innere des Hohlkörpers weist drei Abschnitte auf, nämlich einen Heizabschnitt 112, einen Verjüngungsabschnitt 114 und einen Düsenabschnitt 116, welcher in einer Austrittsdüse 116a endet. Wesentlich ist, dass der Querschnitt der Austrittsdüse 116a kleiner ist als der Querschnitt des Heizabschnitts 112, wobei das Vorsehen eines konisch zulaufenden Verjüngungsabschnitts 114 und eines gerade verlaufenden Düsenabschnitts 116 mit konstantem Querschnitt zu bevorzugen ist. Im Heizabschnitt 112 ist die axial durchströmbare elektrische Heizeinrichtung 120 angeordnet (die elektrischen Anschlüsse sind nicht dargestellt), welche vorzugsweise einen Großteil des Heizabschnitts 112 ausfüllt, insbesondere in radialer Richtung. Sofern der Hohlkörper aus Metall (und nicht aus einer hitzebeständigen Keramik, was ebenfalls möglich wäre) gefertigt ist, ist es zu bevorzugen, radial zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 120 und dem Hohlkörper 110 ein rohrförmiges Wärmeisolationselement vorzusehen (nicht dargestellt).
-
Im Betrieb wird das der Austrittsdüse 116a abgewandte Ende des Inneren des Hohlkörpers 110 mit Druckluft beaufschlagt. Dies könnte grundsätzlich unmittelbar dadurch geschehen, dass der Hohlkörper 110 einen Anschluss für einen Druckluftschlauch trägt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel (und dies ist auch bevorzugt), ist der Hohlkörper an einem Druckluftkasten 130 angeordnet und das Innere des Hohlkörpers 110 steht mit dem Inneren des Druckluftkastens 130 in Strömungsverbindung, wozu der Druckluftkasten eine Überströmöffnung 134 aufweist. Zur Anordnung am Druckluftkasten 130 kann der Hohlkörper einen Flansch 111 oder auch ein Gewinde tragen. Die Druckluftversorgung des Druckluftkastens 130 und damit auch die des Heizelements 100 erfolgt über einen Druckluftanschluss 132 des Druckluftkastens 130.
-
Im Betrieb durchströmt die Druckluft vom Druckluftkasten 130 kommend zunächst den Heizabschnitt 112 des Hohlkörpers 110 und damit die elektrische Heizeinrichtung 120 mit im wesentlichen gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung. Die elektrische Heizeinrichtung 120 kann relativ groß, beispielsweise mit einem Durchmesser zwischen 2 und 5 cm und einer Länge zwischen 4 und 8 cm, und mit einer hohen thermischen Leistung, beispielsweise zwischen 600 und 1500 Watt, ausgebildet sein, so dass der Druckluftstrom eine große Wärmemenge aufnehmen kann. Beim Durchströmen des Verjüngungsabschnitts 114 erhöht sich bei im Wesentlichen gleichbleibender hoher Temperatur die Strömungsgeschwindigkeit des Druckluftstroms, so dass seine Energiestromdichte zunimmt und ein Druckluftstrahl mit entsprechend hoher Energiestromdichte aus der Austrittsdüse 116a austritt und auf der Werkzeugoberfläche (zweiter Wandungsabschnitt 15a) auftrifft, wo er (wenn der Druckluftstrom senkrecht auf die Werkzeugoberfläche auftrifft) radialsymmetrisch nach außen umgelenkt wird. Hierbei tritt der Effekt auf, dass die Wärmeübertragung vom Druckluftstrom auf die Werkzeugoberfläche nicht in einem zentralen Fleck, sondern in einem Ring um den Auftreffbereich herum am größten ist. Bei geeigneter Geometrie liegt dieser Ring deutlich außerhalb der axialen Projektion der Austrittsdüse auf die Werkzeugoberfläche. Dies hängt damit zusammen, dass die Strömungsgeschwindigkeit nach außen zunächst zunimmt. Somit erfolgt ein insgesamt sehr guter Wärmeeintrag in die Werkzeugoberfläche.
-
Wie dies in den 21 und 22 dargestellt ist, kann der Druckluftkasten auch so ausgebildet sein, dass an ihn mehrere Heizelemente 100 anschließbar sind. Das heißt, dass der Druckluftkasten mehrere entsprechende Überströmöffnungen aufweist (in 21 drei, in 22 neun). Dies macht den Heizkopf sehr flexibel, insbesondere weil es auch möglich ist, nicht benötigte Überströmöffnungen mit Blindflanschen zu verschließen.
-
Die Wärmeübertragung vom aus der Austrittsdüse 116a austretenden heißen Druckluftstrom auf die Werkzeugoberfläche kann durch Vorsehen eines Luftleitelements 118 benachbart zur Austrittsdüse noch verbessert werden, welche insbesondere dafür sorgt, dass die Strömungsgeschwindigkeit parallel zur Werkzeugoberfläche in einem gewissen Bereich hoch bleibt. Ein Beispiel eines solchen Luftleitelements 118, welches im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist, ist in 23 dargestellt.
-
Grundsätzlich ist es auch möglich, einer elektrischen Heizeinrichtung 120 mehrere Düsenabschnitte 116 zuzuordnen, wie dies in 24 dargestellt ist. Um die Reibungsverluste und den Staudruck klein zu halten, ist eine Ausführung, wie sie in 19 gezeigt ist, nach derzeitigem Kenntnisstand jedoch bevorzugt.
-
Grundsätzlich wäre es möglich, eine Glocke, wie sie in 13 dargestellt ist, mit einem Heizkopf, insbesondere mit einem oder mehreren Heizelementen, wie er in den 19 bis 24 dargestellt ist, zu kombinieren.
-
Der aus dem Heizkopf austretende Heißluftstrom hat vorzugsweise eine Temperatur zwischen 400 und 600°C. Dies gilt für alle beschriebenen Ausführungsformen und -beispiele.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- erste Werkzeughälfte (stationäre Werkzeughälfte)
- 10a
- erster Wandungsabschnitt
- 12
- Gusskanal
- 15
- zweite Werkzeughälfte (bewegliche Werkzeughälfte)
- 15a
- zweiter Wandungsabschnitt
- 16
- Hohlraum
- 18
- Abstützplatte
- 19
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 20
- Plastifiziereinheit
- 22
- Einspritzdüse
- 30
- Heizkopf
- 32
- Frontplatte
- 32a
- Bohrungen
- 34
- Rückplatte
- 36
- hohlzylindrisches Zwischenteil
- 38
- Heizwendel
- 40
- Ventilator
- 42
- Antriebsmotor
- 44
- Stege
- 50
- horizontaler Arm
- 52
- vertikaler Arm
- 60
- Glocke
- 62
- Zwischenlage
- 62a
- Öffnung
- 64
- Zuluftrohr
- 66
- Abluftrohr
- 70
- Zuluftschlauch
- 72
- Abluftschlauch
- 80
- Lufterhitzer
- 82
- Gehäuse
- 82
- Hauptlufteinlass
- 84
- Nebenlufteinlass
- 86
- Luftauslass
- 87
- Heizwendel
- 88
- Ventilator
- 89
- Antriebsmotor
- 100
- Heizelement
- 111
- Flansch
- 110
- Hohlkörper
- 112
- Heizabschnitt
- 114
- Verjüngungsabschnitt
- 116
- Düsenabschnitt
- 116a
- Austrittsdüse
- 118
- Luftleitelement
- 120
- elektrische Heizeinrichtung
- 130
- Druckluftkasten
- 132
- Druckluftanschluss
- 134
- Überströmöffnung
