DE102017011214A1

DE102017011214A1 - Angussvorrichtung eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeugs

Info

Publication number: DE102017011214A1
Application number: DE102017011214.2A
Authority: DE
Inventors: Jan Hammer; Jan Woköck
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Angussvorrichtung eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeugs mit einem Angussflansch (6) zum Ankoppeln eines eine Kunststoffmasse zuführenden Mischkopfes und mit einer dem Angussflansch (6) zugeordneten Heizeinrichtung (7), wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Heizeinrichtung (7) mittels einer Isolierung oder einer Isolierplatte (9) zum Spritzgusswerkzeug (5) hin isoliert ist und/oder mittels einer Isolierung oder einer Isolierplatte (8) zum Angussflansch (6) hin isoliert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Angussvorrichtung eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeugs mit einem Angussflansch zum Ankoppeln eines eine Kunststoffmasse zuführenden Mischkopfes und mit einer dem Angussflansch zugeordneten Heizeinrichtung.
Aus der EP 2 266 776 A1 ist eine Angussvorrichtung einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Thermoplast-Kunststoffbauteilen bekannt geworden, bei der dem Anguss mindestens eine Heizeinrichtung zugeordnet ist, die auf den Anguss gerichtete Wärme aussendet, so dass im Anguss befindliche Kunststoffschmelze solange fließfähig haltbar ist, bis die schmelzflüssige Seele des Kunststoffbauteils erstarrt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Angussvorrichtung zu schaffen, die beim Spritzen oder Schäumen insbesondere von Duroplasten eine beschleunigte Reaktion oder Aushärtung des Kunststoffes in dem Angusskanal ermöglicht und dabei eine verbesserte Temperierung aufweist.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Angussvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Heizeinrichtung mittels einer Isolierung oder einer Isolierplatte zum Spritzgusswerkzeug hin isoliert ist und/oder mittels einer Isolierung oder einer Isolierplatte zum Angussflansch hin isoliert ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine solche Isolierung ermöglicht die Temperierung weitgehend oder gänzlich ohne Beeinflussung durch angrenzende Werkzeugbauteile mit ihrer jeweiligen Betriebstemperatur.
Ein solches Spritzgusswerkzeug stellt insbesondere ein Schäumwerkzeug dar, das zum Schäumen eines Kunststoffes wie insbesondere Polyurethan vorgesehen ist.
Das Spritzgusswerkzeug erwärmt sich im Betrieb auf eine Betriebstemperatur, z. B. auf etwa 70° bis 80°C. Um den Kunststoff-Anguss im Angusskanal schneller reagieren oder aushärten zu lassen, wird mittels der Heizeinrichtung ein Abschnitt des den Angusskanal bildenden Bauteils auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, die höher ist als die Temperatur des angrenzenden Spritzgusswerkzeugs oder eines Werkzeugoberteils des Spritzgusswerkzeugs, in dem der Angusskanal gebildet ist. Die Heizeinrichtung ist daher gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem angrenzenden Spritzgusswerkzeug bzw. dem Werkzeugoberteil durch eine Wärmeisolierung isoliert, so dass die Temperierung oder Erwärmung im Wesentlichen ohne Beeinflussung durch die Temperatur des angrenzenden Spritzgusswerkzeugs oder Werkzeugoberteils erfolgen kann.
Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung ist eine solche Wärmeisolierung zwischen der Heizreinrichtung und einem außenseitigen Angussflansch angeordnet. Der Angussflansch nimmt ein Auslaufrohr eines Mischkopfes auf und erwärmt sich im Betrieb des Spritzgusswerkzeugs, insbesondere durch den angrenzenden oder anliegenden Mischkopf und durch die Reaktionstemperatur der einzuspritzenden Kunststoffmasse. Der Angussflansch kann daher eine Betriebstemperatur beispielsweise im Bereich von etwa 60°C aufweisen. Somit wird durch die Wärmeisolierung eine Beeinflussung der Temperierung des Kunststoff-Angusses im Angusskanal im Bereich der Heizeinrichtung weitgehend oder gänzlich vermieden.
Eine zweifache Isolierung gemäß der ersten Lösung in Kombination mit der zweiten Lösung stellt somit eine weitgehende thermische Abkoppelung der Heizeinrichtung gegenüber dem Spritzgusswerkzeug wie auch dem Angussflansch bereit.
Durch die Erwärmung des Kunststoff-Angusses im Angusskanal kann die Reaktions- oder Aushärtezeit des Kunststoffes oder PU-Schaums am oder im Anguss deutlich verringert werden und somit die Taktzeit beim Spritzen oder Schäumen verkürzt werden.
Zweckmäßigerweise ist die Heizeinrichtung in einer Heizlagerplatte angeordnet oder aufgenommen. Die Heizlagerplatte ist wärmeleitend und ist bevorzugt aus metallischem Werkstoff hergestellt, insbesondere in einem Aufnahmebereich für zumindest ein Heizbauteil. Der Aufnahmebereich erstreckt sich um eine in der Heizlagerplatte gebildete Angusskanalöffnung, die einen Kanalabschnitt des Angusskanals bildet.
Bevorzugt umgibt die Heizeinrichtung in ringförmiger Anordnung einen Kanalabschnitt des Angusskanals und sie ist insbesondere um eine in einer bzw. in der Heizlagerplatte gebildete Angusskanalöffnung angeordnet.
Die Heizeinrichtung kann einen Heizring oder dergleichen aufweisen, der elektrisch oder mittels eines Heizmediums wie Öl oder Wasser beheizt ist. Gemäß einer alternativen Gestaltung die Heizeinrichtung von einer Hochleistungs-Heizkeramik gebildet, die zumindest ein Heizkeramikelement aufweist. Mehrere einzelne Heizkeramikelemente können in einer ringartigen Anordnung um den Angusskanal herum vorgesehen sein. Grundsätzlich sind auch andere Heizeinrichtungen wie z. B. Induktions- oder Mikrowellenheizungen einsetzbar.
Zweckmäßigerweise ist die Heizlagerplatte aus temperaturleitfähigem und insbesondere metallischem Material gebildet oder weist zumindest in dem die Heizeinrichtung umgebenden Bereich solches Material, z. B. Stahl oder Aluminium, auf. Die Heizeinrichtung ist bevorzugt in einer einen Angusskanal oder eine Angusskanalöffnung umgebenden insbesondere ringförmigen Aufnahmenut angeordnet. Jedoch sind auch andere Aufnahmen oder Halterungen verwendbar, die eine Wärmezufuhr in das im Angusskanal befindliche PU-Kunststoffmaterial ermöglicht und fördert.
Gemäß einer bevorzugten Gestaltung ist die die Heizeinrichtung enthaltende Heizlagerplatte gemeinsam mit der zumindest einen Isolierplatte als Baueinheit am Spritzgusswerkzeug befestigt, insbesondere zusammen mit dem Angussflansch und bevorzugt mittels Schraubbefestigung. Der Angussflansch bildet eine Ankoppeleinrichtung für ein Auslaufrohr des Mischkopfes, der für jeden Spritz- oder Schäumvorgang an das Spritzgusswerkzeug angesetzt oder angekoppelt wird.
Zweckmäßigerweise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die beim Einspritzen von Kunststoff bzw. PU in eine Werkzeugkavität eine Erwärmung der Heizeinrichtung auf eine solche reaktionsbeschleunigende Temperatur steuert, die größer ist als eine Werkzeugtemperatur am Angusskanal. Die Temperatur liegt bevorzugt in einem Temperaturbereich von 110°C bis 130°C und beträgt insbesondere etwa 120°C. Die Temperatur kann abhängig vom Kunststoffmaterial, der Einspritzgeschwindigkeit und den Abmessungen bzw. den geometrischen Bedingungen am Angusskanal eingestellt und variiert werden.
Des Weiteren kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die derart ausgelegt ist, dass die bevorzugt mit Keramik-Heizelementen gebildete Heizeinrichtung nur beim Aushärten des PU-Kunststoffes im Angusskanal ihre Heizenergie abgibt. So kann beispielsweise die Aufheizung nur etwa 2 bis 3 Sekunden vor dem Einschießen von Polyurethan vom Mischkopf durch den Angusskanal einsetzen und dabei eine Temperaturerhöhung um z. B. etwa 30°C in dem Angusskanal erzielt werden. Eine andauernde Beheizung, die auch zwischen dem Spritzvorgängen erfolgen würde, kann vermieden werden, wodurch Energie eingespart werden kann.
Somit kann die mittels der Heizeinrichtung erhöhte Temperatur des oberen Kanalabschnitts des Angusskanals in der Heizlagerplatte höher eingestellt werden als die Temperatur des Angussflansches und aufgrund der Isolierung unterliegt die Temperierung weniger Beeinflussung durch benachbarte oder angrenzende Bauteile der Spritzgieß- oder Schäumvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Angussvorrichtung ermöglicht somit eine Taktzeitersparnis bei abhebendem Mischkopf beim Spritzgießen oder Schäumen aufgrund der Reduzierung der Aushärtezeit des PU-Duroplasts. Der Mischkopf kann daher nach deutlich kürzerer Zeit zu der nächsten Angussposition an einem weiteren Spritzgusswerkzeug versetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Angussvorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

1 in einer Querschnittsansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Angussvorrichtung an einem Kunststoff-Spritzgusswerkzeug; und
2 in einer Querschnittsansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer Angussvorrichtung an einem Kunststoff-Spritzgusswerkzeug.

Ein Kunststoff-Spritzgusswerkzeug 1 zum Anspritzen oder Schäumen eines Randes oder einer An- oder Umschäumung 2 an einem Glasdeckel 3 eines Fahrzeugdaches, z. B. einer PU-RIM-Anschäumung, weist eine Angussvorrichtung 4 auf, die an der Oberseite eines Werkzeugoberteils 5 des Spritzgusswerkzeugs 1 angeordnet ist. Die Angussvorrichtung 4 umfasst einen Angussflansch 6 und eine Anguss-Heizeinrichtung 7, die in einer zwischen zwei Isolierungen oder Isolierplatten 8 und 9 angeordneten Heizlagerplatte 10 aufgenommen ist. Durch die obere und die untere Isolierplatte 8 bzw. 9 wie auch die Heizlagerplatte 10 erstreckt sich eine gemeinsame Durchgangsöffnung, die einen oberen Kanalabschnitt 11 eines Angusskanals 12 bildet, der diesen oberen Kanalabschnitt 11 und einen in der oberen Werkzeughälfte 5 gebildeten unteren Kanalabschnitt 13 umfasst. Der Angussflansch 6 weist gleichfalls eine Durchgangsöffnung 14 auf, die zum Aufnehmen eines darin eingesetzten Auslaufrohrs 15 eines Mischkopfes vorgesehen ist, über das ein reaktiver Duroplast wie z. B. Polyurethan zugeführt werden kann.
Der Angussflansch 6 bildet zusammen mit den Isolierplatten 8 und 9 und der Heizlagerplatte 10 eine Baueinheit, die auf dem Werkzeugoberteil 5 z. B. mittels Verschraubungen 16 (nur schematisch mittels strichpunktierten Linien dargestellt) festgelegt wird, wobei die Durchgangsöffnungen bzw. der obere Kanalabschnitt 11 koaxial zum unteren Kanalabschnitt 13 ausgerichtet sind.
Die Heizeinrichtung 7 enthält einen Heizring 17, der in der thermisch leitenden Heizlagerplatte 10 aufgenommen ist, z. B. in einer kreisringförmigen Aufnahmenut 18, die den oberen Kanalabschnitt 11 konzentrisch umgibt und sich zur oberen Isolierplatte 8 hin öffnet. Der Heizring 17 ist z. B. ein gewickelter Kupferring, der in der Aufnahmenut 18 eingelegt ist, von der oberen Isolierplatte 8 abgedeckt ist und von der oberen Isolierplatte 8 und der unteren Isolierplatte 9 in etwa gleich beabstandet ist. Elektrische Anschlüsse (nicht dargestellt) verbinden den Heizring 17 mit einer Stromversorgung und einer Steuereinrichtung.
Die obere Isolierplatte 8 ist z. B. eine Kunststoffplatte mit hoher Wärmeisolierfähigkeit. Die untere Isolierplatte 9 ist vorzugsweise gleichfalls eine Kunststoffplatte mit hoher Wärmeisolierfähigkeit. Die Wärmeisoliereigenschaften der beiden Isolierplatten 8 und 9 können durch die Materialwahl wie auch durch die Dicke der Isolierplatten, z. B. 8 bis 10 mm, eingestellt werden.
Die Temperatur des Angussflansches 6 beträgt im Betrieb z. B. etwa 60°C, während die Temperatur des Werkzeugoberteils 5 im Betrieb etwa 70°C bis 80°C beträgt. Die Temperatur des Heizrings 17 bzw. der Heizlagerplatte 10 in ihrem den Angusskanal umgebenden Abschnitt wird hingegen auf etwa 120°C eingestellt und beschleunigt dadurch das Aushärten des Kunststoff-Angusses 20 im Angusskanal 12.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem voranstehenden ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Heizeinrichtung 7 hier von einer Hochleistungs-Heizkeramik (CPH: Ceramic Power Heater) gebildet ist. Mehrere Keramik-Heizelemente 19, z. B. drei oder vier Heizelemente, sind in der Heizlagerplatte 10 um den oberen Kanalabschnitt 11 des Angusskanals 12 herum angeordnet. Mittels dieser Hochleistungs-Heizkeramik können in kurzer Zeit durch schnelle Erzeugung großer Wärmenergie hohe Heizraten erzielt werden. So kann beispielsweise die Aufheizung nur etwa 2 bis 3 Sekunden vor dem Einschießen von Polyurethan vom Mischkopf durch den Angusskanal 12 einsetzen und dabei eine Temperaturerhöhung um z. B. etwa 30°C in der Heizlagerplatte 10 in ihrem Bereich um den Angusskanal 11 bzw. 12 herum erzeugt werden. Die Heizung ist somit nur kurzfristig für den tatsächlichen Einspritzvorgang erforderlich im Gegensatz zu einer länger andauernden oder kontinuierlichen Heizung, die größere Heizenergie benötigen würde.
Die An- oder Umschäumung 2 kann auch an einem anderen Bauteil erfolgen. Grundsätzlich ist die Angussvorrichtung zum Spritzgießen oder Schäumen jeglicher Bauteile aus PU-Duroplast geeignet.
Die in der Beschreibung und anhand der Ausführungsbeispiele sowie in den Figuren offenbarten einzelnen Merkmale der Erfindung können in beliebigen technisch zweckmäßigen Anordnungen und Gestaltungen mit dem Erfindungsgegenstand in seiner allgemeinen Form kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoff-Spritzgusswerkzeug
2: Umschäumung
3: Glasdeckel
4: Angussvorrichtung
5: Werkzeugoberteil
6: Angussflansch
7: Anguss-Heizeinrichtung
8: Isolierplatte
9: Isolierplatte
10: Heizlagerplatte
11: oberer Kanalabschnitt
12: Angusskanal
13: unterer Kanalabschnitt
14: Durchgangsöffnung
15: Auslaufrohr
16: Verschraubung
17: Heizring
18: Aufnahmenut
19: Keramik-Heizelement
20: Kunststoff-Anguss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2266776 A1 [0002]

Claims

Angussvorrichtung eines Kunststoff-Spritzgusswerkzeugs mit einem Angussflansch (6) zum Ankoppeln eines eine Kunststoffmasse zuführenden Mischkopfes und mit einer dem Angussflansch (6) zugeordneten Heizeinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) mittels einer Isolierung oder einer Isolierplatte (9) zum Spritzgusswerkzeug (5) hin isoliert ist und/oder mittels einer Isolierung oder einer Isolierplatte (8) zum Angussflansch (6) hin isoliert ist.
Angussvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) in einer Heizlagerplatte (10) angeordnet ist.
Angussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) in ringförmiger Anordnung einen Angusskanal (11, 12) umgibt, insbesondere um eine in einer Heizlagerplatte (10) gebildete Angusskanalöffnung.
Angussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) einen Heizring (17), der elektrisch beheizt ist oder mittels eines Heizmediums wie Öl oder Wasser beheizt ist, oder zumindest ein Heizkeramikelement (19) aufweist.
Angussvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizlagerplatte (10) temperaturleitfähiges insbesondere metallisches Material aufweist oder daraus gebildet ist und die Heizeinrichtung (7) in einer einen Angusskanal oder eine Angusskanalöffnung umgebenden insbesondere ringförmigen Aufnahmenut angeordnet ist.
Angussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Heizeinrichtung (7) enthaltende Heizlagerplatte (10) gemeinsam mit der zumindest einen Isolierplatte (8 bzw. 9) als Baueinheit am Spritzgusswerkzeug (5) befestigt ist, insbesondere zusammen mit dem Angussflansch (6), bevorzugt mittels Schraubbefestigung (16).
Angussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die beim Einspritzen von reaktionsfähigem Kunststoff bzw. PU in eine Werkzeugkavität eine Erwärmung der Heizeinrichtung auf eine Temperatur steuert, die größer ist als eine Werkzeugtemperatur am Angusskanal, und die bevorzugt in einem Temperaturbereich von 110°C bis 130°C liegt und insbesondere 120°C beträgt.
Angussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die mit Keramik-Heizelementen (19) gebildete Heizeinrichtung (7) nur beim Aushärten des PU im Angusskanal (12) beheizt.
Angussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Heizeinrichtung (7) erhöhte Temperatur des oberen Kanalabschnitts (11) des Angusskanals (12) in der Heizlagerplatte (10) höher ist als die Temperatur des Angussflansches (6).