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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeugformteil für ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Formteilen, das eine Heizeinrichtung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Formteilen sowie ein Formteil.
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Zur Erzeugung von ansprechenden Spritzgussoberflächen hat die Werkzeugtemperierung einen entscheidenden Einfluss. Hierzu eignet sich das sogenannte variotherme Verfahren, bei dem ein erzwungener dynamischer Temperaturverlauf in der Oberfläche des Formgebungswerkzeuges während eines Spritzgießzyklus erzeugt wird, das heißt die Oberfläche des Formgebungswerkzeuges wird abwechselnd beheizt und gekühlt. Hierfür werden eine Heizeinrichtung und eine Kühleinrichtung in dem Formgebungswerkzeug integriert. Aktuell werden temperierte Werkzeugoberflächen durch Medien, beispielsweise Wasser oder Öl, oberflächenferne elektrische Heizpatronen, Infrarotstrahler oder Hochfrequenzfelder zu beheizen.
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Der Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten derartiger Oberflächenheizungen sind jedoch schlecht. So muss bei der Verwendung von Wasser als Heizmedium die komplette Oberfläche zwischen Medienbohrung und Werkzeug aufgeheizt werden. Auch Infrarotstrahler oder Hochfrequenzfelder weisen eine gewisse Tiefenwirkung auf. Wird das Werkzeug variotherm betrieben, werden große Energiemengen vernichtet, da relativ viel Masse, wie beispielsweise Temperiermedium und die Werkzeugwand zwischen dem Temperiermedium und der Werkzeugoberfläche, aufgeheizt und wieder abgekühlt werden muss.
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Eine alternative Methode zur Beheizung einer Werkzeugoberfläche geht aus
DE 44 23 551 A1 hervor, bei der ein Pressformgebungswerkzeug eine Heizmatte aus einem Silikonkautschuk mit einem eingebetteten Heizdraht aufweist.
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Eine andere Möglichkeit zur Beheizung einer Werkzeugoberfläche ist in
DE 10 2014 206 115 A1 beschrieben. Hierzu ist ein Spritzgusswerkzeug mit einer Heizeinrichtung aus elektrischen Heizkeramiken versehen, welche unmittelbar unter der Oberfläche eines Wandbereichs eines Formgebungsbereichs in das Werkzeug eingebaut sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugformteil und ein Formgebungswerkzeug zu schaffen, die einen verbesserten Wirkungsgrad und gleichzeitig ein verbessertes Ansprechverhalten aufweisen und gleichzeitig einfach und kostengünstig sind. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Formteil zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Zur Lösung der Aufgaben werden ein Werkzeugformteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Formgebungswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Formteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Werkzeugformteils sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein Werkzeugformteil für ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Formteilen weist eine Heizeinrichtung auf, wobei ein Oberflächenabschnitt des Werkzeugformteils mit einer Beschichtung versehen ist, in die die Heizeinrichtung eingebettet ist.
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Da die Heizeinrichtung in eine Beschichtung eingebettet ist, ist die Heizeinrichtung nur geringfügig von der Oberfläche beabstandet. Dadurch muss verhältnismäßig wenig thermische Masse aufgeheizt werden, so dass das Werkzeugformteil einen hohen Wirkungsgrad und ein gutes Ansprechverhalten aufweist. Darüber hinaus ist eine in einer Beschichtung eingebettete Heizeinrichtung im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten separaten Heizkeramik kostengünstiger und einfacher herstellbar, da für eine separate Heizkeramik Befestigungsmöglichkeiten in dem Werkzeugformteil integriert werden müssen.
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Unter einer Beschichtung wird vorliegend eine dünne Schicht verstanden, die stoffschlüssig mit der Werkzeugoberfläche verbunden ist. Die Beschichtung ist bevorzugt aus einem anderen Material als das Werkzeugformteil.
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Unter Oberflächenabschnitt wird vorliegend derjenige Oberflächenabschnitt des Werkzeugformteils verstanden, der einer Kavität zugewandt ist.
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Das Werkzeugformteil kann für ein Formgebungswerkzeug zum Spritzgießen oder zum Pulversintern, das auch als Powder Slush oder Slush Molding bezeichnet wird, eingesetzt werden. Das Werkzeugformteil kann aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, oder aus Kunststoff sein.
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Das Werkzeugformteil kann ein Unterwerkzeug oder ein Oberwerkzeug eines Formgebungswerkzeugs sein. Ferner kann das Werkzeugformteil lediglich ein Teil eines Unterwerkzeugs oder eines Oberwerkzeugs eines Formgebungswerkzeugs sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die gesamte einer Kavität zugewandten Oberfläche des Werkzeugformteils mit einer Beschichtung versehen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Beschichtung eine keramische Beschichtung. Eine keramische Beschichtung weist eine gute Wärmeleitfähigkeit und zudem einen hohen mechanischen Widerstand auf. Bevorzugt bildet die keramische Beschichtung eine dünne keramische Schicht auf dem Oberflächenabschnitt beziehungsweise der gesamten einer Kavität zugewandten Oberfläche des Werkzeugformteils aus. Die keramische Beschichtung ist vorteilhaft stoffschlüssig mit der Oberfläche des Werkzeugformteils verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die keramische Beschichtung eine strukturierte Oberfläche auf. Dadurch kann eine ansprechende Spritzgussoberfläche erzeugt werden. So kann das Produkt Cera-Shibo der Firma Eschmann Textures International GmbH als keramische Beschichtung mit einer strukturierten Oberfläche eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die keramische Beschichtung eine Dicke zwischen ca. 1 mm und ca. 5 mm, insbesondere zwischen ca. 2 mm und ca. 3 mm auf. Dadurch ist die keramische Beschichtung ausreichend dick, um einen Heizdraht darin einzubetten und gleichzeitig ausreichend dünn, damit verhältnismäßig wenig thermische Masse aufgeheizt werden muss, was den Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten verbessert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Heizeinrichtung zwischen ca. 0, 5 mm und ca. 2,5 mm, insbesondere zwischen ca. 1,5 mm und ca. 2 mm, unter einer Beschichtungsoberfläche angeordnet. Dadurch muss verhältnismäßig wenig thermische Masse aufgeheizt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Heizeinrichtung wenigstens einen Heizkreis auf, der aus einem elektrischen Heizdraht gebildet ist. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Lösung zum Aufheizen der Werkzeugoberfläche geschaffen. Die Leistung der Heizeinrichtung kann über den spezifischen Widerstand des Heizdrahts und die Zahl der Heizkreise eingestellt werden. So kann die Heizeinrichtung mehrere Heizkreise aufweisen, wobei jeder Heizkreis aus einem Heizdraht gebildet ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Heizeinrichtung zwischen einem Heizkreis und 50 Heizkreise auf, wobei jeder Heizkreis mittels eines Heizdrahts gebildet ist. Jeder der Heizkreise kann mittels eines zentralen Steuergeräts angesteuert werden. Die Heizkreise können eng beieinander liegend, sprich engmaschig, oder weit voneinander beabstandet, sprich weitmaschig, in die keramische Beschichtung eingebettet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Heizdraht mäanderförmig oder labyrinthförmig in der Beschichtung angeordnet. Über das Legebild kann die Leistung der Heizeinrichtung eingestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Werkzeugformteil eine Kühleinrichtung auf. Durch die Kombination aus Heizeinrichtung und Kühleinrichtung ist ein variothermer Prozessablauf möglich. So übernimmt die Kühleinrichtung das Abkühlen der Werkzeugoberfläche. Die Kühleinrichtung kann für die Dauer des Aufheizvorgangs auch abgeschaltet werden. Vorteilhaft weist die Kühleinrichtung Rohre auf, die in das Werkzeugformteil eingebracht sind, wobei durch die Rohre Wasser oder Öl zur Kühlung strömen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Formteilen vorgeschlagen, das wenigstens ein Werkzeugformteil aufweist. Vorteilhaft weist das Formgebungswerkzeug zwei Werkzeugformteile auf, wobei eines der Werkzeugformteile ein Oberwerkzeug und das andere Werkzeugformteil ein Unterwerkzeug bildet, die im geschlossenen Zustand einen Formhohlraum beziehungsweise eine Kavität definieren. Die keramische Beschichtung eines der Werkzeugformteile oder beider Werkzeugformteile ist der Kavität zugewandt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Formteil für ein Fahrzeug vorgeschlagen, mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugformteil und/oder einem erfindungsgemäßen Formgebungswerkzeugs hergestellt ist. Das Formteil ist einfach und kostengünstig herstellbar.
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Nachfolgend werden ein Werkzeugformteil, ein Formgebungswerkzeug sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Figuren schematisch dargestellt ist. Hierbei zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch ein Formgebungswerkzeug, das aus zwei Werkzeugformteilen besteht; und
- 2 eine Draufsicht auf ein Legebild der Heizkreise eines der in 1 dargestellten Werkzeugformteile.
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In 1 ist ein Formgebungswerkzeug 10 gezeigt, das als variothermes Spritzgusswerkzeug oder als variothermes Pulversinterwerkzeug, das auch als Slush-Werkzeug bezeichnet werden kann, eingesetzt wird.
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Das Formgebungswerkzeug 10 weist zwei Werkzeugformteile 12 auf, wobei eines der Werkzeugformteile 12 ein Oberwerkzeug 14 und das andere Werkzeugformteil 12 ein Unterwerkzeug 16 bildet.
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Wie in 1 ersichtlich ist, definieren die beiden Werkzeugformteile 12 im zusammengesetzten Zustand einen Formhohlraum 18, der ein Negativ des herzustellenden Formteils darstellt und in den eine Spritzgussmasse eingespritzt oder ein Pulver eingebracht wird. Der Formhohlraum 18 kann auch als Kavität bezeichnet werden.
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Jedes der Werkzeugformteile 12 weist einen Grundkörper 20 auf, wobei eine dem Formhohlraum 18 zugewandte Oberfläche 22 eines jeden Grundkörpers 20 mit einer Beschichtung 24 versehen ist.
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Die Beschichtung 24 ist eine dünne keramische Beschichtung 26. Die keramische Beschichtung 26 weist eine Dicke zwischen ca. 1 mm und ca. 5 mm, insbesondere zwischen ca. 2 mm und ca. 3 mm auf.
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Um eine ansprechende Spritzgussoberfläche zu erzeugen, kann die keramische Beschichtung 26 mit einer strukturierten Oberfläche versehen sein. So kann das Produkt Cera-Shibo der Firma Eschmann Textures International GmbH als keramische Beschichtung 26 mit einer strukturierten Oberfläche eingesetzt werden.
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Wie zudem in 1 ersichtlich ist, ist in die keramische Beschichtung 26 eine Heizeinrichtung 28 eingebettet. Die Heizeinrichtung 28 ist gemäß 2 aus zwei Heizkreisen 30 gebildet. Jeder der Heizkreise 30 ist aus einem elektrischen Heizdraht 32 gebildet, der mäanderförmig in die keramische Beschichtung 26 eingebettet ist.
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Über den spezifischen Widerstand des elektrischen Heizdrahts 32, dessen Legebild, beispielsweise mäanderförmig, engmaschig oder weitmaschig, sowie die Anzahl der Heizkreise 30 kann die Leistung der Heizeinrichtung 28 eingestellt werden. So ist es denkbar, dass die Heizeinrichtung 28 aus einem Heizkreis 30 oder aus bis zu 50 Heizkreisen 30 besteht.
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Der elektrische Heizdraht 32 ist zwischen ca. 0,5 mm und ca. 2,5 mm, insbesondere zwischen ca. 1,5 mm und ca. 2 mm, unter einer Beschichtungsoberfläche 34 angeordnet. Dadurch muss wenig thermische Masse, sprich keramische Beschichtung 26 aufgeheizt werden, was den Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten verbessert.
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Für den variothermen Betrieb weisen die Werkzeugformteile 12 zudem eine Kühleinrichtung 36 auf, die in die Grundkörper 20 eingebracht ist. Die Kühleinrichtung 36 ist aus Rohren 38 gebildet, durch die ein Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser oder Öl, zur Kühlung strömen kann.
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Im variothermen Betrieb übernimmt die Heizeinrichtung 28 das Aufheizen der dem Formhohlraum 18 zugewandten Oberfläche 22 der Werkzeugformteile 12 und die Kühleinrichtung 36 übernimmt die Kühlung. Die Kühleinrichtung 36 kann für die Dauer des Aufheizvorgangs auch abgeschaltet werden.
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Durch die Einbettung der Heizeinrichtung 28 in eine keramische Beschichtung 26 weist das Werkzeugformteil 12 einen verbesserten Wirkungsgrad und ein verbessertes Ansprechverhalten auf, da nur wenig thermische Masse aufgeheizt werden muss. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination aus Heizeinrichtung 28 und Kühleinrichtung 36 einen variothermen Prozessablauf, der in Kombination mit der keramischen Beschichtung 26 die Herstellung einer ansprechenden Formteiloberfläche ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Formgebungswerkzeug
- 12
- Werkzeugformteil
- 14
- Oberwerkzeug
- 16
- Unterwerkzeug
- 18
- Formhohlraum
- 20
- Grundkörper
- 22
- Oberfläche
- 24
- Beschichtung
- 26
- keramische Beschichtung
- 28
- Heizeinrichtung
- 30
- Heizkreis
- 32
- elektrischer Heizdraht
- 34
- Beschichtungsoberfläche
- 36
- Kühleinrichtung
- 38
- Rohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4423551 A1 [0004]
- DE 102014206115 A1 [0005]
