DE202015104995U1

DE202015104995U1 - Mold part of an injection mold

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Publication number: DE202015104995U1
Application number: DE202015104995.1U
Authority: DE
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2025-09-22

Abstract

Formenteil für ein Spritzgießwerkzeug, umfassend eine erste Stahlplatte (3), die die Kavitätenoberfläche (2) bildet, eine mit dieser verbundene Kühlplatte (4) aus einem Material mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere eine Cu-Be-Kühlplatte (4), eine mit der Kühlplatte (4) verbundene Isolierplatte (6) und eine mit der Isolierplatte (6) verbundene zweite Stahlplatte (7), wobei ein oder mehrere von einem ersten Temperiermedium durchströmbare Kanäle (5) in der Kühlplatte (4) (Kühlkanäle) und ein oder mehrere von einem zweiten Temperiermedium durchströmbare Kanäle (8) in der zweiten Stahlplatte (7) (Heizkanäle) vorgesehen sind.Mold part for an injection mold comprising a first steel plate (3) forming the cavity surface (2), a cooling plate (4) connected thereto and made of a material having a relatively high thermal conductivity, in particular a Cu-Be cooling plate (4) insulating plate (6) connected to the cooling plate (4) and a second steel plate (7) connected to the insulating plate (6), one or more channels (5) through which a first temperature medium flows (cooling channels) and a or several channels (8) through which a second temperature control medium can flow are provided in the second steel plate (7) (heating channels).

Description

Die Erfindung betrifft ein Formenteil für ein Spritzgießwerkzeug, das besonders für eine variotherme bzw. dynamische Temperierung geeignet ist. Das Formenteil kann insbesondere als Formeneinsatz für ein Spritzgießwerkzeug oder selbst als Formhälfte eines Spritzgießwerkzeugs ausgebildet sein. The invention relates to a mold part for an injection mold, which is particularly suitable for a variothermic or dynamic temperature control. The mold part can in particular be designed as a mold insert for an injection mold or even as a mold half of an injection mold.

Die Temperierung von Formenteilen oder Formhälften von Spritzgießwerkzeugen ist in verschiedenen Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist es als vorteilhaft bekannt, das Formenteil oder die Formhälfte oder auch einen Formeneinsatz mittels einer sogenannten variothermen Temperierung bzw. einer dynamischen Temperierung zu betreiben. Hierbei wird zur guten Abformung der Kunststoffschmelze die Kavitätenoberfläche des Formenteils bzw. der Formhälfte durch eine Temperaturerhöhung des Formenteils oder eines Formeneinsatzes vor dem Einspritzen aufgeheizt. Um die Kühlzeit und somit auch die Zykluszeit zu verkürzen, wird dieser heiße Formeneinsatz so schnell wie möglich wieder abgekühlt, dabei wird ein großer Temperaturunterschied zwischen Kunststoffschmelze und Kavitätenoberfläche für einen hohen Wärmetransport zum schnellen Erreichen der Artikelentformungstemperatur angestrebt. Ein hoher Wärmetransport verlangt einen geringen Abstand der Kühlkanäle zur Kavitätenoberfläche, denn je tiefer die Kühlmediumtemperatur zur Kunststoffschmelze ist, umso größer wird der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle (Kunststoffschmelze) und Wärmesenke (Kühlmedium). Wegen der Abzeichnung der Kühlkanaltemperatur auf der Kavitätenoberfläche durch zu geringen Abstand der Kühlkanäle zur Kavitätenoberfläche sind jedoch physikalische Grenzen gesetzt. Ein geeignetes Formenteil und ein geeignetes Formwerkzeug bzw. Spritzgießwerkzeug für eine variotherme oder dynamische Temperierung sind aus der DE10221558B4 bekannt. Weitere Einzelheiten zur variothermen bzw. dynamischen Temperierung von Spritzgießwerkzeugen sind in der EP2329332B1 beschrieben. The tempering of mold parts or mold halves of injection molds is known in various configurations from the prior art. It is known to be advantageous to operate the mold part or the mold half or else a mold insert by means of a so-called variothermic temperature control or a dynamic temperature control. Here, the cavity surface of the mold part or the mold half is heated by an increase in temperature of the mold part or a mold insert prior to injection for good molding of the plastic melt. In order to shorten the cooling time and thus also the cycle time, this hot mold insert is cooled again as quickly as possible, while a large temperature difference between the plastic melt and cavity surface for a high heat transfer for rapid reaching the article removal temperature is sought. A high heat transport requires a small distance of the cooling channels to the cavity surface, because the lower the cooling medium temperature to the plastic melt, the greater the temperature difference between heat source (plastic melt) and heat sink (cooling medium). Due to the marking of the cooling channel temperature on the surface of the cavity due to too small a distance of the cooling channels to the surface of the cavity, however, physical limits are set. A suitable mold part and a suitable mold or injection mold for a variothermic or dynamic temperature control are known from DE10221558B4 known. Further details of the variothermic or dynamic temperature of injection molds are in the EP2329332B1 described.

Mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur variothermen bzw. dynamischen Temperierung von Formwerkzeugen ist eine Reihe von Nachteilen verbunden. Der ortsgebundene Energieaustausch durch Temperierkanäle im Formeneinsatz bedeutet in der Kühl- bzw. Heizphase immer einen Temperaturunterschied zwischen den Kanälen, da die Temperatur immer von der Wärmquelle zur Wärmesenke transportiert wird. Je näher die Kühlkanäle an der Kavitätenoberfläche angebracht sind, umso intensiver wird der Wärmetransport von oder zur Kavitätenoberfläche und umso größer werden die Temperaturinhomogenität zwischen den Kühlkanälen auf der Kavitätenoberfläche und demzufolge auch die ungleichmäßige Abkühlung des Spritzgussartikels. Je weiter die Kühlkanäle von der Kavitätenoberfläche entfernt sind, um so unwirtschaftlicher und träge wird die dynamische Werkzeugtemperierung, da sehr viel Masse (Werkzeugstahl) vom Formeneinsatz aufgeheizt und wieder abgekühlt werden muss. Als Ergebnis bedeutet dies, dass viel Energie bei einer dynamischen Werkzeugtemperierung je Zyklus zum Aufheizen bzw. Abkühlen der Kavität benötigt wird. Lange Aufheiz- und Abkühlzeiten sind auch gleichbedeutend mit dem hohen Energiebedarf und somit auch mit der Wirtschaftlichkeit des Prozesses. A number of disadvantages are associated with the known devices and methods for variothermic or dynamic tempering of molds. The localized energy exchange by tempering channels in the mold used in the cooling or heating phase always means a temperature difference between the channels, since the temperature is always transported from the heat source to the heat sink. The closer the cooling channels are attached to the cavity surface, the more intense the heat transfer from or to the cavity surface and the greater the temperature inhomogeneity between the cooling channels on the cavity surface and consequently the uneven cooling of the injection molded article. The further the cooling channels are away from the cavity surface, the more inefficient and sluggish the dynamic mold temperature control, since a great deal of mass (tool steel) has to be heated up by the mold insert and cooled down again. As a result, this means that much energy is needed in a dynamic mold tempering per cycle for heating or cooling the cavity. Long heating and cooling times are also synonymous with the high energy requirements and thus also with the economy of the process.

Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, Formeneinsätze aus gut wärmeleitfähigem Material zu verwenden, um den Wärmetransport zu verbessern. So ist es aus der EP1154886B1 bekannt, einen Formeneinsatz zu verwenden, der aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Ein erster Teil besteht aus Stahl und bildet auf einer Seite die Kavitätenoberfläche. Ein zweiter Teil besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Zwischen diesen beiden Teilen ist ein dritter Teil aus Nickel eingebettet ist. Aus der US4,793,953B ist es bekannt, einen Formeneinsatz in der Weise schichtartig auszubilden, dass die Kühlkanäle in einer Kupfer- Beryllium-Legierung angeordnet sind, dass darauf eine Nickelschicht liegt und dass auf dieser eine die Kavitätenoberfläche bildende Schicht aus Titannitrid oder Chrom aufgebracht ist. From the prior art, it is also known to use mold inserts of good thermal conductivity material to improve the heat transfer. So it is from the EP1154886B1 known to use a mold insert, which is composed of several parts, which consist of different materials. A first part consists of steel and forms the cavity surface on one side. A second part consists of copper or a copper alloy. Between these two parts is embedded a third part of nickel. From the US4,793,953B It is known to form a mold insert in such a way that the cooling channels are arranged in a copper-beryllium alloy, that thereon is a nickel layer and that on this a cavity surface forming layer of titanium nitride or chromium is applied.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Formeneinsatz anzugeben, der für eine variotherme bzw. dynamische Temperierung ausgebildet ist und der sich durch eine verbesserte Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Based on this prior art, the present invention seeks to provide a mold insert, which is designed for a variothermic or dynamic temperature control and which is characterized by improved efficiency.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Formeneinsatz mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen. The solution of this object is achieved by a mold insert with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments can be found in the dependent claims.

Demzufolge ist es ein Gedanke der Erfindung, mit einer variothermen Werkzeugtemperierung bei geringstem Energiebedarf die Wirtschaftlichkeit bei gleicher oder verbesserter Artikelqualität durch Verkürzen der Zykluszeit zu erhöhen. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, die Nachteile der ortsgebundenen Kühlkanäle nahe der Kavitätenoberfläche durch einen flächigen Wärmetransport über ein Schicht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z.B. CuBe zu beseitigen, nachfolgend auch Wärmeleitschicht oder Kühlplatte genannt, und – bezogen auf die Kavitätenoberfläche – hinter dieser Wärmeleitschicht bzw. hinter der Kühlplatte eine Isolierschicht anzuordnen. Diese Isolierschicht, die als Isolierplatte ausgebildet sein kann, insbesondere als poröse Isolierplatte, hat den Vorteil, dass ein breiteres Einstellfenster für den Prozess zur Verfügung steht und die zu beheizende oder zu kühlende Masse immer klein bleibt und die Kühlplatte, z.B. eine CuBe-Kühlplatte, als Wärmespeicher in der Anfangsphase eine höhere Temperatur annehmen kann, was wiederum zur besseren Artikeloberflächenqualität beiträgt, da weniger Wärme aus der Kavität in der Abformphase entzogen wird. Accordingly, it is an idea of the invention to increase the economy with the same or improved article quality by shortening the cycle time with a variothermal mold temperature control with the lowest energy consumption. The essence of the invention is to eliminate the disadvantages of localized cooling channels near the cavity surface by a surface heat transfer through a layer of a material with high thermal conductivity such as CuBe, hereinafter also Wärmeleitschicht or Called cooling plate, and - based on the Kavitätenoberfläche - behind this heat conducting layer or behind the cooling plate to arrange an insulating layer. This insulating layer, which can be formed as an insulating plate, in particular as a porous insulating plate, has the advantage that a wider setting window for the process is available and the mass to be heated or cooled always remains small and the cooling plate, for example a CuBe cooling plate, As heat storage in the initial phase can assume a higher temperature, which in turn contributes to better article surface quality, since less heat is removed from the cavity in the molding phase.

Insofern wird vorgeschlagen, den Wärmetransport während der Abformphase der Kunststoffschmelze durch einen Wärmestau mittels unterschiedlicher wärmeleitfähiger Materialien zu reduzieren und den ersten hohen Energietransport aus der Kunststoffschmelze durch Verkleinern des Temperaturunterschiedes zwischen Wärmequelle (Schmelze) und Wärmesenke (z.B. CuBe-Kühlplatte) so klein wie möglich zu halten. Zur raschen Abkühlung der CuBe-Kühlplatte trägt die hohe Wärmeleitfähigkeit von CuBe bei. In this respect, it is proposed to reduce the heat transfer during the molding phase of the plastic melt by a heat accumulation by means of different thermally conductive materials and the first high energy transport from the plastic melt by reducing the temperature difference between the heat source (melt) and heat sink (eg CuBe cooling plate) as small as possible hold. The high thermal conductivity of CuBe contributes to the rapid cooling of the CuBe cooling plate.

Von besonderer Bedeutung ist der schichtweise Materialaufbau im Formeinsatz mit unterschiedlich wärmeleitfähigen Materialien, die flächig z.B. mit der Vakuumlöttechnik verbunden werden. Ein solcher Formeneinsatz in Hybridbauweise zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus.

1. Beim Einspritzen entsteht erst ein Wärmestau durch die verschleißfeste Kavitätenoberfläche aus schlecht wärmeleitenden Werkzeugstahl mit z.B. hohem Cr-Anteil.
2. Durch das Temperaturgefälle zwischen Kunststoffschmelze und CuBe-Kühlplatte entsteht ein flächiger Wärmetransport zwischen der vakuumverlöteten CuBe-Kühlplatte mit guter Wärmeleitfähigkeit und der Kavitäten-Cr-Platte mit schlechter Wärmleitfähigkeit.
3. Die CuBe-Kühlplatte wirkt durch die gute Wärmeleitfähigkeit wie ein Wärmeschwamm und sorgt für einen hohen Wärmetransport durch die Kavitäten-Cr-Platte und durch die CuBe-Kühlplatte bis hin zur Hintergrundkühlung.
4. Die CuBe-Kühlplatte ist mit einem Netz aus Kühlkanälen ausgestattet, analog wie die Kühlplatte mit dem Bezugszeichen 18 ₃ aus der 2 der DE10221558B4 . Diese CuBe-Kühlplatte sorgt in der aktiven Kühlphase für einen möglichst homogenen Wärmeentzug aus der Kavitätenoberfläche.
5. Die Werkzeugstahlplatte mit der Hintergrundkühlung bzw. Hintergrundtemperierung ist analog der Heizplatte mit dem Bezugszeichen 18 ₂ aus der 2 der DE10221558B4 ausgebildet. Diese Patte ist flächig durch Vakuumlöttechnik mit der CuBe-Kühlplatte verbunden, so dass der Formeinsatz inklusive Bohrungen für die Kanäle in den beiden Platten aus einem Block besteht.
6. Durch eine entsprechende Kühlkanalgeometrie in Dreiecksform mit verminderter Fließfrontgeschwindigkeit des Kühlmediums in Richtung der Kavitätenoberfläche (Dreieckspitze zeigt in Richtung der Kavität) kann im Bedarfsfalle zusätzlich der Wärmestrom in Richtung Kavität homogenisiert werden.
7. Die Auslegung für einen höchsten Wärmetransport bei geringster Oberflächentemperaturabweichung kann über ein geeignetes Simulationsprogramm wie beispielsweise ANSYS rechnerisch ermittelt werden.
8. Vorzugsweise benötigt der Vorlauf für den Kühlkreislauf in der CuBe- Kühlplatte zwei Anschlüsse und der Rücklauf nur einen. Der Vorteil dabei ist, dass der Kühlkreis bis zum Werkzeug zirkulieren kann und die eingestellte Temperatur direkt am Kühlkreislauf im Werkzeug ansteht und somit nach dem Zuschalten ohne Verzögerung die Kühlung mit der eingestellten Temperatur sofort starten kann.
9. Für prozessbedingte extreme Temperatursprünge wird zur Isolierung der Hintergrundtemperatur gegenüber der dynamisch gefahrenen CuBe-Kühlplatte erfindungsgemäß eine Isolierplatte vorgesehen, insbesondere eine poröse Isolierplatte mit geschlossenen Poren. Die Heiz-/Kühlmasse für den dynamischen Prozess wird dadurch so klein wie möglich gehalten. Gegebenenfalls kann zur Temperaturstabilität und Reproduzierbarkeit das Kühlnetz bzw. der oder die Kühlkanäle in der CuBe-Kühlplatte auch mit der Hintergrundtemperatur durchströmt werden, insbesondere falls für den Folgezyklus nicht genügend Zeit für den Temperaturausgleich bleibt.
10. Die Isolierplatte hat den Vorteil, dass ein breiteres Einstellfenster für den Prozess zur Verfügung steht und die zu beheizende oder zu kühlende Masse immer klein bleibt und die CuBe-Kühlplatte als Wärmespeicher in der Anfangsphase eine höhere Temperatur annehmen kann, was wiederum zur besseren Artikeloberflächenqualität beiträgt, da weniger Wärme aus der Kavität in der Abformphase entzogen wird.

Of particular importance is the layered material structure in the mold insert with different thermal conductivity materials that are connected flat eg with the vacuum brazing. Such a mold insert in hybrid construction is characterized by the following properties.

1. During injection, only a build-up of heat occurs due to the wear-resistant cavity surface of poorly heat-conducting tool steel with, for example, a high Cr content.
2. The temperature gradient between plastic melt and CuBe cooling plate results in a surface heat transfer between the vacuum-brazed CuBe cooling plate with good thermal conductivity and the cavity Cr plate with poor thermal conductivity.
3. Due to its good thermal conductivity, the CuBe cooling plate acts like a thermal sponge and ensures high heat transport through the cavity Cr plate and through the CuBe cooling plate to background cooling.
4. The CuBe cooling plate is equipped with a network of cooling channels, analogous to the cooling plate with the reference numeral 18 ₃ from the 2 of the DE10221558B4 , This CuBe cooling plate ensures that the extraction of heat from the cavity surface is as homogeneous as possible during the active cooling phase.
5. The tool steel plate with the background cooling or background temperature control is analogous to the heating plate with the reference numeral 18 ₂ from the 2 of the DE10221558B4 educated. This flap is surface-connected by vacuum brazing technique with the CuBe cooling plate, so that the mold insert including holes for the channels in the two plates consists of a block.
6. By a corresponding cooling channel geometry in triangular shape with reduced flow front speed of the cooling medium in the direction of the cavity surface (triangle tip points in the direction of the cavity), the heat flow can be homogenized in the direction of the cavity in case of need in addition.
7. The design for a maximum heat transfer with the lowest surface temperature deviation can be calculated using a suitable simulation program such as ANSYS.
8. Preferably, the flow for the cooling circuit in the CuBe cooling plate requires two ports and the return only one. The advantage here is that the cooling circuit can circulate to the tool and the set temperature is applied directly to the cooling circuit in the tool and thus can start the cooling immediately after switching on with the set temperature.
9. For process-related extreme temperature jumps, an insulating plate is provided according to the invention for isolating the background temperature from the dynamically driven CuBe cooling plate, in particular a porous insulating plate with closed pores. The heating / cooling mass for the dynamic process is thereby kept as small as possible. Optionally, for the temperature stability and reproducibility of the cooling network or the cooling channels or channels in the CuBe cooling plate are also flowed through with the background temperature, especially if there is not enough time for the temperature compensation for the subsequent cycle.
10. The insulating plate has the advantage that a wider setting window for the process is available and the mass to be heated or cooled always remains small and the CuBe cooling plate can take a higher heat storage in the initial phase, which in turn for better article surface quality contributes, as less heat is removed from the cavity in the impression phase.

Anhand der einzigen Figur, nämlich der 1, soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben werden. Die 1 zeigt einen Formeneinsatz für ein Spritzgießwerkzeug bzw. eine Formhälfte eines Spritzgießwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Nachfolgend soll der Einfachheit halber lediglich von einem Formeneinsatz die Rede sein. Eine Formhälfte eines Spritzgießwerkzeugs kann aus einem oder mehreren solcher Formeneinsätze bestehen. Ebenso ist es möglich, dass der hier beschriebene Formeneinsatz selbst schon als Formhälfte ausgebildet ist. Der Formeneinsatz 1 ist im vorliegenden Beispiel aus vier Schichten bzw. vier Platten aufgebaut, wobei die oberste Platte 3 eine Kavitätenoberfläche 2 bildet. Die oberste Platte ist eine Stahlplatte 3 und besteht aus einem chromhaltigen Werkzeugstahl mit relativ schlechter Wärmeleitfähigkeit. Dahinter befindet sich eine Wärmeleitplatte 4 aus einem Material mit relativ guter Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel eine CuBe-Wärmeleitplatte. Diese Wärmeleitplatte 4 wird nachfolgend auch Kühlplatte genannt, weil darin Kühlkanäle 5 untergebracht sind. Hinter der Wärmeleitplatte bzw. der Kühlplatte 4 befindet sich eine Isolierplatte 6, die beispielsweise aus einem porösen Material bestehen kann. Vorzugsweise kann eine poröse Isolierplatte 6 mit geschlossenen Poren verwendet werden. Dahinter befindet sich eine Werkzeugstahlplatte 7 aus einem üblichen Werkzeugstahl, in welcher Heizkanäle 8 untergebracht sind. Die Verwendung der Begriffe „Kühlkanal 5“ und „Heizkanal 8“ dient lediglich der leichteren Beschreibung der Erfindung. Welche Temperatur das durch diese Kanäle geleitete Temperiermedium wie zum Beispiel Wasser hat, hängt von den Prozessbedingungen ab. Dies bedeutet, dass das Temperiermedium auch eine gleiche Temperatur aufweisen kann. Ebenso ist es möglich, dass die Temperatur in den Heizkanälen niedriger liegen kann als in den Kühlkanälen und umgekehrt. Ein erstes Temperiergerät 9a ist für die Kühlplatte 4 vorgesehen und ein zweites Temperiergerät 9b ist für die Werkzeugstahlplatte 7 vorgesehen. Der besseren Übersicht halber ist der Anschluss des zweiten Temperiergeräts 9b in einer verkleinerten Darstellung des Formeneinsatzes 1 direkt neben dem Temperiergerät 9b gezeigt. An einer geeigneten Stelle am oder im Formeneinsatz 1 sind für den Vorlauf V zwei Anschlüsse vorgesehen, die über Leitungen 10a und 10b mit dem Temperiergerät 9a verbunden sind. Für den Rücklauf R ist lediglich ein Anschluss vorgesehen, der einerseits mit dem Kühlkanal 5 verbunden ist und über eine Leitung 10c und ein 3/2-Wegeventil 11 mit den Leitungen 10b und 10d verbunden ist, wobei Letztere sich zwischen dem 3/2-Wegeventil 11 und dem Temperiergerät 9a befindet. Based on the single figure, namely the 1 , An embodiment of the invention will be described in detail. The 1 shows a mold insert for an injection mold or a mold half of an injection mold according to an embodiment of the invention. In the following, for the sake of simplicity, only a mold insert will be mentioned. A mold half of an injection molding tool may consist of one or more such mold inserts. It is also possible that the mold insert described here itself is already formed as a mold half. The mold insert 1 is in the present example of four layers or four plates constructed, with the top plate 3 a cavity surface 2 forms. The top plate is a steel plate 3 and consists of a chrome-containing tool steel with relatively poor thermal conductivity. Behind it is a heat conduction plate 4 from a material with relatively good thermal conductivity, such as a CuBe heat conducting plate. This heat conducting plate 4 is also referred to below as cooling plate, because therein cooling channels 5 are housed. Behind the heat-conducting plate or the cooling plate 4 there is an insulating plate 6 , which may for example consist of a porous material. Preferably, a porous insulating plate 6 be used with closed pores. Behind it is a tool steel plate 7 from a common tool steel, in which heating channels 8th are housed. The use of the terms "cooling channel 5 "And" heating channel 8th "Is merely for ease of description of the invention. The temperature of the tempering medium, such as water, passed through these channels depends on the process conditions. This means that the temperature control medium can also have a same temperature. It is also possible that the temperature in the heating channels may be lower than in the cooling channels and vice versa. A first temperature control unit 9a is for the cooling plate 4 provided and a second temperature control 9b is for the tool steel plate 7 intended. For better clarity, the connection of the second temperature control unit 9b in a reduced view of the mold insert 1 directly next to the temperature control unit 9b shown. At a suitable location on or in the mold insert 1 are provided for the flow V two connections, via lines 10a and 10b with the temperature control unit 9a are connected. For the return R only one connection is provided, on the one hand with the cooling channel 5 is connected and via a line 10c and a 3/2-way valve 11 with the wires 10b and 10d The latter is between the 3/2-way valve 11 and the temperature control unit 9a located.

Wird das Temperiermedium für die Hintergrundtemperatur in den Heizkanälen 8 und das Temperiermedium für die Kühlkanäle 5 in der CuBe-Kühlplatte 4 mit der gleichen Temperatur durch die entsprechenden Kanäle geleitet, so wird für einen Spritzgießzyklus nicht mehr Energie zur Artikelkühlung benötigt als bei einem Standardprozess mit konstanter Werkzeugtemperatur. Er ergibt sich jedoch der Vorteil, dass sich die Kühlzeit durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der CuBe-Kühlplatte extrem verkürzt. Der Grund dafür ist, dass mindestens zwei Materialien mit einer un- terschiedlichen Wärmeleitfähigkeit hintereinander geschaltet sind und sich die Wärmeleitfähigkeit von der Wärmequelle (Schmelze) in Richtung CuBe-Kühlplatte (Wärmesenke) erhöht. If the temperature control medium for the background temperature in the heating channels 8th and the temperature control medium for the cooling channels 5 in the CuBe cooling plate 4 Passing through the appropriate channels at the same temperature eliminates the energy needed to cool the parts of an injection molding cycle compared to a standard constant tool temperature process. However, it has the advantage that the cooling time is extremely shortened by the high thermal conductivity of the CuBe cooling plate. The reason for this is that at least two materials with a different thermal conductivity are connected in series and the thermal conductivity of the heat source (melt) in the direction of CuBe cooling plate (heat sink) increases.

Der Kühlvorgang kann sich je nach Prozesseinstellung in mehrere Schritte aufteilen. In der Einspritzphase entsteht durch die schlechte Wärmeleitung der Kavitäten- Chrom-Platte 3 und durch die poröse Isolierplatte 6 zur Hintergrundkühlung bzw. Hintergrundtemperierung in der Stahlplatte 7 zuerst ein Wärmestau und dadurch eine erhöhte Temperatur der Kavitätenoberfläche 2, die für eine hochwertige Oberflächenqualität des Spritzgießartikels von Vorteil ist. Vor dem Zuschalten der Kühlung in den Kanälen 5 wird die CuBe-Kühlplatte 4 somit als Wärmespeicher benutzt, der durch die Schmelzetemperatur symmetrisch aufgeheizt und aufgeladen wird. Dabei reduziert sich der Wärmestrom durch die Temperaturerhöhung der CuBe-Kühlplatte 4. Der Spritzgussartikel kann optimiert werden und die Artikelkühlung erfolgt als erstes nur über die Hintergrundkühlung in der Werkzeugstahlplatte 7. Nach dem Ende der Einspritzphase und am Ende der gewünschten Artikeloberflächenqualität wird die Kühlung in der CuBe-Kühlplatte 4 dazu geschaltet, wodurch dann die Temperaturspreizung zwischen der Wärmequelle, d.h. der Schmelze, und der Wärmesenke am Übergang zur CuBe-Kühlplatte 4 erhöht wird und dies dann zu einer schnelleren Artikelabkühlung führt. The cooling process can be divided into several steps depending on the process setting. In the injection phase caused by the poor heat conduction of the cavity chrome plate 3 and through the porous insulating plate 6 for background cooling or background tempering in the steel plate 7 first a heat accumulation and thus an increased temperature of the cavity surface 2 which is advantageous for a high-quality surface quality of the injection-molded article. Before switching on the cooling in the channels 5 becomes the CuBe cooling plate 4 thus used as a heat storage, which is heated symmetrically by the melt temperature and charged. The heat flow is reduced by the temperature increase of the CuBe cooling plate 4 , The injection molded article can be optimized and the article cooling is done first only via the background cooling in the tool steel plate 7 , After the end of the injection phase and at the end of the desired article surface quality, the cooling in the CuBe cooling plate 4 connected to it, which then the temperature difference between the heat source, ie the melt, and the heat sink at the transition to the CuBe cooling plate 4 is increased and this then leads to a faster article cooling.

Die Auswirkungen der Temperaturen sind vergleichbar mit dem Standard Spritzgießprozess. Dies bedeutet folgendes. Sind die Hintergrundtemperatur in der Stahlplatte 7 und die Kühltemperatur in der CuBe-Kühlplatte 4 höher eingestellt, ist dies gleichbedeutend mit einer besseren Oberflächenqualität des Spritzgussartikels. Sind die Hintergrundtemperatur in der Stahlplatte 7 und die Kühltemperatur in der CuBe-Kühlplatte 4 hingegen niedriger eingestellt, verkürzt sich die Kühlzeit, jedoch immer mit dem Vorteil der kürzeren Kühlzeit im Vergleich zur konstanten Standardwerkzeugtemperatur. Wird die Hintergrundtemperatur höher als die Temperatur in der CuBe-Kühlplatte 4 eingestellt, so wird die Kavität nach dem Abschalten der Kühlung der CuBe-Kühlplatte über die Hintergrundtemperatur aufgeheizt und verbessert somit die Oberflächenqualität des Artikels trotz kurzer Kühlzeit. Die erhöhte Wärmezufuhr verschlechtert jedoch die Energiebilanz. Wird die Temperatur in der CuBe-Kühlplatte 4 höher eingestellt, kann diese zur Erhöhung der Kavitätentemperatur benutzt werden. Die Artikelkühlung erfolgt dann über die Hintergrundkühlung in der Stahlplatte 7, die aufgrund der CuBe-Kühlplatte 4 für einen höheren Wärmetransport sorgt, aber auch die Energiebilanz verschlechtert. The effects of temperatures are comparable to the standard injection molding process. This means the following. Are the background temperature in the steel plate 7 and the cooling temperature in the CuBe cooling plate 4 set higher, this is equivalent to a better surface quality of the injection molded article. Are the background temperature in the steel plate 7 and the cooling temperature in the CuBe cooling plate 4 however, if set lower, the cooling time will be shortened, but always with the advantage of the shorter cooling time compared to the constant standard tool temperature. Will the background temperature be higher than the temperature in the CuBe cooling plate 4 is set, the cavity is heated after switching off the cooling of the CuBe cooling plate above the background temperature and thus improves the surface quality of the article despite a short cooling time. The increased heat input, however, worsens the energy balance. Is the temperature in the CuBe cooling plate 4 set higher, this can be used to increase the cavity temperature. The cooling of the article then takes place via the background cooling in the steel plate 7 due to the CuBe cooling plate 4 ensures a higher heat transport, but also worsens the energy balance.

Nachfolgend soll der Prozessablauf anhand von fünf Prozessschritten beschrieben werden. Es soll dabei davon ausgegangen werden, dass ein Spritzgießwerkzeug, auch Formwerkzeug genannt, aus zwei Formhälften besteht, von denen wenigstens eine Formhälfte, vorzugsweise aber beide Formhälften, aus einem hier beschriebenen Formeneinsatz gebildet sind oder jeweils aus mehreren solcher Formeneinsätze zusammengebaut sind. The process flow will be described below with reference to five process steps. It should be assumed that an injection mold, also called mold, consists of two mold halves, of which at least one mold half, but preferably both mold halves are formed from a mold insert described herein or are each assembled from a plurality of such mold inserts.

1. Prozessschritt: 1st process step:

Das Spritzgieß- bzw. Formwerkzeug wird geschlossen. Das Temperiermedium in den Kühlkanälen 5 in der CuBe-Kühlplatte 4 ruht. Dies soll durch die Punkte in den Kühlkanälen 5 und der Leitung 10c veranschaulicht werden. Durch die nicht gepunktet dargestellten Leitungsabschnitte 10a, 10b und 10c und durch das Temperiergerät 9a zirkuliert das Temperiermedium auf der gewünschten Temperatur von z.B. 80°C. Die Hintergrundtemperatur in den Heizkanälen 8 hält den Formeneinsatz 1 auf einer gewünschten Temperatur von beispielsweise 80°C. The injection molding or molding tool is closed. The temperature control medium in the cooling channels 5 in the CuBe cooling plate 4 rests. This is said to be through the points in the cooling channels 5 and the line 10c be illustrated. Through the non-dotted line sections shown 10a . 10b and 10c and through the temperature control unit 9a the temperature control medium circulates at the desired temperature of eg 80 ° C. The background temperature in the heating channels 8th holds the mold insert 1 at a desired temperature of, for example, 80 ° C.

2. Prozessschritt: 2nd process step:

Kunststoffschmelze wird in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Das Temperiermedium in den Kühlkanälen 5 in der CuBe-Kühlplatte 4 ruht weiterhin und die Hintergrundtemperatur in den Heizkanälen 8 hält den Formeneinsatz 1 weiterhin auf einer gewünschten Temperatur von beispielsweise 80°C. Die oberste Platte 3 mit dem chromhaltigen Werkzeugstahl kann aufgrund der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit nur langsam Wärmeenergie aus der Kunststoffschmelze aufnehmen und sorgt somit für eine hohe Temperatur der Kavitätenoberfläche 2. Plastic melt is injected into the injection mold. The temperature control medium in the cooling channels 5 in the CuBe cooling plate 4 continues to rest and the background temperature in the heating channels 8th holds the mold insert 1 continue at a desired temperature of, for example, 80 ° C. The top plate 3 Due to the relatively poor thermal conductivity, the chromium-containing tool steel can absorb heat energy from the plastic melt only slowly and thus ensures a high temperature of the cavity surface 2 ,

3. Prozessschritt: 3rd process step:

Die CuBe-Kühlplatte 4 entzieht der Stahlplatte 3 flächig Wärmeenergie. Solange keine Kühlung zugeschaltet wird, d.h. solange kein Temperiermedium durch die Kühlkanäle 5 geleitet wird, erfolgt nur ein sehr langsamer Abtransport von Wärmeenergie aus der Kunststoffschmelze. Während dieser Zeit kann eine gute Abformung der Oberfläche des Spritzgussartikels erfolgen. The CuBe cooling plate 4 withdraws the steel plate 3 areal heat energy. As long as no cooling is switched on, ie as long as no tempering through the cooling channels 5 is passed, takes place only a very slow removal of heat energy from the plastic melt. During this time, a good impression of the surface of the injection molded article can be made.

4. Prozessschritt: 4th process step:

Die CuBe-Kühlplatte 4 wird nach einer vorgebbaren Zeit aktiv geschaltet und die Kühlkanäle 5 werden von einem Temperiermedium durchströmt. Dadurch wird das Temperaturgefälle zwischen der Wärmequelle (Schmelze) und der der Wärmesenke (Stahlplatte 3 und Kühlplatte 4) erhöht und es kann schnell Wärmeenergie aus der Schmelze bzw. dem Spritzgussartikel entzogen werden. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der CuBe-Kühlplatte 4 kann der Wärmeabtransport besonders rasch erfolgen. Zusätzlich entzieht die Hintergrundtemperatur in der Stahlplatte 7 durch die Isolierplatte dem Formeinsatz Wärmeenergie. The CuBe cooling plate 4 is activated after a predetermined time and the cooling channels 5 are flowed through by a temperature control medium. As a result, the temperature gradient between the heat source (melt) and the heat sink (steel plate 3 and cooling plate 4 ) and it can quickly be removed heat energy from the melt or the injection molded article. Due to the high thermal conductivity of the CuBe cooling plate 4 the heat removal can be done very quickly. In addition, the background temperature in the steel plate deprives 7 through the insulating plate the mold insert heat energy.

5. Prozessschritt: 5th process step:

Die Entformungstemperatur des Spritzgussartikels ist erreicht. Die Hintergrundtemperatur in der Werkzeugstahlplatte 7 und die Temperatur in der CuBe-Kühlplatte 4 sind gleich geworden. Das Formwerkzeug kann aufgefahren und der fertige Spritzgussartikel kann entnommen werden. Während dem fünften Prozessschritt oder danach kann die Kühlung der CuBe-Kühlplatte 4 abgeschaltet werden, d.h. das Temperiermedium in dem Kühlkanal 5 ruht wieder. Das Temperiermedium kann über die Leitungen 10a, 10b und 10d durch das Temperiergerät 9a hindurch zirkulieren und auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden, z.B. auf 80°C. The demolding temperature of the injection molded article is reached. The background temperature in the tool steel plate 7 and the temperature in the CuBe cooling plate 4 have become the same. The mold can be raised and the finished injection molded article can be removed. During the fifth process step or after, the cooling of the CuBe cooling plate 4 be switched off, ie the temperature control in the cooling channel 5 rest again. The temperature control medium can via the lines 10a . 10b and 10d through the temperature control unit 9a circulate through it and kept at a desired temperature, eg at 80 ° C.

Durch die hohe spezifische Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von CuBe wird in der Abformphase (siehe dritter Prozessschritt) ohne aktive Kühlung durch ein Temperiermedium die Wärmeenergie aus dem Artikel nur durch reine Wärmeaufnahme in den CuBe-Speicher entzogen, so dass ein unterschiedlicher Abstand der Kühlkanäle zur Kavitätenoberfläche, welche oft fertigungsbedingt bei 3D Geomet- rien von Formteilen vorliegen, keinen so großen Einfluss auf die Artikeloberflächentemperatur hat. Darüber hinaus ergibt sich ein Zykluszeitvorteil gegenüber dem Stand der Technik. Bezugszeichenliste 1 Formeneinsatz 2 Kavitätenoberfläche 3 Stahlplatte 4 CuBe-Kühlplatte 5 Kühlkanal oder Kühlkanäle 6 Isolierplatte 7 Werkzeugstahlplatte 8 Heizkanal oder Heizkanäle 9a, 9b Temperiergeräte 10a–10d Leitungen 11 3/2-Wegeventil Due to the high specific heat capacity and thermal conductivity of CuBe in the molding phase (see third process step) without active cooling by a tempering the heat energy from the article only by pure heat absorption in the CuBe memory withdrawn, so that a different distance of the cooling channels to the cavity surface, which are often due to the production of 3D geometries of molded parts, does not have such a great influence on the surface temperature of the article. In addition, there is a cycle time advantage over the prior art. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 mold insert 2 cavity surface 3 steel plate 4 BeCu cooling plate 5 Cooling channel or cooling channels 6 insulation 7 Tool steel plate 8th Heating channel or heating channels 9a . 9b Tempering 10a - 10d cables 11 3/2-way valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10221558 B4 [0002, 0009, 0009]
EP 2329332 B1 [0002]
EP 1154886 B1 [0004]
US 4793953 B [0004]

Claims

Mold part for an injection mold, comprising a first steel plate ( 3 ), the cavity surface ( 2 ), a cooling plate connected thereto ( 4 ) made of a material having a relatively high thermal conductivity, in particular a Cu-Be cooling plate ( 4 ), one with the cooling plate ( 4 ) connected insulating plate ( 6 ) and one with the insulating plate ( 6 ) connected second steel plate ( 7 ), wherein one or more of a first tempering medium flows through channels ( 5 ) in the cooling plate ( 4 ) (Cooling channels) and one or more channels through which a second temperature control medium can flow ( 8th ) in the second steel plate ( 7 ) (Heating channels) are provided.

Mold part according to claim 1, characterized in that the insulating plate ( 6 ) consists of a porous material, in particular that the porous insulating plate ( 6 ) has closed pores.

Mold part according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling channels ( 5 ) in the cooling plate ( 4 ) have a smaller diameter than the heating channels ( 8th ) in the steel plate ( 7 ).

Mold part according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channels ( 5 ) in the cooling plate ( 4 ) have a cross section in the form of a triangle, wherein the apex of the triangle substantially in the direction of the cavity surface ( 2 ) is pointing or pointing in this direction.

Mold part according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature control medium circuit through the or the cooling channels ( 5 ) in the cooling plate ( 4 ) has a flow (V) with two ports and a return (R) with a port.

Mold part according to one of the preceding claims, wherein the cooling channel or channels ( 5 ) in the cooling plate ( 4 ) to a first temperature control device ( 9a ) and the heating channel or channels ( 8th ) in the second steel plate ( 7 ) to a second temperature control device ( 9b ) are connected.

Mold part according to claim 6, wherein a 3/2-way valve ( 11 ) is provided, on which the line ( 10c ) of the return (V) and one of the flow (V) outgoing return line ( 10b ) are connected.

Injection mold with one or more mold parts ( 1 ) according to any one of the preceding claims.

Injection mold according to claim 8, characterized in that the mold parts are designed as mold inserts, wherein the mold inserts are assembled to form a mold half of an injection mold or wherein the mold inserts are formed as a mold half of an injection mold.

Injection molding machine with an injection mold according to claim 8 or 9.