DE2318899C3 - Beheiztes Formwerkzeug zum Herstellen von Kunststoffteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der V-erarbeitung von Kunststoffen und betrifft ein beheiztes Formwerkzeug zum Herstellen von Kunststoffteilen aus Thermo plasten, Duroplasten oder Elastomeren mit den Formhohlraum umgebenden Hohlräumen in Form von Bohrungen, Kanälen oder geschlossenen Rinnen, in denen ein Heizkabel angeordnet ist, bestehend aus einem Metallmantel als Schutzschicht mit darin angeordnetem Heizleiter, der von verdichtetem Mineralpulver als Isolierung umgeben ist.

Bei der Herstellung von Teilen aus Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren werden Formwerkzeuge benutzt, die in ihrer einfachsten Form aus einem zweiteiligen Stahlblock bestehen, bei dem auf der einen Seite der Trennfläche die Außenform und auf der anderen Seite der Trennfläche die Innenform des Teiles eingraviert sind. In den Fornihohlraum wird eine abgemessene Menge von beispielsweise pulverförmigen Kunststoff eingegeben, danach werden die beiden Formhälften gegeneinander gefahren und aufeinandergepreßt und erhitzt, so daß das eingegebene Kunststoffpulver schmilzt und den Formhohlraum zwischen Patrize und Matrize ausfüllt.

Zum Erhitzen des Formwerkzeuges werden elektrische Heizelemente benutzt, die in Bohrungen des Formwerkzeuges eingesetzt sind und von außen her mit Energie versorgt werden. Diese Heizelemente, auch Heizpatronen genannt, bestehen aus einem Mantel oder Hüllrohr aus einem hochtemperalurbeständigen Metallblech. Dieses Rohr ist an seinem einen Ende mit einem gasdicht eingeschweißten Boden versehen. Im allgemeinen sind in dem Inneren des Rohres zwei Widerstandsdrähte angeordnet. Weiterhin ist ein zusätzlicher Widerstandsdraht, der zu einer Wendel gewickelt ist, im geringen Abstand von dem Hüllrohr angeordnet. Sämtliche Zwischenräume zwischen Hüllrohr und dem wendelförmig gewickelten Widerslandsdraht sowie zwischen den im Innenraum angeordneten stärkeren Widerslandsdrähten sind mit hochverdichtetem Magnesiumoxyd-Pulver ausgefüllt. An dem offenen Ende des Hüllrohres ist eine Schutzkappe dicht und fest eingesetzt, durch die die isolierten Drahtzuführungen zu den im Innern des Hüllrohres angeordneten Wider-Standsdrähten führen.

Die Bohrungen in dem Formwerkzeug, in welche diese Heizpatronen eingesetzt werden, müssen mit hoher Genauigkeit und Oberflächengüte hergestellt werden; die Oberflächen werden geschliffen, damit die eingesetzten Heizpatronen einen sehr guten unmittelbaren Kontakt und damit einen guten Wärmeübergang zum Formwerkzeug haben. Wenn eine solche Heizpatrone beispielsweise infolge örtlicher Überhitzung ausgebrannt und nicht mehr brauchbar ist, muß sie ausgewechselt werden. In den meisten Fällen ist es jedoch nicht möglich, die Heizpatrone dann aus der Bohrung einfach herauszuziehen; die Heizpatrone muß vielmehr unter Zerstörung nach und nach aus dem Bohrloch herausgearbeitet werden, was im allgemeinen nur durch Herausbohren möglich ist. Dadurch wird das mit hoher Genauigkeit und Oberflächengüte hergestellte Bohrloch zumindest teilweise zerstört und es ist erforderlich, dieses Bohrloch auf einen größeren Durchmesser aufzubohren und wieder neu auf hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte zu bearbeiten, damit eine neue Heizpatrone, und zwar von etwas größerem Durchmesser, dem größeren Durchmesser des aufgebohrten Loches angepaßt, eingesetzt werden kann.

Dies ist z. B. auch der Fall bei einem in der US-PS 34 19 939 beschriebenen Formwerkzeug mit in vorgesehenen Kanälen oder Bohrungen fest eingebauten spiralförmigen Heizleitern, die erst in eine Gießform eingesetzt werden, und danach in die eigentliche Werkzeugform, wobei sie mit flüssigem Metall umgössen werden. Es ist dies ein außerordentlich schwieriges und kostspieliges Herstellungsverfahren. Es ist bekannt, daß Heizleiter unter den hier gegebener. Beanspruchungen eine nicht sehr lange Lebensdauer haben. Wenn der in die Form fest eingebaute Heizleiter durchgebrannt ist, oder andere elektrische Fehler vorliegen, ist damit die gesamte Form wertlos geworden und es muß ein neuer Heizleiter und eine neue Form hergestellt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein beheiztes Formwerkzeug zur Herstellen von Kunststoffteilen zu schaffen, bei dem in vorbereitete, den Formhohlraum umgebende Hohlräume das Auswechseln des Heizkabels auch bei komplizierten Anordnungen dieser Hohlräume vereinfacht wird. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Die Hohlräume des Formwerkzeuges, in die das wendeiförmige gewickelte Kabel eingesetzt ist, können mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmedehnung aufweist, wobei die Bohrung flüssigkeits- und druckdicht verschlossen ist.

Innerhalb der in den Hohlräumen eingesetzten Wendel ist zweckmäßig mittels einer schlauchförmiger. Membran ein leicht kompressibles Gas eingeschlossen, zum Ausgleich der Wärmedehnung der Flüssigkeit. Die Hohlräume, die in dem Formwerkzeug als durchgehende Kanäle ausgebildet sind und zur Aufnahme der wendelförmig gewickelten Heizkabel dienen, können auch als durchgehende Kanäle ausgebildet sein, die an ein Umwälzsystem für eine Kühlflüssigkeit angeschlossen sind; wie aus der DE-AS 10 33 223 bekannt ist.

Kabel mit einem oder mehreren elektrischen Heizleitern, die in verdichtetes Mineralpulver eingebettet und von einem Metallmantel umschlossen sind, sind an sich bekannt und werden in großem Umfang in der Bauindustrie beispielsweise zum Beheizen des Straßenbelages von Brücken oder zum Beheizen der Pisten auf Flugplätzen zum Schutz gegen Vereisung oder zum Abtauen des Schnees verwendet.

Die Erfindung besteht darin, diese beki. "inten Kabel derart auszubilden, daß die Montage in einem Formwerkzeug und insbesondere auch die Demontage ohne Schwierigkeiten durchzuführen sind. Dadurch ergeben sich eine Reihe von erheblichen Vorteilen. Zunächst ist es nicht mehr erforderlich, die Bohrungen in den Formwerkzeugen, in die Heizpatronen eingesetzt werden, mit hoher Maßgenauigkeit und Oberflächengüte herzustellen, da lediglich Toleranzen von ph s minus 0,2 Millimeter für das Einsetzen dieser Heizpatronen erforderlich sind. Weiterhin wird eine sehr gute Wärmeverieilung erreicht und es treten keine überhitzten Stellen mehr auf, bei denen die Gefahr eines Durchbrennens entsteht. In der Praxis ist festgestellt, daß im allgemeinen die Lebensdauer der wendelförmig aus Heizkabel gewickelten Heizpatronen im allgemeinen etwa das Vierfache der Lebensdauer der bisher bekannten Heizpatronen beträgt.

Selbst wenn die Wendel an einer oder mehreren Stellen den Zusammenhalt verloren hat, sind die einzelnen Teile mit einfachen Werkzeugen leicht aus der Bohrung zu entfernen, so daß es nicht erforderlich wird, die Bohrung in dem Formwerkzeug aufzuweiten und neu zu bearbeiten. Der Wechsel eines Heizkabels nach der Erfindung ist also wesentlich schneller zu bewerkstelligen und es ergeben sich dadurch erheblich geringere Totzeiten für das Werkzeug.

Ganz besonders vorteilhaft ist, daß das wendeiförmige Heizkabel nach der Erfindung biegsam ist und damit ganz neue Mögl'chkeiten eröffnet zur Anbringung und Ausbildung der Beheizung in den Formwerkzeugen. Die Hohlräume zur Aufnahme der Heizkabel nach der Erfindung können beispielsweise in ihrem Verlauf an den Formraum angepaßt werden, so daß es damit möglich ist, eine gleichmäßige Beheizung des Formwerkzeuges vorzunehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnung zeigt

F i g. I ein teilweise aufgeschnittenes Formwerkzeug in perspektivischer Darstellung mit eingesetztem Heizkabel,

F i g. 2 die Draufsicht auf die Trennfläche eines Formwerkzeuges mit schalenförmigen Formhohlraum und einem diesen Formhohlraum angepaßten Heizkabel,

Fig. 3 Querschnitt durch ein Formwerkzeug mit eingesetztem Heizkabel in einer besonderen Ausführungsform,

Fig.4 Querschnitt durch ein Formwerkzeug mit eingesetztem Heizkabel nach einer anderen besonderen Ausfuhrungsform.

In Fig. 1 ist ein Formwerkzeug in perspektivischer Darstellung wiedergegeben und 'Jieses Formwerkzeug s in Form eines .Stahlblocks 1 ist in der Ebene 2 geschnitten, in der ein Heizkabel 4 in einen Hohlraum 3 angeordnet ist. Dieses Heizkabel ist wendelförmig gewickelt. Das Kabel 5 enthält einen oder mehrere elektrische Heizleiter, die in verdichtetes Mineralpulver

ίο eingebettet und von einem Metallmantel, vorzugsweise aus Edelstahl umschlossen sind. Der Durchmesser derartiger Kabel beträgt 1,6 bis zu etwa 6 mm, wobei Kabel mit einem Durchmesser von 1,6 Millimeter bevorzugt werden. Diese Kabel werden zu einer engen Wendel, mit einem Durchmesser von 20 Millimeter gewickelt. Dementsprechend ist der als Bohrung ausgeführte Hohlraum 3 mit einem Durchmesser von 20 mm plus minus 0.2 mm ausgeführt. Diesen verhältnismäßig großen Toleranzen paßt sich die Wendel an.

Das oiiene Ende der Bohrung is! mil einem Stopfen 6 versehen, der aus Metall oder aber auch aus Keramik bestehen kann und fest in dieses offene Ende der Bohrung eingesetzt ist. In diesem Stopfen 6 ist die Durchführung für die beiden Heizleiter des Kabels 5 angeordnet und an der Außenseite des Stopfens 6 sind diese beiden Heizleiter mit dort angebrachten Stecker-Stiften 7 verbunden. Dort wird die Energiezufuhr mit einem Kabel und einer Kupplung angeschlossen.

In der F i g. 2 is: die eine Hälfte eines Formwerkzeuges perspektivisch dargestellt, so daß die Trennfläche 8 sichtbar ist. In dieser Fläche 8 ist für die Zwecke der Veranschaulichung ein einfacher schalenförmiger Formhohlraum 9 eingraviert. Dieser Formhohiraum 9 ist an allen Stellen in gleichen Abständen zu seinem Außenumfang von einer in die Fläche 8 eingearbeiteten Rinne 10 umgeben, die an einer Seite geradlinig bis zu einer Seitenfläche 11 der Formhälfte geführt ist. In diese Rinne 10, die in ihrem Grundriß etwa die Form einer Sechs hat. ist ein wendeiförmiges Heizkabel 4 eingesetzt. Je nach den Erfordernissen kann die Rinne 10 derart ausgearbeitet sein, daß sie das Heizkabel 4 vollständig aufnimmt oder aber auch nur teilweise aufnimmt, so daß das Heizkabel noch teilweise aus der Ebene 8 nach oben herausragt. In dem letzteren Falle ist selbstverständlich erforderlich, daß in der Fläche der anderen Formhälfte ebenfalls eine entsprechende Rinne ausgearbeitet ist, zur Aufnahme des aus der Ebene 8 herausragenden Teils des Heizkabels 4, so daß dieses beim Schließen der beiden Formhälften allseitig von dem Formwerkzeug umgeben ist und Wärme gleichmäßig an beide Teile des Formwerkzeuges abgeben kann.

Soll eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht werden, so wird entsprechend der Fig. 3 nach dem Einsetzen des wendeiförmigen Heizkabels 4 der Hohlraum 3 mit einer bei den Arbeitstemperaturen flüssigen Substanz gefüllt. Es kann dies eine Flüssigkeit von hoher Wärmeleitfähigkeit und geringer Wärmedehnung sein, es kann aber auch ein anderes Material beispielsweise ein Salz verwendet werden, das bei

(,ο herrschenden Arbeitstemperaturen flüssig ist. Der Stopfen 6 des Hohlraums 3 ist dann gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet. Um die Wärmedehnung des in dem Hohlraum 3 eingefüllten Materials auszugleichen, ist innerhalb des wendeiförmigen Heiz-

(15 kabeis eine schlauchförmige Membran 12 angeordnet, die mit einem leicht kompressiblen Gas gefüllt ist.

In der F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Danach ist das wendeiförmige Heizkabel 4

in eine durchgehenden Hohlraum 3 eingesetzt, der an /.wci Stellen an dem Formwerkzeug eine Mündung hat. Diese Mündungen sind mit Stopfen 6 flüssigkeitsdicht verschlossen. Eine dieser Stopfen 6 ist mit Durchführung und Anschlüssen für die elektrischen Leiter des Kabels versehen.

Weiterhin ist in jeden der Stopfen 6 eine Bohrung mit eingesetztem Rohr 13 angeordnet. Außerhalb der Stopfen ist jedes dieser eingesetzten Rohre mit einem Schlauch 14 versehen, der mit einem Umwälzsystem für eine Kühlflüssigkeit verbunden ist. Bei dieser Anordnung kann das Formwerkzeug wechselweise erhitzt oder gekühlt werden. Zum Erhitzen wird dem wendeiförmigen Heizkabel 4 Energie über die Anschlüsse 7 zugeführt, zum Kühler wird von dem Umwälzsystem für Kühlflüssigkeit über die Schläuche 14 Kühlflüssigkeit durch den Hohlraum 3 geschickt.

Derartiges abwechselndes Erwärmen und Abkühlen de Formwerkzeuges ist bei verschiedenen Fertigungsver fahren zweckmäßig und vorteilhaft und kann aufgrun der Möglichkeiten, die Bohrungen und Kanäle der Erfordernissen entsprechend zweckmäßig anzupassei mit hoher Wirksamkeit durchgeführt werden. Durch dit Verwendung wendeiförmiger Kabel ist es dabei nich erforderlich, in dem Formwerkzeug besondere Kiihlkii näle iiiizubringen, sondern es werden diesclber

ίο Hohlräume im Formwerkzeug für die Kühlung v.-rwcn det, die auch für die Erwärmung verwendet werden Abgesehen davon, daß die Herstellung eines solcher Formwerkzeuges dadurch erheblich vereinfacht wird ist auch der außerordentliche Vorteil erreicht, daß dit Wärmezufuhr und die Abkühlung immer an dcrselber Stelle bzw. in denselben Bereichen erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Beheiztes Formwerkzeug zum Herstellen von Kunststoffteilen aus Thermoplasten, Duroplasten oder Elastomeren mit den Formhohlraum umgebenden Hohlräumen in Form von Bohrungen, Kanälen oder geschlossenen Rinnen, in denen ein Heizkabel angeordnet ist, bestehend aus einem Metallmantel als Schutzschicht mit darin angeordnetem Heizleiter, der von verdichtetem Mineralpulver als Isolierung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizkabel (4) als Wendel in die den Formhohlraum (9) umgebenden Hohlräume (3) einbringbar ist und die Windungen des Heizkabels bei gleichem Durchmesser sich gegenseitig berührend aneinanderliegen, so daß es eine flexible Röhre bildet.

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (3) als durchgehende Kanäle ausgebildet sind, die an ein Umwälzsystem für eine Kühlflüssigkeit über Rohre (13) und Schläuche (14) angeschlossen sind.

3. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (3), in die das gewendelte Heizkabel (4) eingesetzt ist, mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmedehnung aufweist und der Hohlraum mittels Stopfen (6) flüssigkeits- und druckdicht verschlossen ist.

4. Formwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der in den Hohlraum (3) eingesetzten Wendel des Heizkabels (4) mittels einer schlauchförmigen Membran (12) ein leicht kompressibles Gas eingeschlossen ist zum Ausgleich der Wärmedehnung der Flüssigkeit.