DE29621968U1

DE29621968U1 - Temperieranordnung

Info

Publication number: DE29621968U1
Application number: DE29621968U
Authority: DE
Original assignee: GWK Gesellschaft Waerme Kaeltetechnik mbH
Current assignee: Technotrans Solutions GmbH
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2006-12-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Teniperieranordung zur Aufheizung und Kühlung eines Urform-Werkzeuges, insbesondere eines Werkzeuges für die Herstellung von Spritzgießteilen.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Temperiersystem, welches insbesondere für die Herstellung von Spritzgießteilen, vor allem aus hochwertigen Materialien, geeignet ist. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Oberflächenqualität bei Spritzlingen.

Allgemein gilt, daß durch eine höhere Temperatur im Spritzgießwerkzeug, alle Eigenschaften des Spritzlings verbessert werden, jedoch gleichzeitig

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mit dem entscheidenden Nachteil der Verlängerung der Zykluszeit. Vor allem durch höhere Werkzeugtemperatur ist die Oberflächenqualität des Spritzlings erheblich zu verbessern. Der Glanz kann verbessert werden und Markierungen, wie zum Beispiel sichtbare Bindenähte, sind weitgehend zu verhindern.

Die bisherige Praxis bei der Abkühlung von Spritzgußteilen sieht so aus, daß entweder direkt mit Kaltwasser das Werkzeug gekühlt wird oder aber eine Temperatur oberhalb des zentralen Kühlwasserkreislaufes durch ein Temperiergerät eingestellt wird. Beim Einsatz von Temperiergeräten wird bei Produktionsbeginn das Werkzeug auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht und während der Produktion auf dieser Temperatur gehalten. Während der Anfahrphase dient das Temperiergerät zum Aufheizen des Werkzeugs, während unter Produktionsbedingungen das Temperiergerät vorrangig die Aufgabe des Kühlens übernimmt. Die geeignete Werkzeugtemperatur wird allgemein empirisch ermittelt durch visuelle Beurteilung der Oberflächenqualität des Spritzlings. Je höher die Werkzeugtemperatur, um so höher ist die Abkühlzeit.

Gleichzeitig sinkt dabei die Produktionsgeschwindigkeit. Im allgemeinen werden Werkzeugtemperaturen zwischen 40 ° Celsius und 90 Celsius gewählt.

Eine entscheidende Verbesserung der Oberflächenstruktur kann erreicht werden, wenn während des Einspritzens die Werkzeugoberfläche in der Kavität eine Temperatur von bis zu 200 ° Celsius aufweist, während unmittelbar danach, d.h. beim Einsetzen des Kühlprozesses, diese Temperatur sehr schnell wieder auf 30 ° Celsius bis 50 ° Celsius abgesenkt werden kann. Einen solchen Prozeß bezeichnet man als zyklische Temperierung. In der Praxis wird dieser Prozeß nicht eingesetzt, weil bisher geeignete Einrichtungen für eine derartige Verfahrensweise nicht erhältlich sind.

Es sind schon Versuche durchgeführt wp.rden, bei denen die Aufheizung der Werkzeugoberfläche durch eingebaute Heizstäbe erreicht wird, die vox Einspritzen des Kunststoffen angeschaltet werden, um kurze Zeit später wieder abgeschaltet zu werden.

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Danach setzt über das Temperiergerät oder die normale Kühlung der Abkühlprozeß ein. Eine derartige Verfahrensweise ist jedoch so langsam, daß ein praktisches Ergebnis nicht erreicht werden kann. Auch wurden Versuche durchgeführt, bei denen zwei Temperiergeräte über unterschiedliche Kühlkanäle in einem Werkzeug eingesetzt wurden. In diesem Falle wird beispielsweise ein Temperiergerät auf 100 ° Celsius bis 140 ° Celsius aufgeheizt, dessen Wasser die Heizkanäle des Werkzeuges durchströmt. Parallel zu diesem Temperiergerät wird ein zweites Temperiergerät installiert, welches auf 30 ° Celsius bis 60 ° Celsius eingestellt wird, wobei dessen Wasser durch die Kühlkanäle gepumpt wird. Durch Umschaltventile beziehungsweise Ein- Ausschalten der Temperiergeräte wird jeweils der Wasserstrom eingeschaltet, der zur Versorgung der entsprechenden Kanäle benötigt wird. Ein solcher Prozeß ist in der Praxis nicht verwendbar, da die Umschaltzeiten zu lange dauern und die Wege vom Temperiergerät zürn Werkzeug und zurück zu lang sind. Die Aufheizzeiten der Kavitätenoberflachen und die Abkühlzeiten sind

zu langsam, so daß unter Produktionsbedingungen dieses System nicht akzeptabel ist.

Ausgehend von dem eingangs bezeichneten Stand der Technik schlägt die Erfindung zur Lösung der Aufgabe vor, daß an Temperierkanäle des Werkzeugs ein geschlossener Kühlkreislauf und ein geschlossener Heizkreislauf, jeweils mit Flüssigkeit als Wärmetransportmittel angeschlossen ist, wobei insbesondere jeder Kreislauf separat temperierbar ist,

daß die beiden Kreisläufe über Umschaltmittel alternativ an eine Zuleitung zu den Temperierkanälen des Werkzeuges anschließbar sind,

daß die von den Temperierkanälen des von Werkzeug abführende Rückleitung über die Umschaltmittel alternativ an den Kühlkreis oder den Heizkreis anschließbar ist, wobei insbesondere die Umschaltmittel derart

gesteuert sind, daß das erste Umschaltmittel durch einen von dem Werkzeug oder der mit dem Werkzeug verbundenen Maschine erzeugten Impuls umschaltbar ist und das zweite Umschaltmittel· zeitversetzt erst dann umschaltet, wenn die Rücklaufleitung von dem Wärmetransportmittel des jeweiis vorherigen Schaltzustandes entleert und das Wärmetransportmittel des Ist-Schaltzustandes das Umschaltmittel erreicht.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß die Umschaltmittel Ventile sind.

Besonders bevorzugt ist, daß im Kühlkreis und im Heizkreis zwischen den Umschaltmitteln jeweils ein Behälter mit Kühleinrichtung beziehungsweise mit Heizeinrichtung angeschlossen ist.

Zudem kann vorgesehen sein, daß als Transportmittel für das vom Werkzeug abströmende Mittel (Kühl- oder Heizmittel) eine Pumpe in die Rücklaufleitung integriert ist.

Bevorzugt ist, daß zwischen dem zweiten Umschaltmittel und den Behältern ein Pufferspeicher in die Zulaufleitungen zu den Behältern integriert ist.

Dabei ist besonders bevorzugt, daß der Pufferspeicher je eine Volumenkammer für das Kühlmittel und das Heizmittel aufweist, die durch ein Element voneinander getrennt sind, zum Beispiel einen Kolben, mittels dessen das jeweilige Kammervolumen einer Kammer vergrößerbar ist, bei gleichzeitiger Verminderung des Kammervolumen der anderen Kammer.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Schaltmittel ein Zeitschalter ist.

Bevorzugt ist dabei aber vorgesehen, daß das Schaltmittel ein Temperaturschalter oder Thermostat ist.

Zudem kann vorgesehen sein, daß die Umschaltmittel preßluftbetätigte Ventile sind.

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Die Temperieranordung und die Verfahrensweise, mit der diese Temperieranordnung arbeitet, ist anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt eine prinzipielle Temperieranordnung.

Gemäß der Erfindung ist eine Temperieranordung vorgesehen, bei der über eine Zulaufleitung 4 und eine Rücklaufleitung 5 die Aufheizung eines Spritzgießwerkzeuges 1 und auch die Abkühlung dieses Werkzeuges in jeweils ein und demselben Temperierkanal 3 erfolgt. Der Temperierkanal kann auf beiden Seiten des Werkzeuges liegen und wird jeweils über Verteiler im Vorlauf und Rücklauf versorgt. Die Verteiler sind mit 2 bezeichnet. Die Temperieranordnung ist erfindungsgemäß wie folgt aufgebaut.

Sowohl das Heißwasser als auch das Kaltwasser wird über eine gemeinsame Pumpe 6 in geschlossenen Kreislauf umgepumpt. Vom Werkzeug 1 gelangt über die externe Leitung 5 die Flüssigkeit {das Wärmetransportmedium) zur Pumpe 6 und wird weiter über die Leitung 7 zum eigentlichen zyklischen

Temperiergerät transportiert. In einem Behälter 12 wird die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, konstant auf eine Temperatur zwischen 80 ° Celsius und 220 ° Celsius gehalten. Die Erwärmung erfolgt über Heizelemente 13.

In einem vollkommen getrennt geregelten zweiten Behälter 14 wird das Kühlmedium, beispielsweise Kaltwasser, ebenfalls auf seiner vorgegebenen Temperatur von etwa 10 ° Celsius bis 60 ° Celsius gehalten. Die konstante Wassertemperatur wird über einen Kühler 15 sichergestellt, wobei die Regelung und Wärmeabfuhr durch ein Ventil 16 gesteuert wird. Über die Verarbeitungsmaschine, deren Bestandteil das Werkzeug 1 ist, wird der zeitliche Ablauf des zyklischen Temperiergerätes gesteuert. Es ist dazu zwischen den Abgangsleitungen von den Behältern 12 und 14 und der Zulaufleitung 4 zum Verteiler 2 des Werkzeuges 1 ein erstes Umschaltmittel 17, beispielsweise ein motorisch einstellbares Umschaltventil angeordnet. Zunächst erhält das Umschaltmittel 17 den Impuls von der Maschine und schaltet auf dem entsprechenden Betriebszustand.

Nach diesem Schaltvorgang wird das auf konstante Temperatur gehaltene Wasser entweder aus dem Kühlkreislauf oder aus dem Heißkreislauf zum Werkzeug geführt und übernimmt dort die Temperierung. Das Wasser strömt dann über die Leitungen 5 und 7 zum zweiten Umschaltmittel 9, welches ebenfalls ein motorisch betätigtes Ventil sein kann. Zu diesem Umschaltmittel ist ein Thermostat 8 in Reihe geschaltet, der erst dann den tatsächlichen Schaltvorgang initiiert, wenn sich die Wassertemperatur am Thermostat vom jeweils initiierten Kreis einstellt. Zwischen das zweite Umschaltmittel 9 und die Behälter 12 und 14 ist ein Pufferbehälter 10 oder auch Regulierbehälter eingeschaltet, der ein Vermischen der beiden Wasserkreisläufe während der zeitlichen Differenz zwischen der Umschaltung der Ventile 9 und 17 verhindert und unabhängig von deren zeitlichen Differenz der Schaltvorgänge der beiden Ventile die Wasserkreisläufe getrennt hält, so daß keine Vermischung des in den Zulaufleitungen befindlichen Wassers mit dem Wasser in dem Heiz- oder Kühlbehälter stattfindet. Über eine bewegliche Reguliereinrichtung 11, beispielsweise einen Kolben, werden die beiden Volumenkammern A und B im gleichen

Verhältnis für die Aufnahme des jeweiligen Wassers benutzt, wie sich entsprechendes Wasser im Werkzeug und den Leitungen befindet. Durch die Erfindung wird sichergestellt, daß eine sehr schnelle Veränderung der Temperatur im Werkzeug 1, vor allem in den gleichen Temperierkanälen 3 erfolgt, und zwar durch vollständigen Austausch des Heißwassers mit dem Kühlwasser und umgekehrt des Kühlwassers mit dem Heißwasser.

Die Erfindung ist nicht ausschließlich auf den Heizvorgang und Kühlvorgang beschränkt, sondern kann variabel gestaltet werden, da die Kühlwassertemperatur im Behälter 14 gleichzeitig der Kühltemperatur des Gesamtwerkzeuges entsprechen kann und an den Behälter 14 eine weitere Pumpe angeschlossen werden kann, um über zusätzliche Temperierkanäle im Werkzeug das gesamte Werkzeug auf der vorgeschriebenen Temperatur halten zu können.

Gemäß der Erfindung wird eine zyklische Temperiereinrichtung zur Verfügung gestellt, die zwei vollständig getrennt voneinander regelbare Temperierkreise als Heiz- oder Kühlkreis nur über einen Kreislauf mit nur einer Pumpe zirkuliert,

wobei die Umschaltung über zwei gleichzeitig geschaltete, aber zeitlich unterschiedliche umschaltende Ventile gesteuert wird, um eine Vermischung von Heiß- oder Kaltwasser zu vermeiden, welches sich in Werkzeug und in der Rohrleitung befindet. Dabei wird eine sehr hohe Temperaturgenauigkeit errreicht, indem eine Vermischung von Kalt- und Heißwasser durch die zeitliche Versetzung der Schaltvorgänge der Umschaltventile und durch die kurzzeitige Zwischenspeicherung der verschiedenen Wasserströme in dem Pufferbehälter 10 vermieden wird. Das gesamte außerhalb des Temperiersystems befindliche Wasser wird zwangsweise in den Ausgleichskammern A und B des Puffergefäßes 10 solange gespeichert, daß eine Vermischung und eine Temperaturveränderung in dem Warmwasser- oder Kaltwasserkreislauf nicht stattfinden kann.

Der Betrieb der Vorrichtung erfolgt wie folgt.

Erfolgt beispielsweise die Kühlung des Werkzeuges 1, so ist der-Kühlkreislauf geöffnet, also der Kreislauf über die Leitungen 3, 5, 7 zu dem

Kühlbehälter 14 zur Leitung 4 und zum Verteiler 2 freigegeben. Soll nachfolgend die Beheizung des Werkzeuges 1 erfolgen, so wird das erste Ventil (erstes Umschaltmittel 17) umgeschaltet, so daß der Kühlbehälter 14 abgeschaltet und der Heizbehälter angeschaltet ist. Durch das noch durch die Pumpe zurücktransportierte Kaltwasser, welches zunächst noch über das Ventil 9 in die Kammer A des Pufferbehälters eingeführt wird und durch Verschiebung des Kolbens 11 in den Pufferbehälter wird das Heißwasser aus dem Behälter 12 über das Umschaltmittel 17, den die Leitung 4, dem Verteiler 2, die Kanäle 3, den Verteiler 2, die Leitung 5, die Pumpe 6, die Leitung 7 bis zum Thermostaten 8 geführt. Sobald der Thermostat die entsprechende Temperaturänderung erfaßt, wird das zweite Umschaltmittel 9 (Ventil) umgeschaltet, so daß dann das über die Leitung 7 anstehende Heißwasser über die Kammer B des Pufferbehälters in den Heizbehälter 12 läuft und von diesen wieder abgegeben wird. Bei Änderung des Schaltzustandes, also bei erneuter Kühlung, erfolgt wieder zunächst die Umschaltung des

ersten Umschaltmittels 17 bis die Temperaturänderung im durch die Leitung fließenden Medium beim Thermostaten 8 erfaßt wird und auch das Umschaltmittel 9 umgeschaltet wird.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

• ·* Schutzansprüche:

1. Temperieranordung zur Aufheizung und Kühlung eines Urform-Werkzeuges, insbesondere eines Werkzeuges für die Herstellung von Spritzgießteilen, dadurch gekennzeichnet,

daß an Temperierkanäle (3) des Werkzeugs (1) ein geschlossener Kühlkreislauf und ein geschlossener Heizkreislauf, jeweils mit Flüssigkeit als Wärmetransportmittel angeschlossen ist, wobei insbesondere jeder Kreislauf separat temperierbar ist,

daß die beiden Kreisläufe über Umschaltmittel (17,9) alternativ an eine Zuleitung (4) zu den Temperierkanälen (3) des Werkzeuges (1) anschließbar sind,

daß die den Temperierkanälen (3) des von Werkzeug (1) abführende Rückleitung (5) über die Umschaltmittel (17,9) alternativ an den Kühlkreis oder den Heizkreis anschließbar ist, wobei insbesondere die Umschaltmittel (17,9) derart

gesteuert sind, daß das erste Umschaltmittel (17) durch einen von dem Werkzeug (1) oder der mit dem Werkzeug verbundenen Maschine erzeugten Impuls umschaltbar ist und das zweite Umschaltmittel (9) zeitversetzt erst dann umschaltet, wenn die Rücklaufleitung (5,7) von dem
Wärmetransportmittel des jeweils vorherigen Schaltzustandes entleert und das Wärmetransportmittel des Ist-Schaltzustandes das Umschaltmittel (9) erreicht.

2. Temperieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltmittel (17,9) Ventile sind.

3. Temperieranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkreis und im Heizkreis zwischen den Umschaltmitteln (17,9) jeweils ein Behälter (12,14) mit Kühleinrichtung beziehungsweise mit Heizeinrichtung angeschlossen ist.

4. Temperieranordnung nach einem der Ansprüche 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Transportmittel für das vom Werkzeug abströmende Mittel {Kühl- oder Heizmittel) eine Pumpe (6) in die Rücklaufleitung (5,7) integriert ist.

5. Temperieranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Umschaltmittel (9) und den Behältern (12,14) ein Pufferspeicher (10) in die Zulaufleitungen zu den Behältern integriert ist.

6. Temperieranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Pufferspeicher (10) je eine Volumenkammer (A,B) für das Kühlmittel und das Heizmittel aufweist, die durch ein Element (11) voneinander getrennt sind, zum Beispiel einen Kolben, mittels dessen das jeweilige Kammervolumen einer Kammer vergrößerbar ist, bei gleichzeitiger Verminderung des Kammervolumen der anderen Kammer.

7. Temperieranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite

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Umschaltmittel (9) mit einem Schaltmittel gekoppelt ist, das zeitversetzt zum Umschalten des ersten Umschaltmittels (17) das zweite Umschaltmittel (9) umschaltet.

8. Temperieranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel ein Zeitschalter ist.

9. Temperieranordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel ein Temperaturschalter oder Thermostat (8) ist.

10. Temperieranordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltmittel (17,9) preßluftbetätigte Ventile sind.