DE4444197C2 - Verfahren zum Temperieren einer Spritzgießform und Spritzgießform zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Temperieren einer Spritzgießform und auf eine Spritzgießform zur Durchführung des Verfah­ rens mit einer Mehrzahl von Kühlkanälen durch entsprechende Positionie­ rung und Verteilung dieser Kühlkanäle, wobei eine Kühlflüssigkeit gesteu­ ert einleitbar ist, und wobei die Spritzgießform eine Formausnehmung auf­ weist, welche von einer Formwand begrenzt ist, wobei eine geschmolzene Formmasse während eines Spritzgießzyklus in diese Formausnehmung ein­ gespritzt wird, wobei der Spritzzyklus einen Einspritzzyklus, einen Wär­ meübergangszyklus von der geschmolzenen Formmasse zu der Wand der Formausnehmung, einen Formöffnungszyklus, einen Auswerfzyklus und einen Formschließzyklus umfaßt.

Es bestehen verschiedene Richtlinien (vgl. beispielsweise VDI-Verlag "Spritzgießwerkzeuge", 1980, Seiten 129 bis 153) betreffend die thermische Auslegung von Spritz­ gießwerkzeugen. Es wird dabei herkömmlicherweise hinsichtlich der Anord­ nung von Kühlkanälen davon ausgegangen, daß derjenige Wärmestrom, der aus der Wärmeenergie des Formteils resultiert, innerhalb der Zykluszeit eines jeden Spritzgießzyklus in die parallel zu der das Formteil auf­ nehmenden Formausnehmung (Kavität) angeordneten Kühlkanäle abgeleitet werden muß.

Es wird dabei unterstellt, daß diese Wärmeenergie des Formteils jeweils zu gleichen Teilen von der Mitte des Formteils an die umseitigen Kontakt­ flächen des Werkzeuges abgegeben wird.

Eine solche Auslegung berücksichtigt aber nicht, daß es bedingt durch die Schwindung des Formteils beim Abkühlen der Schmelze zu einer Spalt­ bildung kommen kann, so daß im Spaltbereich ein stark verringerter Wär­ meübergang zur Oberfläche der Kavität erfolgt, wohingegen ein erhöhter Wärmeanteil an der gegenüberliegenden Seite übertragen wird, da das Formteil hier aufschrumpft und hierdurch ein erhöhter Wärmeübergang be­ dingt ist.

Da bei den bekannten Anordnungen die Kühlkanäle so ausgelegt sind, daß sie jeweils nur den ihnen senkrecht zu der Formausnehmungsoberfläche gesehen zuzuordnenden Wärmemengen-Anteil, also z. B. die Hälfte entspre­ chend einer Hälfte der Formausnehmung, aufnehmen, kann es zu einem Aufheizen bestimmter Werkzeugbereiche kommen, nämlich dort wo die Spalt­ bildung erfolgt ist bzw. in von den Kühlkanälen entfernt angeordneten Werkzeugbereichen und zu einem daraus resultierenden Wärmestau, wo­ durch wiederum ein verlangsamtes Erstarren des gerade gespritzten Form­ teils bedingt ist. Weiterhin entstehen Spannungen am Spritzteil aufgrund eines sich einstellenden unterschiedlichen Temperaturniveaus in der Kavi­ tät.

Besonders bei einer Kühlung, bei der das Kühlmedium nicht kontinuier­ lich, sondern durch Ventile gesteuert impulsförmig durch die Kühlkanäle geleitet wird, ist zudem zu berücksichtigen, daß sich unterschiedliche Wärmeübergangskoeffizienten ergeben einerseits für fließendes Wasser bzw. Kühlmittel während des Kühlimpulses und andererseits für stehendes Kühl­ mittel. Diese Wärmeübergangskoeffizienten unterscheiden sich erheblich. Dies kann neben den angesprochenen geometrischen Aspekten besonders dann, wenn der Fühler nur weiter von der Kavität angeordnet werden kann oder an einem thermisch sowohl von der eingespritzten Schmelze als auch von der Kühlung gleichmäßig beaufschlagten Ort gemessen wird dazu führen, daß die abzuführende Prozeßwärme nicht mit nur einem Kühlimpuls zu Beginn des Spritzzyklus abgeleitet werden kann, sondern daß, wie dies aus der DE 43 09 880 A1 an sich bekannt ist, zum Ende des Spritzzyklus weitere Kühlimpulse folgen müssen. Dies kann wiederum darin resultieren, daß gegen Ende des Spritzzyklus an der Kavitätsoberfläche Kältezonen entstehen, wodurch ebenfalls ein ungleichmäßiges Temperaturniveau mit der Folge von Schwindungen und Verziehungen bedingt sein kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren und ein Spritzgießwerkzeug zu schaffen, wodurch eine gesteuerte Wärmeabfuhr aus der Gießmasse bewerkstelligt werden kann, so daß Tem­ peraturdifferenzen in der Formausnehmung vermieden werden, wobei die Kühlung noch besser mit dem Spritzzyklus synchronisiert wird. Weiterhin soll die Wärmeenergie aus der Schmelze auch aus von den Kühlkanälen entfernten Kavitätsbereichen und aus Werkzeugbereichen mit einem erhöh­ ten Wärmeaufkommen innerhalb der Zykluszeit zuverlässig abgeführt wer­ den. Zudem soll der Durchgang der Wärme von der Werkzeugwand zum Kühlkanal mit dem Wärmeübergang von der Kühlkanaloberfläche in das Kühlmedium synchronisiert werden.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst durch die Berechnung der Zeit für den Wärmedurchgang von einem Punkt an der Wand der Formausneh­ mung zu zwei benachbarten Kühlkanälen, wobei dieser Punkt so ausge­ wählt ist, daß er denselben maximalen Abstand zu beiden Kühlkanälen aufweist und die Positionierung der Kühlkanäle in einem solchen Abstand zu der For­ mausnehmung, daß die errechnete Wärmeenergie in einem Zeitabschnitt von der Formausnehmung in die Kühlflüssigkeit überführt und von dem Kühlmedium abgeführt werden kann, der kleiner/gleich ist als die Hälfte der Spritzgießzykluszeit.

Hinsichtlich der abzuführenden Restwärmeenergie ist anzumerken, daß die Formteilwärmeenergie sich zusammensetzt aus der Differenz zwischen Ein­ spritz- und Entformungsenthalpie, und daß bei dem Wärmeaustausch mit der Umgebung des Werkzeugs zu berücksichtigen sind die Konvektion, die Strahlung und die Wärmeleitung. Als Fremdenergie ist die zu- oder abge­ führte Energie durch ein Medium und Wärmeenergie aus elektrischer Hei­ zung zu berücksichtigen.

Zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine Spritzgießform mit we­ nigstens einem Temperaturfühler, der etwa im gleichen Abstand zu dem nächstliegenden Kühlkanal angeordnet ist, wie dieser Kühlkanal von der nächstliegenden Formwandung beabstandet ist, jedoch seitlich versetzt außerhalb der normalen vom Kühlkanal zu diesem Formwandungsabschnitt. Aufgrund der Anordnung der Kühlkanäle und des Sensors wird es möglich, daß nach erfolgtem Kühlimpuls bei stehendem Wasser die Wärmeenergie aus Bereichen mit Wärmestau und aus zu den Kühlkanälen entfernt angeordne­ ten Werkzeugbereich innerhalb des Spritzzyklus in das Kühlmedium abge­ leitet wird. Weiterhin wird erreicht, daß der Wärmedurchgang und der Übergang der Restwärmeenergie in das Kühlmedium synchron verläuft.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels eines Spritzgießwerkzeugs näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine blockschaltbildartige Darstellung eines Spritzgießwerkzeugs aus zwei um 90° gegeneinander versetzten Blickwinkeln einschließlich der zugehörigen Steuer- und Verteilereinrichtung.

In der Zeichnung ist ein Spritzgießwerkzeug 1 dargestellt mit einer Mehr­ zahl von Kühlkanälen 2, wobei jeder Kühlkanal einen Zulauf 3 und einen Ablauf 4 aufweist.

Das über den Zulauf 3 zugeführte Kühlwasser wird über eine zentrale Leitung 5 eingespeist und über eine Verteileranordnung 6 mit jeweils nachgeordneten Schalt-Ventilen impulsartig synchron zu dem jeweiligen Spritzzyklus mit einer definierten Impulsdauer auf die einzelnen Kühl­ kanäle 2 verteilt.

Die Ansteuerung der Verteileranordnung 6 erfolgt über eine Steuereinrich­ tung 7, welche unterteilt ist in eine Steuereinrichtung 8 mit einem ge­ sonderten Mikroprozessor zum Kühlen und eine Steuereinrichtung 9 mit einem zweiten gesonderten Mikroprozessor zum Heizen.

Mit der Steuereinrichtung 7 ist wenigstens ein Temperatursensor 10 ver­ bunden, der in dem Spritzgießwerkzeug 1 angeordnet ist.

Wie aus der Darstellung rechts unten in der Zeichnung erkennbar ist, weist das Spritzwerkzeug 1 eine Formausnehmung bzw. Kavität 11 auf, wobei die Kühlkanäle 2 beiderseits derselben verlaufen.

Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, verlaufen die Kühlkanäle parallel zueinander und parallel zu der jeweils benachbarten Wand 12 der Form­ ausnehmung. Sie sind so positioniert, daß der Abstand 0,5 tz zu dem jeweiligen parallel angeordneten Kühlkanal so ist, daß der Durchgang der Wärmeenergie von den Werkzeugwandbereichen z. B. in 12 und 13 an die Kühlkanaloberflächen 12a und 13a innerhalb der Zeit des Wärmeübergangs von der Schmelze an die Werkzeugwand, vorzugsweise in der halben Zy­ kluszeit abgeführt wird. Sie sind gleichzeitig so angeordnet, daß der Abstand tz des zu dem jeweiligen Kühlkanal z. B. wie bei 12a und 13a am weitesten entfernten Bereichs der Formausnehmung 14 und 15 so gewählt ist, daß die Zeit des Wärmeübergangs in das Medium vor dem erneuten Einspritzen, also am Ende der Zykluszeit, abgeschlossen ist.

Claims (2)

1. Verfahren zum Temperieren einer Spritzgießform mit einer Mehrzahl von Kühlkanälen durch entsprechende Positionierung und Verteilung dieser Kühlkanäle, wobei eine Kühlflüssigkeit gesteuert einleitbar ist, und wobei die Spritzgießform eine Formausnehmung aufweist, welche von einer Formwand begrenzt ist, wobei eine geschmolzene Formmasse während eines Spritzgießzyklus in diese Formausnehmung eingespritzt wird, wobei der Spritzzyklus einen Einspritzzyklus, einen Wärmeübergangszyklus von der geschmolzenen Formmasse zu der Wand der Formausnehmung, einen Formöffnungszyklus, einen Auswerfzyklus und einen Formschließzyklus umfaßt, und wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Berechnung der Zeit für den Wärmedurchgang von der Formwand zu zwei benachbarten Kühlkanälen, wobei die parallele Positionierung der Kühlkanäle in einem solchen Abstand zu der Wand der Formausnehmung ausgewählt wird, daß die errechnete Wärmeenergie in einem Zeitabschnitt von den am nähesten angeordneten Wandbereichen in die Kühlkanäle überführt und von dem Kühlmedium abgeführt werden kann, der vorzugsweise kleiner/gleich ist als die Hälfte der gesamten Spritzgießzykluszeit und der maximal der Zeit des Wärmeübergangs von der Schmelze an die Formwand entspricht, wobei der Abstand des zu dem jeweiligen Kühlkanal am weitesten entfernten Bereiches der Formausneh­ mung so gewählt wird, daß die Zeit des Wärmeübergangs in das Kühlmedium vor dem erneuten Einspritzen, also am Ende der Zykluszeit, abgeschlossen ist.

2. Spritzgießform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit wenigstens einem Temperaturfühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (10) etwa im gleichen Abstand zu dem nächstliegenden Kühlkanal angeordnet ist, wie dieser Kühlkanal von der nächstliegenden Formwandung beabstandet ist, jedoch seitlich versetzt außerhalb der Nor­ malen vom Kühlkanal zum nächstliegenden Formwandungsabschnitt.