DE7314242U - Beheizte Werkzeugform zur Herstellung von Kunststoffteilen - Google Patents

Description

^Beheizte Werkzeugform zur Herstellung von Kunststoffteilen

Die Neuerung liegt auf dem Gebiet der Verarbeitung von Kunststoffen und betrifft insbesondere eine beheizte Form zur Herstellung von Kunststoffteilen mit den Formraum vngebenden Hohlräumen in Form von Sackloch-Bohrungen, Kanälen oder dergleichen.

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 Trenn fläche die Außenform und auf der anderen Seite der Trennfläche die Innenform des Teiles eingraviert sind. In den Formraum wird eine abgemessene Menge von beispielsweise pulverförmigem Kunststoff eingegeben, sodann werden die beiden

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Formhälften gegeneinander gefahren und aufeinandergepreßt und erhitzt, so daß das eingegebene Kunststoffpulver schmilzt und den Formraum zwischen Patrize und Matrize ausfüllt.

Zum Erhitzen der Werkzeugform werden elektrische Heizelemente benutzt, die In Bohrungen In der Werkzeugform eingesetzt sind und von außen her mit Energie versorgt werden. Diese Heizelemente ode? auch Heizpatronen genannt, bestehen aus einem Mantel oder Hüllrohr aus einem hochtemperaturbeständigen Metallblech. Dieses Rohr ist an seinem einen Ende mit einem gasdicht eingeschweißten Boden versehen. Im allgemeiner, sind in dem Inneren des Rohres zwei Widerstandsdrähte angeordnet. Weiterhin ist ein zusätzlicher Widerstandsdraht, der zu einer Spirale gewickelt ist, im geringen Abstand von dem Hüllrohr angeordnet. Sämtliche Zwischenräume zwischen dem Hüllrohr und dem spiralig gewickelten Widerstandsdraht sowie zwischen den im Innern angeordneten stärkeren Widerstandsdrähten 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 Widerstandsdrähten führen.

Die Bohrungen in der Werkzeugform, 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 un-

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mittelbaren Kontakt und damit einen guten Wärmeübergang zu der Werkzeugform haben. Wenn eine solche Heizpatrone beispielsweise infolge örtlicher überhitzung ausgebrannt und nicht mehr brauchbar ist, muß sie ausgewechselt werden. In der großen Mehrzahl der Fälle 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, im. allgemeinen ist das nur möglich durch Herausbohren. 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 größe rem Durchmesser, dem größeren Durchmesser des aufgebohrten Loches angepaßt, eingesetzt werden kann.

Hier setzt der Gedanke der Neuerung ein, nach der eine beheizte Werkzeugform zur Herstellung von Kunststoffteilen mit den Formraum umgebenden Hohlräumen in Form von Sackloch-Bohrungen, Kanälen oder dergleichen dadurch gekennzeichnet ist, daß in diesen Hohlräumen spiralig ausgebildete an sich bekann te Kabel mit einem oder mehreren Heizleitern, die in verdichtetes Mineralpalver eingebettet und von einem Metallmantel, verzugsweise aus Edelstahl umschlossen sind, als elektrische Heizelemente angeordnet sind. Die Hohlräume in der Werkzeug-

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form, in die das spiralförmig 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 die Bohrung eingesetzten Spirale ist zweckmäßig mittels einer Schlauchmembran ein leicht kcmpressibles Gas eingeschlossen, zum Ausgleich der Wärmedehnung der Flüssigkeit. Die Hohlräume, die in der Werkzeugform als durchgehende Kanäle ausgebildet sind und zur Aufnahme der spiralförmig gewickelten Heizkabel dienen, können auch als durchgehende Kanäle ausgebildet sein, die an ein Umwälzsystem für eine Kühlflüssigkeit angeschlossen sind.

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 als Schutz gegen Vereisung und zum Abtauen des Schnees verwendet.

Die Neuerung besteht darin, diese bekannten Kabel dsrart auszubilden, daß sie für die Beheizung von Werkzeugformen in der Kunststofftechnik einzusetzen sind. Dadurch ergeben sich eine Reihe von erheblichen Vorteilen, Zunächst ist es nicht mehr erforderlich, die Bohrungen in den Werkzeugformen, in die diese

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Heizpatronen eingeaetzt werden, ir.it hoher Maßgenauigkeit und Oberflächengüte herzustellen, da lediglich Toleranzen von plus minus o,2 Millimeter für das Einsetzen dieser spiralförmigen Heizpatronen erforderlich sind. Weiterhin wird eine sehr gute Wärmeverteilung 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 spiralförmig aus Heizkabel gewickelten Heizpatronen im allgemeinen etwa das Vierfache der Lebensdauer der bisher bekannten Heizpatronen beträgt.

Ein weiterer sehr erheblicher Vorteil der spiraligen Heizpatrone nach der Neuerung besteht darin, daß die Montage und insbesondere auch die Demontage ohne Schwierigkeiten durchzuführen sind. Selbst wenn die Spirale 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 der Werkzeugform aufzuweiten und neu zu bearbeiten. Der Wechsel einer Heizpatrone nach der Neuerung ist also wesentlich schneller zu bewerkstelligen und es ergeben sich dadurch erheblich geringere Totzeiten für das Werkzeug.

Zu diesen Vorteilen gegenüber den bekannten Heizpatronen treten noch weitere neue Vorteile der Heizelemente nach der Neuerung hinzu: Diese spiralfönigen Heizelemente sind in der

Länge verstellbar, die eng gewickelte Kabelspirale kann etwas auseinandergezogen werden» so daß sie an verschiedene Bohrungslängen in der Werkzeugform anzupassen ist. Ganz besonders vorteilhaft ist, daß die spiralförmigen Heizelemente nach der Neuerung biegsam sind und damit ganz neue Möglichkeiten eröffnen zur Anbringung und Ausbildung der Beheizung in den Werkzeugformen. Die Hohlräume zur Aufnahme der Heizelemente nach der Neuerung können beispielsweise in ihrem Verlauf an den Formraum angepaßt werden, so daß es damit möglich 1st, die Beheizung der Form wesentlich gleichmäßiger vorzunehmen als das bisher der Fall war.

Die Neuerung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei werden auch noch weitere Vorteile der Neuerung beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine teilweise aufgeschnittene Werkzeugform in perspektivischer Darstellung mit eingesetztem Heizelement nach der Neuerung,

Figur 2 die Draufsicht auf die Trennfläche einer Werkzeugform mit schalenförmigem Formraum und einem diesen Formraum angepaßten Heizelement,

Figur 3 Querschnitt durch eine Werkzeugform mit ein-

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seat ζ tem Heizelement in einer besonderen Ausführungsform,
Figur 4 Querschnitt durch eine Werkzeugform mit

eingesetztem Heizelement nach einer anderen besonderen Ausführungsform.

In Figur 1 ist eine Werk?.eugform in perspektivischer Darstellung wiedergegeben und diese Werkzeugform in Form eines Sfcahlblocks 1 ist in der Ebene 2 geschnitten, in der ein Heizelement nach der Neuerung in einer Bohrung 3 angeordnet ist. Dieses Heizelement 4 besteht aus einem spiralförmig gewickelten Kabel 5. Das Kabel enthält einen oder mehrere elektrische Heizleiter, die in verdichtetes Mineralpulver eingebettet und von einem Metallmantel, vorzugsweise aus Edelstahl umschlossen sind. Der Durchmesser derartiger Kabel beträgt 1,6 bis zu etwa 6 Millimeter und für die Heizelemente nach der Neuerung werden vorzugsweise Kabel mit einem Durchmesser von 1,6 Millimeter verwendet. Diese Kabel werden zu einer engen Spirale 4 mit einem Durchmesser von 2o Millimeter gewickelt. Dementsprechend ist die Bohrung 3, die in der Werkzeugform angeordnet ist, mit einem Durchmesser von 2o Millimeter plus minus o,2 ausgeführt. Diesen verhältnismäßig großen Toleranzen paßt sich die Spirale 4 an.

Das offene Ende der Bohrung 3 ist mit einem Stopfen 6 versehen,

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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 beispielsweise mit dort angebrachten Steckerstiften 7 verbunden. Dort wird die Energiezufuhr mit einem Kabel und einer Kupplung angeschlossen.

In der Figur 2 ist die eine Hälfte einer Werkzeugform perspektivisch dargestellt, so daß die Trennfläche 8 sichtbar ist. In dieser Fläche 8 ist für die Zwecke der \b:anschaulichung ein einfacher schalenförmiger Formraum 9 eingraviert. Dieser Formraum 9 ist an allen Stellen in gleichen Abständen zu seinem Außenumfang von einer in die Fläche 8 eingearbeiteten Rinne 1o umgeben, die an einer Seite geradlinig bis zu einer Seitenfläche 11 der Formhälfte geführt ist. In diese Rinne 1o, die in ihrem Grundriß etwa die Form einer Sechs hat, ist ein spiralförmiges Heizelement 4 nach der Neuerung eingesetzt. Je nach den Erfordernissen kann die Rinne 1o derart ausgearbeitet sein, daß sie das Heizelement 4 vollständig aufnimmt oder aber auch nur teilweise aufnimmt, so daß das Heizelement 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 der Heizelement-Spirale 4, so daß diese

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beim Schließen der beiden Formhälften allseitig von der Werkzeugform umgeben ist und ihre Wärme gleichmäßig an bei'üe Teile der Werkzeugform abgeben kann.

Schon aus diesem Ausführungsbeispiel einer Werkzeugform ist zu erkennen, welche Möglichkeiten zur besseren und gleichmäßigeren Beheiznng von Werkzeugformen durch die spiralförmigen Heizelemente nach der Neuerung eröffnet sind. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den einen der beiden Formblöcke aus mehreren Scheiben zusammenzusetzen und in den Trennfugen dieser Scheiben jeweils dem Formraum angepaßte, auch in ihrem Verlauf verhältnismäßig verwickelte Kanäle zur Aufnahme eines spiralförmigen Heizelementes anzuordnen, das sich diesen verwickelten Verlauf der Kanäle leicht anpaßt. Dabei ist noch die Möglichkeit gegeben, die Wärmezufuhr zu der Werkzeugform ungleichmäßig zu verteilen, wenn das aufgrund der Ausbildung des Formraumes vorteilhaft ist. Zu diesem Zweck kann das spiralförmige Heizelement in einzelnen Abschnitten siner Länge durch Auseinanderziehen der Windungen derart gestaltet werden, daß es infolge der geringeren Windungszahl pro Längeneinheit auch an diesen Abschnitten weniger Wärme an die Werkzeugform abgibt.

Unter besonderen Umständen kann es zweckmäßig sein, daß der Wärmeübergang von dem spiralförmigen Heizelement 4 auf das die Einsatzbohrung 3 umgebende Material ganz besonders gleich-

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mäßig ist. Zu diesem Zweck wird entsprechend der Figur 3 nach dem Einsetzen des spiralförmigen Heizelementes 4 in die Bohrung 3 die Bohrung mit einer bei den Arbeitstemperaturen flüssigen Substanz gefüllt. Es kann die» eine Flüssigkeit von hoher Wärmeleitfähigkeit und geringer Wärmedehnung sein, es kann aber auch ein anderes Material beispielsweise ein Salz verwendet werden, das bei herrschenden Arbeitstemperaturen von einigen hundert Grad Celsius flüssig ist. Der Verschluß 6 der Bohrung 3 ist dann gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet. Um die Wärmedehnung des in die Bohrung 3 eingefüllten Materials auszugleichen, ist innerhalb des spiralförmigen Heizelementes beispielsweise eine schlauchförmige Membran 12 angeordnet, die mit einem leicht kompressiblen Gas gefüllt ist.

In der Figur 4 ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt. Danach ist das spiralförmige Heizelement 4 in eine durchgehende Bohrung 3 eingesetzt, die an zwei Stellen an der Werkzeugform eine Mündung hat. Diese Mündungen sind mit Stopfen oder Abschlußkappen 6 flüssigkeitsdicht verschlossen. Eine dieser Abschlußkappen 6 ist mit Durchführung und Anschlüssen für die elektrischen Leiter des das Heizelement bildenden Kabels versehen.

Weiterhin ist in jeder der Abschlußkappen 6 eine Bohrung mit eingesetztem Rohr 13 angeordnet. Außerhalb der Abschlußkappen ist jedes dieser eingesetzten Rohre mit einem Anschlußschlauch

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14 versehen, der mit einem Umwälzsystem für eine Kühlflüssigkeit verbunden ist. Bei dieser Anordnung kann von der Bohrung 3 her entsprechend den Betriebserfordernissen die Werkzeugform wechselweise erhitzt oder gekühlt werden. Zum Erhitzen wird dem spiralförmigen Heizelement 4 Energie über die Anschlüsse 7 zugeführt, zum Kühlen wird von dem Umwälzsystem für Kühlflüssigkeit über die Schläuche 14 und durch die Röhrehen 13 Kühlflüssigkeit in die Bohrung 3 eingeführt und durch die Bohrung zirkuliert. Derartiges abwechseldes Erwärmen und Abkühlen der Werkzeugform ist bei verschiedenen Fertigungsverfahren zweckmäßig und vorteilhaft und kann aufgrund der Möglichkeit, die Bohrungen und Kanäle den Erfordernissen entsprechend zweckmäßig anzupassen, mit hoher Wirksamkeit durchgeführt werden. Durch die Verwendung spiralförmiger Heizelenmte nach der Neuerung ist es dabei nicht erforderlich, in der Werkzeugform besondere Kühlkanäle anzubringen, sondern es werden dieselben Hohlräume in der Werkzeugform für die Kühlung verwendet, die auch für die Erwärmung verwendet werden. Abgesehen davon, daß die Herstellung einer solchen Werkzeugform dadurch erheblich vereinfacht wird, ist auch der außerordentliche Vorteil erreicht, daß die Wärmezufuhr und die Abkühlung immer an derselben Stelle bzw. in den selben Bereichen erfolgen.

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Claims (1)

1. t θ η t a η W ä I t θ *e3eotereloh1,Vennatr. 9, Poallaoh SBtO

   Teietoni (OS3413 «83484

   ir.-mo. Robert Meldau

   is. Gustav Meldau ^Da'^um

   .o. O. Elbertzhagen abzeichen G 433 gM/bu

   Schut zansprüohe

   ) Beheizte Werkzeugform zur Herstellung von Kunststoffteilen aus Thermoplasten, Duroplasten oder Elastomeren, gekennzeichnet durch den Formraum umgebende Hohlräumen in Form von Sackloch-Bohrungen, Kanälen oder geschlossenen Rinnen, und in diesaaHohlräumeri(3) angeordnete, spiralig ausgebildete, an sich bekannte flexible Kabel (4) aus einem oder mehreren elektrischen Heizleitern, die in verdichtetes Mineralpulver eingebettet und von einem Metallmantel, vorzugsweise aus Edelstahl, umschlossen sind.

   ) Beheizte Werkzeugform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (3) al^ durchgehende Kanäle mit fräsrauher Oberfläche ausgebildet sind.

   ,) Beheizte Werkzeugform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (3)? in die das spiralförmige Kabel (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.

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   Beheizte Vierkzeugform,nach Anspruch 51 dadurch gekennzeich net, daß in den Stopfen (6) Anschlüsse für Schläuche in Form von durchgehenden Röhrchen (15) angeordnet sind.

   Beheizte Werkzeugform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß innerhalb der in den Hohlraum (5) eingesetzten Spirale (4) mittels einer Schlauchmembran (12) ein leicht kompressibles Gas eingeschlossen istj zum Ausgleich der Wärmedehnung der Flüssigkeit.

   zm-2o.-3.ts