MX2013015440A - Dispositivo y metodo para calentar un molde o herramienta. - Google Patents

Abstract

La presente descripción se refiere a una herramienta tal como una herramienta de moldeo por inyección o una herramienta de estampado. Se proporciona un dispositivo de calentamiento que incluye una pila de capas para el calentamiento de la superficie de la herramienta. La pila puede incluir una capa portadora de la bobina con un número de bobinas devanadas para la generación de un campo magnético y, en una capa superior conductora, que es adyacente a la superficie, de la herramienta, se inducen corrientes en la capa superior para calentar la superficie. Se puede proporcionar un calentamiento eficiente mediante soluciones que implican capas de baja resistividad que dirigen las corrientes a la capa superior sin que desarrollen en sí mismas calor en cualquier grado mayor. Se puede proporcionar un dispositivo de bastidor de conducción por debajo de la capa superior y alrededor del perímetro de la misma para proporcionar un contacto fiable con una capa de soporte.

Description

DISPOSITIVO Y METODO PARA CALENTAR UN MOLDE O HERRAMIENTA Campo técnico La presente descripción se refiere a dispositivos y procedimientos para su uso en el modelado de resinas o materiales plásticos.

Antecedentes Se ha sugerido proporcionar características de calentamiento en herramientas para el modelado de materiales plásticos. El calentamiento se puede proporcionar mediante calentamiento inductivo, es decir por medio de una bobina a la que se proporciona un pulso de corriente alterna en alta frecuencia. Esto se puede usar en el moldeo por inyección así como en el estampado/prensado de una plantilla de plástico. La bobina genera un campo magnético oscilante que, al inducir corrientes parásitas, calienta el modelo o herramienta en la proximidad de la superficie que se enfrentará con el material plástico a ser reformado.

También se puede proporcionar refrigeración por medio de un fluido tal como agua, que fluya en la proximidad de la superficie de la herramienta o molde.

Se han descrito diferentes formas de conseguir el calentamiento. En el documento US 2009/0068306-A se muestra una estructura que tiene una parte portadora de una bobina que proporciona un campo magnético. La portadora de bobina funciona como una ferrita blanda e incluye gránulos magnéticos mutuamente aislados eléctricamente, tal como en el PERMEDYN Fl . Próximo a la superficie del molde o herramienta hay una parte superior por ejemplo en la forma de un acero austenitico que no es particularmente ferromagnético, y que tiene una resistividad que es adecuada, por ejemplo de aproximadamente 7*10~7 Qm, para desarrollar calor a partir de las corrientes parásitas inducidas por la bobina. En el otro lado del portador de la bobina tal como se ve desde la parte superior hay una placa posterior, por ejemplo hecha de cobre, que tiene una resistividad considerablemente más baja que la parte superior. La placa posterior cortocircuita las corrientes parásitas inducidas sobre el lado posterior de la bobina. Sobre la parte superior de la parte superior hay una matriz que incluye el patrón a ser replicado sobre la resina o plantilla en el molde o herramienta. Esta pila de materiales tiene conductos de refrigeración próximos a la parte superior.

En el documento US 2009/0239023-A se muestra una estructura adicionalmente desarrollada en la que la pila de materiales anteriormente descrita está provista con una capa adicional que separa la parte portadora de la bobina de la parte superior. Esta capa intermedia puede consistir en un material cerámico que sea más o menos magnética y eléctricamente pasivo, pero que tenga una elevada resistencia mecánica. Los conductos de refrigeración se pueden colocar en esta capa intermedia. La elevada resistencia mecánica de la capa intermedia implica que la parte superior puede ser delgada y por ello tener un calor especifico más bajo. De este modo, los ciclos se pueden acortar dado que la parte superior se puede refrigerar y calentar rápidamente. Más aún, dado que los conductos de refrigeración se pueden trasladar fuera del contacto con la parte superior, se pueden usar temperaturas más altas sin provocar la ebullición del agua en los conductos.

Un problema asociado con la técnica conocida es cómo mejorar adicionalmente la eficiencia de un proceso que implique tales herramientas, y hacer esto de una forma efectiva en costes.

Sumario Un objetivo de la presente descripción es por lo tanto obtener una herramienta que tenga una eficiencia mejorada.

Este objetivo se consigue por medio de una herramienta tal como se define en la reivindicación 1. Más específicamente, una herramienta tal como una herramienta de moldeo por inyección o una herramienta de estampado/prensado que comprende un dispositivo de calentamiento e incluye una pila de capas para calentamiento de una superficie activa de la herramienta. La pila comprende: una capa portadora de la bobina que incluye al menos una bobina devanada para la generación de un campo magnético oscilante, una capa superior eléctricamente conductora, que es adyacente a la superficie activa de la herramienta, y una capa de soporte, que se coloca por debajo de la capa portadora de la bobina tal como se ve desde la capa superior, estando la capa de soporte conectada eléctricamente a la capa superior en los bordes en los que dan la vuelta los devanados de la bobina y que tiene una resistividad más baja que la capa superior. Se sitúa una capa intermedia eléctricamente conductora entre la capa portadora de la bobina y la capa superior, y la capa intermedia tiene una resistividad más baja que la capa superior. Se considera también un método de producción correspondiente .

En una pila de ese tipo, la capa intermedia puede transportar energía a la capa superior en una forma muy eficiente, y puede absorber al mismo tiempo cargas mecánicas considerables si tiene lugar el prensado/estampado.

Se puede colocar una capa de resistencia térmica entre la capa intermedia y la capa superior. Dicha capa, hecha por ejemplo de vidrio, ralentiza la eliminación de calor desde la capa superior en algún grado, incrementando de ese modo el pico de temperatura de la capa superior durante un ciclo de producción.

La capa intermedia puede estar provista con conductos de refrigeración para transportar un medio de refrigeración.

Esto puede acortar el ciclo de producción.

La resistividad de la capa superior puede estar en el intervalo entre 1*10"7 - 1*10~6 Op?, y la capa intermedia puede tener una resistividad en el intervalo entre 1-3*10~8 Op?.

El objetivo se consigue adicionalmente por medio de una herramienta para estampado/prensado de una plantilla en una superficie activa, en la que la herramienta tiene una capa superior eléctricamente conductora que se calienta con corrientes inducidas por una bobina, colocada por debajo de la capa superior tal como se ve desde la superficie activa. Se coloca una capa de soporte por debajo de la bobina tal como se ve desde la superficie activa, teniendo la capa de soporte una resistividad más baja que la capa superior y estando conectada a la capa superior al menos en los bordes opuestos en los que dan la vuelta los devanados de la bobina. Se proporciona un bastidor de conducción, que tiene una resistividad inferior a la capa superior y que rodea la superficie activa, de modo que la capa superior, al menos en la proximidad de algunos de sus bordes, reposa sobre el bastidor de conducción. Se considera también el método de producción correspondiente.

Esto proporciona un buen contacto entre la capa de soporte y la capa superior para mejorar el calentamiento de la capa superior, mientras al mismo tiempo permite que la capa superior flote sobre la parte superior del bastidor de conducción.

La capa superior puede, en un borde en el que dan la vuelta los devanados de la bobina, reposar sobre el bastidor de conducción a una distancia desde el borde de la capa superior, de modo que este borde de la capa superior se caliente en un grado menor que las partes inferiores de la capa superior cuando se dirige una corriente desde la capa de soporte y al interior de la capa superior. Esto puede ser ventajoso por ejemplo cuando se produce una placa de guia de luz, en la que los bordes moldeados podrían introducir en caso contrario deficiencias ópticas que disminuyeran el rendimiento del proceso.

Se puede colocar un dispositivo de sujeción por debajo del bastidor de conducción tal como se ve desde la superficie activa. El dispositivo de sujeción puede ser móvil en relación a la capa sobre la que reposa, de modo que el bastidor de conducción se pueda sujetar contra la capa superior durante una fase en la que se dirige una corriente a la capa superior desde la capa de soporte. Esto mejora la conducción eléctrica entre el bastidor de conducción y la capa superior.

El dispositivo de sujeción se puede concebir como un bastidor con dos anillos de sellado comprimidos, uno rodeando al otro y ambos rodeando a la superficie activa de la herramienta, de modo que se forme una separación cerrada entre los anillos de sellado y medios, tal como un conducto, para forzar a un fluido al interior de dicho espacio cerrado para incrementar la presión en él, elevando de ese modo los anillos de sellado para obtener el movimiento de sujeción.

La capa superior se puede dividir en una capa superior alta y una capa superior baja, en la que la capa superior alta comprende un metal con una resistividad uniforme que es más alta que la resistividad de la capa de soporte, y la capa superior baja tiene un patrón con una resistividad variable, de modo que el calor generado en la superficie activa varíe sobre la superficie activa. Esto permite una variación intencionada del desarrollo del calor sobre la superficie activa .

El objetivo se consigue también con una herramienta para estampado/prensado de una plantilla con una superficie activa de la herramienta, en la que la herramienta tiene una pila de capas que incluye una capa superior en la superficie activa, y la capa superior se calienta durante el estampado/prensado. Se define una cavidad entre las dos capas en la pila por debajo de la capa superior tal como se ve desde la superficie activa y la cavidad se extiende por debajo de una parte mayor de la superficie activa y está, al menos parcialmente, llena con un fluido. Esto iguala la presión aplicada sobre la superficie activa de la herramienta, dado que la presión será uniforme en toda la cavidad. Se considera también un método de producción correspondiente.

Es posible, ya en un estado en el que la superficie activa no toca a una plantilla, elevar la presión en la cavidad de modo que sea más alta que la presión atmosférica, de modo que la capa superior se combe en algún grado. Esto sirve para evacuar cualquier bolsillo de aire desde donde la superficie activa de la herramienta tiene una interfaz con una plantilla.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 ilustra, esquemáticamente, una herramienta para el estampado/prensado de una plantilla.

La Fig. 2 ilustra esquemáticamente una herramienta de moldeo por inyección.

La Fig. 3 ilustra esquemáticamente una pila de capas diseñadas para proporcionar un calentamiento eficiente de una superficie de herramienta.

La Fig. 4 muestra una visión en perspectiva de una mitad de una herramienta de estampado/prensado.

La Fig. 5 muestra una vista superior de la mitad de herramienta de la Fig. 4 indicando las localizaciones de dos secciones transversales, A-A y B-B.

La Fig. 6 ilustra esquemáticamente la inducción de corrientes en las capas de la Fig. 3.

La Fig. 7 muestra la sección transversal A-A desde la mitad de herramienta de la Fig. 4, en un borde corto en la superficie de la herramienta.

La Fig. 8 muestra la sección transversal B-B desde la mitad de herramienta de la Fig. 4, en un borde largo en la superficie de la herramienta.

Las Figs. 9A y 9B ilustran detalles de la sección transversal de la Fig. 8.

La Fig. 10 muestra un detalle de la sección transversal de la Fig. 7.

La Fig. 11 ilustra cómo puede reposar una capa superior sobre un bastidor de conducción para establecer un buen contacto eléctrico entre la capa superior y la capa de soporte .

Las Figs. 12A y 12B ilustran cómo se puede usar una capa superior baja labrada para variar el desarrollo de calor sobre la superficie activa de la capa superior.

Descripción detallada La presente descripción se refiere a dispositivos y métodos para su uso en el modelado de resinas o materiales plásticos. La descripción a continuación describirá principalmente un sistema para el estampado de plantillas plásticas pero, tal como se dará cuenta un experto en la materia, muchas soluciones técnicas descritas en el presente documento pueden ser igualmente aplicables a un moldeo por inyección y a otros procesos.

La Fig. 1 ilustra, esquemáticamente y en sección transversal, una herramienta para estampado/prensado de una plantilla 1. La herramienta tiene dos mitades 3, 5. Cada una de ellas puede estar provista con un dispositivo de calentamiento 7. En el estampado, la plantilla 1, una única pieza de plástico, se reforma en algún grado aplicando calor y presión en una herramienta, es decir prensando las mitades entre si mientras se calientan las mitades en las superficies activas de las mismas que miran hacia la plantilla 1. Típicamente, se aplica una superficie labrada. Un ejemplo en el que se usa esta tecnología es cuando se producen guías de luz para pantallas de televisión LCD planas retroiluminadas . En ese caso se proporciona a una lámina de plástico rectangular transparente una fina estructura de labrado sobre una superficie plana de la misma. Cuando se ilumina un borde de la hoja, la superficie labrada hace que la luz inyectada salga por la guía de luz, uniformemente sobre la superficie. Dicho patrón se puede conseguir mediante una capa estampadora/superior como se describe en un sistema de herramienta descrito a continuación. Otros productos producidos con estampado se pueden conseguir también, por ejemplo lentes Fresnel. Además de ello, o como alternativa a proporcionar patrones superficiales (estampado) , sería posible también por ejemplo curvar una plantilla (prensado) . Se proporcionan tiempos del ciclo comparativamente cortos con un calentamiento y refrigeración activos.

El moldeo por inyección, ilustrado esquemáticamente en la Fig. 2, implica la inyección de resina fundida 9 en una cavidad 11 a través de una boquilla 13 (como se ilustra por la flecha) para crear una forma sólida. Los dispositivos de calentamiento 7 para la herramienta a ser descrita a continuación se pueden usar para calentar dicha cavidad y se pueden colocar en una o más de las partes de la herramienta 15, 17 que definen la cavidad 11. Esto permite, en comparación con un molde que no esté calentado, la producción de estructuras más delgadas y patrones más finos en el producto acabado. Al mismo tiempo, se pueden permitir ciclos de producción más cortos, específicamente si el molde también se refrigera activamente, por ejemplo por medio de un fluido que fluye en conductos de refrigeración, durante una parte del ciclo. La técnica de calentamiento descrita podría ser útil también para procesos de modelado por soplado.

La Fig. 3 ilustra, esquemáticamente y en sección transversal, una pila de capas diseñadas para proporcionar un calentamiento eficiente de una superficie activa de herramienta 31. Por una superficie activa de herramienta se quiere indicar aquí una superficie que se pone en contacto con el plástico o resina a ser reformado. La pila de capas tiene una bobina inductiva 19, que se puede usar para proporcionar calentamiento al molde o herramienta. La pila tiene una capa portadora de la bobina 21, una capa intermedia 23 eléctricamente activa, una capa superior 25, una capa de soporte 27 y una capa de resistencia térmica 29.

La capa portadora de la bobina 21 incluye la bobina 19 devanada y se realiza de un material con una permeabilidad magnética relativamente alta, por ejemplo 300 a temperatura ambiente, y una resistividad eléctrica muy alta, por ejemplo 2.5*10~3 Qm. De ese modo, es un material que es proclive a la conducción de campos magnéticos pero que no transmite corrientes eléctricas en un grado elevado. Esto significa que la capa portadora de la bobina 21 transmitirá y conformará el campo magnético, generado en ella por la bobina 19, a otras capas, mientras que no induce ninguna corriente parásita sustancial en la capa portadora de la bobina 21 en si. La bobina 19 se coloca en ranuras abiertas y proporciona una distribución uniforme del campo sobre la superficie de la portadora de bobina. El PERMEDYN MF1 (marca registrada) se considera un material adecuado para la capa portadora de la bobina e implica gránulos de material ferromagnético fundidos junto con una resina eléctricamente aislante. En general, el grosor de la portadora de bobina puede estar típicamente en el intervalo de 10-30 mm.

La capa intermedia 23 eléctricamente activa comprende un metal con una resistividad muy baja, (típicamente 1-3*10~8 Qm o menos) , tal como cobre o aluminio. Esta capa se indica como activa dado que la bobina induce corrientes en ella. Sin embargo, como la resistividad es tan baja, esas corrientes no desarrollan calor en un grado elevado. El grosor de la capa puede ser típicamente de 10-30 muí, la permeabilidad magnética relativa puede estar próxima a 1 (no ferromagnética) y la conductividad térmica puede ser típicamente de 100-400 W/m/K.

La capa superior 25 puede comprender un metal con una resistividad más alta que la de la capa intermedia 23 activa. Un acero austenítico, de 1-2 mm de grueso, es un ejemplo adecuado. Como la resistividad es más alta, ésta es la capa en la que se desarrollará calor a partir de las corrientes parásitas, inducidas por la bobina 19 y a través de la capa intermedia 23 activa.

La parte de la capa superior puede ser no ferromagnética, y la resistividad puede estar típicamente en el intervalo de 1*10~7 - 1*10~6 Qm. Así, la parte superior es conductora, pero considerablemente menos conductora que la capa intermedia.

Puede ser adecuado dividir la capa superior en dos capas. Por ejemplo, si se debe replicar una estructura fina mediante un estampador, éste puede adecuadamente estar hecho de níquel que se trata con electro-plateado. Como el níquel es ferromagnético, se calentará la superficie de la subcapa de níquel que mira hacia las bobinas (en lugar de la superficie activa) , lo que es una razón por la que la capa puede ser preferiblemente delgada. Otra razón es que el electro-plateado de materiales gruesos consume tiempo.

Para tener algún grosor en la parte superior como conjunto, se puede colocar una delgada capa de níquel (por ejemplo de 0.7 mm) en la parte superior de una capa austenítica no ferromagnética (por ejemplo de 1.0 mm de grosor). Esto asegura una distribución de calor uniforme. Otra alternativa más, sería una capa de níquel de 1-2 mm de grueso, incluso si ésta fuese cara de producir.

Se proporciona una capa de soporte 27 (por ejemplo de 2-15 mm de grueso) sobre el otro lado de la capa portadora de la bobina 21, tal como se ve desde la superficie 31 que mira hacia la resina o plantilla a ser procesada, y puede estar hecha de un material similar al de la capa intermedia 23 activa. La capa de soporte 27 se conecta eléctricamente a la capa superior 25 por medio de una conexión 33, que se indica muy esquemáticamente en la Fig. 3 y que se describirá adicionalmente más adelante.

Se puede colocar una capa de resistencia térmica 29 entre la capa intermedia 23 activa y la capa superior 25. La capa de resistencia térmica 29 sirve para obstruir la transmisión de calor, desde la capa superior 25 a la capa intermedia 23 activa, en algún grado, de modo que la capa superior 25 pueda alcanzar una temperatura de pico más alta. Sin esta capa, se alcanzaría una temperatura de pico más baja en la capa superior durante un ciclo, dado que entonces eliminarla más calor continuamente desde la capa superior 25 y se transportaría a la capa intermedia 23 activa.

El grosor de la capa de resistencia térmica puede estar por ejemplo en el intervalo de 1-5 mm dependiendo de sus propiedades de conducción térmica. Ésta se puede elegir con un compromiso entre temperaturas superiores altas (gruesa) y cortos ciclos del tiempo (delgada) . Eléctricamente, la capa puede ser aislante y la conductividad térmica puede ser típicamente de aproximadamente 1 /m/K. La permeabilidad magnética relativa puede estar próxima a 1 (no ferromagnética) . El vidrio se considera un material adecuado.

La capa de resistencia térmica también hace uso de capas superiores ferromagnéticas (por ejemplo níquel) menos problemáticas. Debido al efecto película en los materiales ferromagnéticos, se calentará principalmente el lado de la capa superior que mira hacia las bobinas. Sin embargo, gracias a la capa de resistencia térmica, esta energía térmica se transmitirá a la superficie activa en lugar de ser transportada a la capa intermedia activa.

Sigue a continuación un ejemplo de materiales de capa y grosores de las mismas que se pueden utilizar: En una simulación, en la que se aplicó potencia de corriente alterna con una frecuencia de 25 kHz y con una densidad de potencia en volumen de 1.5*108 /m3, el incremento de temperatura en la capa superior después de 10 segundos fue de 200 °C. Al mismo tiempo la temperatura en la capa de soporte se elevó sólo ~3 °C, en la portadora de la bobina ~6 °C y en la capa intermedia ~15°C.

La Fig. 4 muestra una vista en perspectiva de una mitad de herramienta de estampado o prensado. Esta herramienta se puede usar para estampar guias de luz plásticas para una TV de LCD de 42 pulgadas, es decir una plantilla/sustrato con aproximadamente las dimensiones de 930x520 mm. La mitad opuesta (no mostrada) puede ser más o menos una imagen especular de la mitad mostrada y no se describe adicionalmente . La herramienta se construye en correspondencia con el concepto expuesto en la Fig. 3, y se construye tras una placa 43 de fundación que transporta la mitad de la herramienta e incluye todas las conexiones mecánicas necesarias para proporcionar una función de prensado.

La Fig. 5 muestra una vista superior reducida de la mitad de la herramienta de la Fig. 4 e indica las localizaciones de las dos secciones transversales A-A y B-B que se explicarán en detalle después de una breve explicación del principio de funcionamiento global del calentamiento de la herramienta.

La Fig. 6 ilustra la inducción de corrientes en las capas de la Fig. 3, estando la pila de la Fig. 3 en una vista en perspectiva despiezada. En el caso ilustrado, la capa superior 25 es rectangular con un lado 35 largo de 930 mm y un lado 37 corto de 520 mm. Las otras capas tienen formatos correspondientes. La capa portadora de la bobina 21 se bobina con una bobina 19 que tiene devanados en la dirección paralela al lado corto 37 del rectángulo, es decir las vueltas del devanado se sitúan en el lado largo. Cuando se aplica un pulso de corriente alterna de alta frecuencia a la bobina 19, se inducirá una corriente 39, que se corresponde a la corriente la bobina 19, en la superficie inferior de la capa intermedia 23 activa. Esta corriente formará un bucle de corriente cerrado en la superficie de la capa intermedia 23 activa que transcurre anti-paralela con la corriente de la bobina vecina en la superficie inferior de la capa intermedia 23 activa y paralela con la misma en la superficie superior (según se ve desde la capa superior 25) . Esas corrientes se interconectan en los bordes largos de la capa intermedia activa y las corrientes residen principalmente en la proximidad de la superficie de la capa intermedia activa debido al efecto película. La corriente de corriente alterna en la superficie superior de la capa intermedia 23 activa inducirá a su vez una corriente 40 en la capa superior 25. Dado que la capa superior 25 tiene una resistividad más alta, esta capa desarrollará una cantidad de calor considerable. La capa superior se conecta eléctricamente, con conexiones 33, continuamente o en algunos intervalos, en los lados largos de la misma, a la capa de soporte 27 para permitir que esta corriente fluya sobre la superficie de la capa superior completa .

La bobina en el lado posterior de la portadora de bobina inducirá una corriente en la capa de soporte 27 similar a la de la capa intermedia activa. Esta corriente tendrá la misma dirección de, y se sobrepondrá con, la corriente 40. Debido a su baja resistividad, se desarrollará muy poco calor en la capa de soporte 27.

La capa intermedia 23 activa puede estar provista con conductos de refrigeración (no mostrados) para permitir la refrigeración del molde o herramienta. Los conductos pueden transportar un medio de refrigeración tal como agua o aceite. El flujo puede ser continuo, o a impulsos para proporcionar refrigeración solamente durante una fase del ciclo de producción.

Con referencia a la Fig. 7, se explicará ahora la sección transversal A-A de la Fig. 5 con mayor detalle y con referencias ocasionales a la vista en perspectiva de la Fig. 4.

Se construye una pila de capas que corresponden a la descripción esquemática de la Fig. 3, sobre la placa de fundación 43. Para comenzar, se sitúa la placa de la capa de soporte 27 sobre la placa de fundación 43, y es seguida por la portadora de bobina 21, que en el caso ilustrado tiene siete secciones de bobina 45, cada una transportando una bobina (no mostrada) . Estas bobinas pueden alimentarse cada una con un inversor individual, pero en sincronismo entre si. Esta es una ventaja en comparación con la alimentación de las secciones de bobina con un inversor común, dado que los requisitos de aislamiento pueden ser menos exigentes.

En el caso ilustrado, la capa intermedia 23 activa, que se coloca sobre la portadora de bobina 21, comprende dos subcapas 39, 41, e incluye canales de refrigeración (no visibles en la Fig. 7) que se explicarán a continuación. La primera subcapa 39 se ahueca mediante mecanizado, de modo que la primera y segunda subcapas 39, 41 definen juntas una cavidad plana 47 que se puede extender por debajo en la mayor parte de la superficie activa de la herramienta. Durante la operación, esta cavidad se puede rellenar con un fluido que actúa como un igualador de presión de fluido como se explicará a continuación.

La segunda subcapa intermedia activa 41 contiene los conductos de refrigeración, que se alimentan con un bloque 51 repartidor de fluido, en etapas que dividen simétricamente el flujo principal en un cierto número de subflujos iguales, uno para cada conducto. En la parte superior de la segunda subcapa 41, se sitúa la capa de resistencia térmica 29 y es seguida por la capa/estampador 25 superior.

A continuación sigue un ejemplo de materiales y grosores que se pueden usar en la mitad de herramienta mostrada en la Cada mitad de herramienta tiene siete bobinas, cada una con 22 vueltas de devanado que se alimentan de modo síncrono, cada bobina con pulsos de 25 kW/25 kHz/10 segundos durante el estampado .

La Fig. 8 muestra la sección transversal B-B de la Fig. 5 desde la mitad de herramienta de la Fig. 5, en un borde corto de la misma. La sección transversal muestra la placa de fundación 43, la placa de soporte 27, la portadora de bobina 21, y las dos subcapas 39, 41 intermedias activas, con la cavidad 47 intermedia. La capa de resistencia térmica 29 y la capa/estampadora 25 superior también se muestran.

La segunda subcapa 41 intermedia activa contiene los conductos de refrigeración 53, que se extienden a lo largo de la longitud del área activa de la herramienta, es decir donde tiene lugar el prensado y calentamiento. Los conductos de refrigeración 53 pueden, como en el caso ilustrado, ser taladrados como orificios largos a través de la longitud completa de la segunda subcapa 41. Los orificios se pueden tapar en los extremos y pueden estar provistos con orificios de conexión que se extienden a través de la superficie plana de la subcapa 41 en la proximidad del borde en el que se tapona el orificio. Los orificios de conexión se pueden conectar al bloque repartidor de fluido.

Una posible alternativa a proporcionar conductos de refrigeración en la forma de orificios taladrados 53 es proporcionar la segunda subcapa 41 como dos subcapas, y formar los conductos de refrigeración mecanizando ranuras en la superficie plana de una o de ambas de estas subcapas.

La Fig. 8 muestra adicionalmente una barra de conexión 55 que conecta la capa de soporte 27 con la capa superior 25. Esto proporciona la conexión (indicada esquemáticamente por comparación 33 en la Fig. 3) que permite que la corriente generadora de calor fluya en la capa superior 25. La barra de conexión se fija con tornillos 57, 59 a la capa de soporte 27 y a un bastidor de conducción 63, sobre el que reposa la capa superior 25, respectivamente. Típicamente, se puede proporcionar una barra de conexión de este tipo por cada sección de bobina en cada lado largo de la herramienta, como se muestra en la Fig. 4. Se puede proporcionar un espacio 61 entre la barra de conexión 55 y las subcapas 39, 41 intermedias activas.

La pila de capas ilustradas anteriormente proporciona un excelente calentamiento de la herramienta. La herramienta ilustrada implica sin embargo un cierto número de soluciones técnicas adicionales que se explicarán ahora con mayor detalle .

Igualación de presión Particularmente cuando se prensa/estampa una placa de guías de luz, una fuerza de presión igualada y la ausencia de fuerzas cortantes proporciona unas buenas propiedades ópticas. La cavidad rellena de fluido 47 mostrada en las Figs. 7 y 8 iguala la presión sobre la superficie y la herramienta no transmite fuerzas cortantes en absoluto. El resultado de esta característica, que se puede usar también sin un calentamiento activo o con medios alternativos de calentamiento activo, es una calidad mejorada del producto acabado y/o un rendimiento mejorado en comparación con una herramienta en la que no se use la cavidad 47 llena de fluido .

La cavidad 47 puede extenderse por debajo de la mayor parte de la superficie activa. La capa de fluido formada en ella no necesita ser gruesa, 4-5 mm puede ser un ejemplo útil. El fluido usado podría ser agua, pero el aceite es otra alternativa. El fluido está confinado dentro de la cavidad con un sello 79 y se comprime entre las subcapas 39, 41 intermedias activas y transcurre en una ranura en cualquiera de las subcapas, rodeando la ranura la cavidad 47. El prensado de la herramienta eleva la presión del fluido considerablemente. Esta presión será uniforme a todo lo largo de la cavidad, asegurando una fuerza de presión igualada sobre la superficie activa.

Es posible aplicar una presión positiva en la cavidad, por ejemplo 0.5-1 bar de sobrepresión bombeando una cantidad limitada de aire en el interior de la cavidad cuando se llena con un líquido y se cierra. Esto hará que la segunda subcapa 41, así como las capas en la parte superior de ésta última, se abomben ligeramente. Esto proporciona el efecto de que, cuando se aplica presión entre las mitades de la herramienta y una plantilla, los bolsillos de aire atrapados entre la mitad de la herramienta y la plantilla pueden evitarse. La zona media de la superficie de la herramienta activa presionará primero contra la plantilla, y evacuará todo el aire hacia los bordes cuando se incremente la fuerza de presión. En la presión final (por ejemplo 2 MPa) cuando tiene lugar el estampado, sin embargo, este efecto de bombeado es despreciable y no afecta al resultado final. Gracias a esta presión positiva, sin embargo, el riesgo de tener bolsillos de aire atrapados entre la mitad de la herramienta y la plantilla puede eliminarse más o menos.

Es posible proporcionar un sensor de presión en contacto con el fluido para proporcionar una señal de realimentación que indique la presión aplicada.

Mejora del contacto con la capa superior Incluso aunque la capa superior 25 puede ser muy delgada en muchos casos, y puede expandirse y contraerse en algún grado durante el calentamiento y refrigeración, respectivamente, se debería proporcionar una conexión fiable a la capa de soporte 27 en los bordes en donde han de entrar las corrientes. Esto se puede llevar a cabo mediante un bastidor de conducción 63, por ejemplo hecho de cobre, que encierre la superficie activa completa de la mitad de la herramienta. La capa superior 25 reposa en una forma flotante sobre el bastidor de conducción 63 en los bordes de la capa superior. Esto se ilustra también en la Fig. 11.

Asi, como se indica en la Fig. 9A, se permite que la capa superior 25 flote sobre la capa de resistencia térmica 29 y el bastidor de conducción 63. Esto es ventajoso dado que la capa superior tiene permitido expandirse y contraerse sin ser influenciada por tornillos o similares que podrían hacer, en caso contrario, que la capa superior se deforme separándose del plano. El bastidor de conducción 63, al que se conecta la barra de conexión 55, proporciona además un buen contacto entre la capa superior 25 y la capa de soporte 27.

El contacto galvánico entre la capa superior 25 y el bastidor de conducción 63 se puede mejorar adicionalmente . La capa superior puede transportar típicamente hasta 25000 amperios como corriente máxima desde borde largo a borde largo, e incluso si esta corriente se distribuye sobre la longitud completa de la superficie activa, la densidad de corriente es significativa.

Para proporcionar un excelente contacto a la capa superior 25 mientras se permite que la misma flote, se proporciona un dispositivo de sujeción 77 por debajo del bastidor de conducción 63.

Así, cuando se presiona la plantilla entre las dos mitades, es posible activar el dispositivo de sujeción 77 que empuja entonces el bastidor de conducción 63 contra la capa superior 25, proporcionando de ese modo un excelente contacto galvánico entre ellos.

Incluso aunque se transportan principalmente corrientes con amplitudes considerables entre el bastidor de conducción y la capa superior en los bordes largos, donde las bobinas dan la vuelta en este ejemplo, puede preferirse proporcionar el efecto de sujeción entre la capa superior y la corriente alrededor del perímetro completo de la capa superior, es decir también en los bordes cortos. Esto puede impedir anomalías de campo indeseadas por ejemplo en las esquinas de la capa superior.

El dispositivo de sujeción puede estar compuesto, como se indica en la Fig. 9A, por un bastidor 77 de un material aislante tal como plástico sobre el que reposa el bastidor de conducción 63. Este bastidor plástico tiene dos ranuras en la superficie inferior y dos ranuras en la superficie superior, en las que transcurren los anillos de sellado comprimidos interior 81, 83 y exterior 79, 85. Como se indica en la Fig. 9A, el grosor del bastidor plástico 77 en su zona interior, en la que se colocan las ranuras, se reduce de alguna forma de modo que se forma un espacio pequeño 87 entre cada par de anillos de sellado interior y exterior. Estos espacios se pueden interconectar mediante orificios que transcurren a través del bastidor plástico 77 entre los anillos de sellado interior y exterior. Al elevar la presión en este espacio confinado, por ejemplo por medio de aire comprimido, que se suministra a través de un conducto, los anillos de sellado elevarán el bastidor conductor 63 ligeramente, proporcionando de ese modo el movimiento de sujeción.

Perfil térmico del borde de plantilla Cuando se produce una guia de luz, como se ha mencionado anteriormente, los bordes pueden recibir una atención especial. Si la resina funde demasiado muy al borde, la luz puede fugarse en el borde de una forma no intencionada. También el grosor de la plantilla en los bordes puede disminuir. Al mismo tiempo se desea aplicar presión sobre toda la superficie de la plantilla.

Una forma de manejar esto es asegurarse de que la plantilla se calienta menos en los bordes. Esto proporciona un "marco frió" que rodea la parte interior de la plantilla cuando la superficie se funde mediante el calentamiento aplicado. Esto puede dar como resultado una guia de luz con un grosor más uniforme en el que haya menos defectos ópticos en los bordes que fuguen la luz.

Esta característica puede proporcionarse de formas diferentes en los bordes largo y corto de la mitad de herramienta .

Las Figs . 9A y 9B, como se ha mencionado, ilustran detalles de la sección transversal de la Fig. 8. En los bordes largos de la mitad de herramienta, la parte exterior del bastidor conductor 63 se conecta con tornillos a las barras de conexión 55. La parte interior del bastidor de conducción 63 hace contacto con la capa/estampadora superior 25. La capa superior 25 se solapa y flota sobre el bastidor de conducción 63 en una zona de contacto 65 en la parte más interna de la misma, como se muestra en la Fig. 9B. En el exterior de la zona de contacto 65, que puede ser por ejemplo de 1 mm de largo, se proporciona un espacio 67 de por ejemplo 0.2 mm entre la capa superior 25 y el bastidor de conducción 63 cuando se proyecta la zona de contacto 65 ligeramente desde el cuerpo del bastidor de conducción. La capa superior 25 también reposa sobre un anillo de sellado 69 colocado en una ranura 71 en el bastidor de conducción 63. Cuando se abre la herramienta después del estampado, la capa superior 25 por tanto se puede mantener en su sitio manteniendo una presión baja por debajo de la capa superior. Cuando el bastidor de conducción 63 hace contacto con la capa superior 25 a alguna distancia del borde de esta última, la corriente 73 conducida por el bastidor de conducción 63 entrará en la capa superior a esta distancia desde el borde de la capa superior, dando como resultado una parte 75 comparativamente menos calentada de la capa superior en el borde de la plantilla.

La Fig. 10 muestra un detalle de la sección transversal de la Fig. 7. En esta sección, en el borde corto de la mitad de herramienta, el bastidor de conducción 63 actuará como un cortocircuito que interconecta los bordes largos en la mitad de herramienta. Esta parte del bastidor de conducción 63 conducirá por lo tanto a una corriente considerable dirigida perpendicularmente al plano de la sección transversal de la Fig. 10. Dado que el bastidor de conducción 63 de cobre tiene una resistividad muy baja en comparación con la capa superior 25, esta corriente no hará que el bastidor de conducción sea calentado en cualquier grado mayor. Sin embargo, esta corriente, que alterna con la misma frecuencia que todas las otras corrientes en la herramienta, creará a su vez un campo magnético que contrarreste el campo magnético inducido en la capa superior 25 por la capa intermedia 23 activa dado que las corrientes en la parte superior de la capa intermedia activa y el bastidor de conducción tienen direcciones opuestas. Esto fuerza al campo magnético inducido en la capa superior hacia afuera del borde corto de la capa superior 25, de modo que también este borde se calentará menos que la parte inferior de la mitad de herramienta.

De ese modo, se puede conseguir un marco relativamente más frió de la plantilla alrededor de los bordes de la misma.

Las Figs. 12A y 12B ilustran una forma adicional de variar intencionadamente el desarrollo de calor sobre la superficie activa de la mitad de herramienta. En este caso se usa una capa superior con dos subcapas, que juntas reposan sobre el bastidor de conducción (compárese con la Fig. 11) . La capa superior alta puede en la Fig. 12A ser concebida como se ha mencionado anteriormente, es decir una capa ferromagnética o no ferromagnética uniforme, tal como, por ejemplo, de níquel o acero austenítico o una combinación níquel-acero .

La capa superior baja en la Fig. 12B puede estar labrada. Típicamente, el labrado puede comprender una lámina de cobre 77 que tiene cortes 79 sobre las áreas que han de ser calentadas. Si la dirección de la corriente instantánea es como se ilustra con la flecha de la Fig. 12B, la capa superior alta no se calentará en ningún grado mayor en áreas en la que la capa superior baja consiste en cobre. En esas áreas la corriente se dirigirá a través de la capa inferior que tiene una resistividad más baja. Las áreas de corte pueden cubrirse con un material aislante, tal como vidrio, con un grosor igual que la lámina de cobre. Esto fuerza a las corrientes a la capa superior alta en esta zona, calentando de ese modo la capa superior alta y la superficie activa. Como una alternativa a un aislante, se puede usar un material con una resistividad similar o igual a la capa superior alta, tal como un acero austenítico. Esto hace que las capas superiores tanto alta como baja sean calentadas en estas zonas. En cualquier caso, el resultado son áreas 81 más calientes en la superficie activa. Esto se puede usar, por ejemplo, para estampar simultáneamente dos plantillas, teniendo cada una de las cuales un marco que las rodea comparativamente más frió, como se ha explicado previamente. El experto en la materia se dará cuenta de que el desarrollo de calor sobre la superficie activa se puede variar en otras formas para obtener diferentes resultados. Una herramienta puede, cambiando la capa superior baja, usarse en muchas formas diferentes.

La invención no se limita a las realizaciones anteriormente descritas y se puede variar y alterar en formas diferentes dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, las bobinas se pueden bobinar desde el borde corto a borde corto, en lugar de como se ha ilustrado, donde las vueltas de los devanados de la bobina se sitúan en los bordes largos de la superficie activa. Se pueden usar otros materiales que tengan propiedades similares a los descritos anteriormente. Por ejemplo, en lugar de aceros austeniticos en la capa superior, se podrían considerar aceros ferríticos o martensíticos . Las aleaciones de cobre pueden sustituirse en muchos casos por aleaciones de aluminio, etc.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una herramienta tal como una herramienta de moldeo por inyección o una herramienta de estampado/prensado que comprende un dispositivo de calentamiento que incluye una pila de capas para calentamiento de una superficie activa de la herramienta, comprendiendo la pila: una capa portadora de la bobina (21) que incluye al menos una bobina devanada para la generación de un campo magnético oscilante, una capa superior eléctricamente conductora (25) , que es adyacente a la superficie activa de la herramienta, y una capa de soporte (27), que se coloca por debajo de la capa portadora de la bobina tal como se ve desde la capa superior, estando la capa de soporte conectada eléctricamente a la capa superior en los bordes en los que dan la vuelta los devanados de la bobina y que tiene una resistividad más baja que la capa superior, caracterizada por una capa intermedia eléctricamente conductora (23) , situada entre la capa portadora de la bobina y la capa superior, en la que la capa intermedia tiene una resistividad más baja que la capa superior.

2. Una herramienta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que se coloca una capa de resistencia térmica (29) entre la capa intermedia y la capa superior.

3. Una herramienta de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que la capa intermedia tiene conductos de refrigeración (53) para el transporte de un medio de refrigeración.

4. Una herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la capa superior tiene una resistividad en el intervalo entre 1*1CT7 - 1*10~6 Qm, y la capa intermedia tiene una resistividad en el intervalo entre 1-3*10"8 Qm.

5. Un método de producción que usa una herramienta tal como una herramienta de moldeo por inyección o una herramienta de estampado/prensado que comprende un dispositivo de calentamiento que incluye una pila de capas para calentamiento de una superficie activa de la herramienta, comprendiendo la pila: una capa portadora de la bobina que incluye al menos una bobina devanada para la generación de un campo magnético oscilante, una capa superior eléctricamente conductora, que es adyacente a la superficie activa de la herramienta, y una capa de soporte, que se coloca por debajo de la capa portadora de la bobina tal como se ve desde la capa superior, estando la capa de soporte conectada eléctricamente a la capa superior en los bordes en los que dan la vuelta los devanados de la bobina y que tiene una resistividad más baja que la capa superior, caracterizada por el transporte de la energía desde la bobina a la capa superior usando una capa intermedia eléctricamente conductora, situada entre la capa portadora de la bobina y la capa superior, en la que la capa intermedia tiene una resistividad más baja que la capa superior.

6. Una herramienta para estampado/prensado de una plantilla en una superficie activa, teniendo la herramienta una capa superior eléctricamente conductora (25) que se calienta con corrientes inducidas por una bobina, colocada por debajo de la capa superior tal como se ve desde la superficie activa, una capa de soporte (27) que se coloca por debajo de la bobina tal como se ve desde la superficie activa, teniendo la capa de soporte una resistividad más baja que la capa superior y estando conectada a la capa superior al menos en los bordes opuestos en los que dan la vuelta los devanados de la bobina, caracterizada por un bastidor de conducción (63), que tiene una resistividad inferior a la capa superior y que rodea la superficie activa, de modo que la capa superior, al menos en la proximidad de algunos de sus bordes, reposa sobre el bastidor de conducción.

7. Una herramienta de acuerdo con la reivindicación 6, en la que la capa superior está flotando sobre el bastidor de conducción .

8. Una herramienta de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en la que, en un borde en el que dan la vuelta dichos devanados, la capa superior reposa sobre el bastidor de conducción a una distancia desde el borde de la capa superior, de modo que este borde de la capa superior se caliente en un grado menor que las partes interiores de la capa superior cuando se dirige una corriente desde la capa de soporte y al interior de la capa superior.

9. Una herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en la que se coloca un bastidor de sujeción (77) por debajo del bastidor de conducción tal como se ve desde la superficie activa, siendo el bastidor de sujeción móvil en relación con la capa sobre la que reposa, de modo que el bastidor de conducción se pueda sujetar contra la capa superior durante una fase en la que se dirige una corriente a la capa superior desde la capa de soporte.

10. Una herramienta de acuerdo con la reivindicación 9, en la que al menos un lado del bastidor de sujeción tiene dos anillos de sellado comprimidos (79, 81), uno rodeando al otro y ambos rodeando a la superficie activa de la herramienta, de modo que se forme un espacio cerrado (87) entre los anillos de sellado, y medios para forzar a un fluido al interior de dicho espacio cerrado para incrementar la presión en él, elevando de ese modo los anillos de sellado para obtener el movimiento de sujeción.

11. Una herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en la que la capa superior se divide en una capa superior alta y una capa superior baja, comprendiendo la capa superior alta un metal con una resistividad uniforme que es más alta que la resistividad de la capa de soporte, y teniendo la capa superior baja un patrón con una resistividad variable, de modo que el calor generado en la superficie activa varié sobre la superficie activa .

12. Un método de producción que usa una herramienta para estampado/prensado de una plantilla en una superficie activa, teniendo la herramienta una capa superior eléctricamente conductora que se calienta con corrientes inducidas por una bobina, colocada por debajo de la capa superior tal como se ve desde la superficie activa, una capa de soporte que se coloca por debajo de la bobina tal como se ve desde la superficie activa, teniendo la capa de soporte una resistividad más baja que la capa superior y estando conectada a la capa superior al menos en los bordes opuestos en los que dan la vuelta los devanados de la bobina, caracterizada por el transporte de una corriente desde la capa de soporte a la capa superior usando un bastidor de conducción, que tiene una resistividad inferior a la capa superior y que rodea la superficie activa, de modo que la capa superior, al menos en la proximidad de algunos de sus bordes, reposa sobre el bastidor de conducción.

13. Una herramienta para estampado/prensado de una plantilla con una superficie activa de la herramienta, teniendo la herramienta una pila de capas que incluye una capa superior (25) en la superficie activa, siendo la capa superior calentada durante el estampado/prensado, caracterizada por una cavidad (47) que se define entre dos capas en la pila por debajo de la capa superior tal como se ve desde la superficie activa, extendiéndose la cavidad por debajo de una parte mayor de la superficie activa y estando, al menos parcialmente, llena con un fluido.

14. Una herramienta de acuerdo con la reivindicación 13, en la que, ya en un estado en el que la superficie activa no toca una plantilla, la presión en la cavidad es más alta que la presión atmosférica, de modo que la capa superior se combe en algún grado.

15. Un método de producción que usa una herramienta para estampado/prensado de una plantilla con una superficie activa de la herramienta, teniendo la herramienta una pila de capas que incluye una capa superior en la superficie activa, siendo la capa superior calentada durante el estampado/prensado, caracterizada por presionar la plantilla a través de una cavidad que se define entre dos capas en la pila por debajo de la capa superior tal como se ve desde la superficie activa, extendiéndose la cavidad por debajo de una parte mayor de la superficie activa y estando, al menos parcialmente, llena con un fluido.