DE102005022479B3

DE102005022479B3 - Verfahren zum Erwärmen einer Werkzeugkavität

Info

Publication number: DE102005022479B3
Application number: DE200510022479
Authority: DE
Inventors: Christian Gornik
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Wittmann Battenfeld GmbH
Priority date: 2005-05-14
Filing date: 2005-05-14
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-05-15
Also published as: AT501950A3; AT501950A2

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erwärmen einer Kavität (2) eines Spritzgießwerkzeuges, wobei über ein Einspritzaggregat (1) Kunststoffschmelze (7) in die Kavität (2) eingespritzt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zunächst erwärmtes Fluid (3) in die Kavität (2) eingebracht wird und dieses durch das Einbringen der Kunststoffschmelze (7) aus der Kavität (2) verdrängt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Kavität eines Spritzgießwerkzeuges, wobei über ein Einspritzaggregat Kunststoffschmelze in die Kavität eingespritzt wird.
Für einige Anwendungen des Kunststoffspritzgießens ist es notwendig, die Temperatur der Werkzeugwand unmittelbar vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze zu erwärmen, um eine gute Abformung des Kunststoffes zu erhalten. Anwendungsbeispiele für diese sog. variotherme Prozessführung sind die Abformung von Mikrostrukturen und das Herstellen von Teilen mit großen Fließweg-Wanddicken-Verhältnissen. In der Literatur sind dazu Möglichkeiten beschrieben, die meist auf das Aufheizen entweder des gesamten Werkzeuges oder von Teilbereichen des Werkzeuges abzielen. Dies kann entweder durch Flüssigkeitstemperierung oder durch elektrische Heizelemente erfolgen. Der Nachteil dieser Methoden liegt in der langen Zeit, die für das Aufheizen notwendig ist. Eine alternative Möglichkeit zum Beheizen der Werkzeugwand ist das Einfahren eines Induktors und das darauf folgende Aufheizen mittels Induktion. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der raschen Aufheizzeit. Das nach dem induktiven Aufheizen notwendige Ausfahren des Induktors ist jedoch nachteilig, da in dieser Zeit die Werkzeugwand wieder abkühlt und damit eine reproduzierbare Erwärmung schwer möglich ist.

Beschichtete Werkzeugoberflächen, die hier das Verfahren begünstigen, sind beispielsweise aus der DE 695 26 975 T2 bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren sowie ein Werkzeug anzubieten, bei dem eine reproduzierbare Erwärmung der Wandung der Kavität ermöglicht wird und dies insbesondere für die Mikrospritztechnik geeignet ist.

Da für die variotherme Prozessführung lediglich eine Erwärmung der inneren Werkzeugwand notwendig ist, ist es nahe liegend, nur im Inneren der Kavität eine Wärmequelle wirken zu lassen. Um Zykluszeit zu sparen sollte diese Wärmequelle nicht ein- und ausfahrbar gestaltet sein.

Die Lösung des Verfahrens ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zunächst erwärmtes Fluid in die Kavität eingebracht wird und dieses durch das Einbringen der Kunststoffschmelze aus der Kavität verdrängt wird. Durch diesen Schritt wird also mittels des Fluids die Kavitätswandung auf eine bestimmte Temperatur gebracht. Hierbei wird das Fluid – es kann Gas oder eine Flüssigkeit sein – vor dem Einleiten in die Werkzeugkavität auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht. Der Formhohlraum wird mit dem heißen Medium gefüllt und die Kunststoffschmelze verdrängt das Medium beim Einspritzen über ein entsprechendes Ventil. Es ist also vorgesehen, mittels des Fluids nicht das gesamte Werkzeug, sondern nur die gesamte Innenwandung der Kavität zu erwärmen. Die Erwärmung des Fluids erfolgt vorzugsweise außerhalb der Kavität bzw. des Werkzeuges. Die Erwärmung kann beispielsweise mittels eines Wärmetauschers erfolgten. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erwärmte Fluid so lange durch die Kavität des Werkzeuges zirkuliert, bis eine bestimmte Wandungstemperatur erreicht wird. Selbstverständlich wird das Fluid jedes Mal außerhalb des Werkzeuges erneut erwärmt. Die Wandungstemperatur kann hierbei über Messmittel oder durch zuvor durchgeführte Versuche ermittelt werden. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, das Werkzeug wie ein Tauchkantenwerkzeug zu gestalten und das Fluid durch Kompression in der Temperatur zu erhöhen und somit die Wandung zu temperieren.

Das Verfahren wird begünstigt, wenn man ein Werkzeug zum Erzeugen eines Spritzgussteiles verwendet, das mindestens eine Kavität aufweist, wobei mindestens ein Zugang zum Einbringen von Kunststoffschmelze und mindestens eine Öffnung zum Zu- oder Abführen eines Fluids angeordnet sind, wobei die Wandungen der Kavität beschichtet sind. Vorteilhaft ist es wenn das Material der Beschichtung ein Material mit geringem Wärmeeindringkoeffizient ist.

In den Zeichnungen sind schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben,
1 zeigt ein Werkzeug mit eingebrachter Kunststoffschmelze,
2 ein Werkzeug mit zirkulierendem Fluid und
3 ein Werkzeug mit Tauchkante
1 zeigt zwei Werkzeughälften, die eine Kavität 2 bilden, wobei die beiden Werkzeughälften mittels einer Dichtung 4 die Kavität 2 fluiddicht abschließt. An die Kavität angeordnet ist ein Einspritzaggregat 1, über das die Kunststoffschmelze 7 in die Kavität eingebracht wird. Die Kunststoffschmelze 7 verdrängt ein zuvor eingebrachtes Fluid 2 aus der Kavität, wobei ein Wege-Ventil 6 die Fließrichtung beeinflusst.
2 entspricht im Wesentlichen der 1. Die beiden Werkzeughälften bilden die Kavität 3, die über die Dichtung 4 fluiddicht abgedichtet ist. Das Einspritzaggregat 1 ist am Werkzeug angeordnet und die Kavität ist mit dem Fluid 3 gefüllt. Im Unterschied zu 1 weist dieses Werkzeug 2 Zu- oder Abgänge auf, über die das Fluid 3 zirkulieren kann. Die Erwärmung des Fluids erfolgt über den Wärmetauscher 5. Ist die Kavitätswandung ausreichend erwärmt, wird das Wege-Ventil 6 umgeschaltet und die Schmelze kann das Fluid 3 aus der Kavität 2 verdrän gen. Nicht dargestellt ist die Art der Anbindung der Fluidleitungen ans Werkzeug, hier sind selbstverständlich erforderliche Ventile wie beispielsweise Rückschlagventile vorgesehen.
3 zeigt ein Werkzeug, welches als Tauchkantenwerkzeug ist. Auch hier bildet das Werkzeug eine Kavität 2, die über Dichtungen 4 abgedichtet ist. Die Werkzeugwandung weist eine Beschichtung 8 auf, um die Gesamtmasse des Werkzeuges zu isolieren. Wird über das Einspritzaggregat 1 Kunststoffschmelze eingespritzt kann das Fluid über das Ventil sechs entweichen. Mehrere Verfahrensvarianten sind im Nachfolgenden beschrieben, wobei das Prinzip der Erwärmung durch Wärmeübergang zu Grunde liegt.
Werden zwei Körper verschiedener, aber anfänglich konstanter Temperatur T1 und T2 mit den thermischen Eigenschaften λ1, a1 und λ2, a2 plötzlich in Kontakt gebracht, so stellt sich zu beiden Seiten der Kontaktfläche eine Temperatur Tm ein. Im Werkzeug ist vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze ein heißes Medium, das die Werkzeugwand auf Tm erwärmt und durch das Einspritzen der Schmelze aus dem Formhohlraum verdrängt wird.
Variante 1:
Das Medium, das in diesem Falle ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann, wird vor dem Einleiten in die Werkzeugkavität auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht. Der Formhohlraum wird mit dem heißen Medium gefüllt. Die Kunststoffschmelze verdrängt das Medium beim Einspritzen über ein Ventil.
Variante 2:
Das Medium wird wie bei Variante 1 außerhalb der Kavität auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht und durchströmt danach den Werkzeughohlraum so lange über ein Ventilsystem, bis die gewünschte Werkzeugwandtemperatur erreicht ist.
Variante 3:
Das Medium wird entweder mit der Austrittstemperatur aus dessen Quelle oder vorgewärmt in das teilgeöffnete Werkzeug eingeleitet. Das Werkzeug ist wie ein Spritzprägewerkzeug mit Tauchkanten ausgestattet, die so abdichten, dass kein Medium entweichen kann. Danach wird das Werkzeug vollständig geschlossen. Durch die Kompression, die aufgrund der kurzen Schließzeit als adiabat angesehen werden kann, kommt es zu einer weiteren Erwärmung des Mediums. Unmittelbar danach wird die Kunststoffschmelze eingespritzt, die das Medium über ein Ventilsystem verdrängt. Das Medium muss für diese Variante entsprechend kompressibel sein.
Variante 4:
Wie bei Variante 3 erfolgt die Temperaturerhöhung des Mediums durch eine Verdichtung, die jedoch außerhalb des Werkzeughohlraumes stattfindet. Durch die Schließbewegung des Werkzeugs wird in einem Kolbensystem, das Teil des Werkzeuges oder der Schließeinheit der Spritzgießmaschine ist, das Medium komprimiert. Nachdem das Werkzeug geschlossen ist, wird das komprimierte und erwärmte Medium in den Formhohlraum geleitet. Die danach eingespritzte Kunststoffschmelze verdrängt das Medium über ein Ventilsystem.
Variante 5:
In den Formhohlraum wird ein entzündbares Gemisch eingespritzt, das entweder durch eine externe Zündquelle oder nur durch die Temperaturerhöhung zufolge Kompression verbrannt wird und so zu einer Erwärmung der Werkzeugwand führt. Die Verbrennungsgase werden durch ein Ventilsystem beim Einspritzen der Kunststoffschmelze verdrängt.

1: Einspritzaggregat
2: Kavität
3: Fluid
4: Dichtung
5: Wärmetauscher
6: Ventil
7: Schmelze
8: Beschichtung

Claims

Verfahren zum Erwärmen einer Kavität (2) eines Spritzgießwerkzeuges, wobei über ein Einspritzaggregat (1) Kunststoffschmelze (7) in die Kavität (2) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst erwärmtes Fluid (3) in die Kavität (2) eingebracht wird und dieses durch das Einbringen der Kunststoffschmelze (7) aus der Kavität (2) verdrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (3) nur einen Teil, vorzugsweise die gesamte Innenwandung, der Kavität (2) erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Fluids (3) außerhalb des Werkzeuges erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Fluids (3) mittels Wärmetauscher (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (3) durch die Kavität (2) zirkuliert.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Fluids (3) die Wandung der Kavität (3) auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird.