DE202006020117U1

DE202006020117U1 - Vorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeuges zur Herstellung von Formlingen aus Kunststoff oder Metall

Info

Publication number: DE202006020117U1
Application number: DE202006020117U
Authority: DE
Original assignee: GWK Gesellschaft Waerme Kaeltetechnik mbH
Current assignee: Technotrans Solutions GmbH
Priority date: 2006-06-24
Filing date: 2006-06-24
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2016-06-25

Abstract

Vorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeuges (1, 2) zur Herstellung von Formlingen aus Kunststoff oder Metall, dadurch gekennzeichnet, dass in das Werkzeug (1, 2) mindestens ein Heizelement (4) integriert ist und in der Nähe des Heizelementes (4) Kanäle (5) in das Werkzeug (1, 2) eingebracht sind,
dass die Kanäle (5) an eine Kühlmittelspeiseeinrichtung angeschlossen sind,
mittels derer während des Kühlbetriebes die Kanäle (5) von Kühlmittel durchströmbar sind,
dass die Kanäle (5) an eine Isoliermittelzuführeinrichtung angeschlossen sind,
mittels derer während der Beheizung des Werkzeuges (1, 2) die Kanäle (5) mit Isoliermittel befüllbar sind,
und dass eine Umschalteinrichtung (6) vorgesehen ist, mittels derer alternativ die Einspeisung von Kühlmittel oder Isoliermittel in die Kanäle (5) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeuges zur Herstellung von Formlingen aus Kunststoff oder Metall.
Im Stand der Technik ist es bekannt, bei Formwerkzeugen nahe der Kavität, die zur Bildung des Formlings in dem Werkzeug ausgeformt ist, Kanäle konturnah auszubilden. Diese Kanäle werden zur Beheizung des, Formwerkzeuges mit einem auf entsprechende Temperatur aufgeheizten Wärmeträger durchströmt, so dass das Formwerkzeug auf entsprechende Temperatur aufgeheizt werden kann. Der Spritzvorgang erfolgt dann bei aufgewärmtem Werkzeug. Nach Beendigung des Spritzvorganges muss das Werkzeug abgekühlt werden, damit auch der Formling entsprechend abgekühlt werden kann. Zur Kühlung wird Kühlmittel durch die entsprechenden Kanäle geleitet oder durch weitere Kanäle, die in dem Formwerkzeug ausgebildet sind.
Der Spritzvorgang wird wesentlich durch die Beheizung und Kühlung des Werkzeuges bestimmt. Bei der bisherigen Vorgehensweise sind die Zykluszeiten daher relativ groß, was nachteilig bezüglich der Spritzgeschwindigkeit ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, mit der der Spritzzyklus erheblich beschleunigt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor,
dass in das Werkzeug mindestens ein Heizelement integriert ist und in der Nähe des Heizelementes Kanäle in das Werkzeug eingebracht sind,
dass die Kanäle an eine Kühlmittelspeiseeinrichtung angeschlossen sind, mittels derer während des Kühlbetriebes die Kanäle von Kühlmittel durchströmbar sind,
dass die Kanäle an eine Isoliermittelzuführeinrichtung angeschlossen sind, mittels derer während der Beheizung des Werkzeuges die Kanäle mit Isoliermittel befüllbar sind,
und dass eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, mittels derer alternativ die Einspeisung von Kühlmittel oder Isoliermittel in die Kanäle erfolgt.
Gemäß der Erfindung ist in das Werkzeug ein Heizelement integriert, welches nahe der Formwandung der Kavität, die zur Formung des Spritzlinges vorgesehen ist, in das Werkzeug eingebettet ist.
Zusätzlich sind Kanäle in das Werkzeug eingebracht, die sich vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Heizelementes erstrecken. Um eine beschleunigte Aufheizung des Werkzeuges zu ermöglichen, sind diese Kanäle während der Beheizungsphase mit Isoliermittel befüllt, so dass sie einen Isolator bilden, der zu einer schnelleren Beheizung der Formwandung der Kavität des Werkzeuges führt. Während der nachfolgenden Abkühlphase werden die Kanäle an die Kühlmittelspeiseeinrichtung angeschlossen und von Kühlmittel durchströmt, so dass eine schnelle Wärmeabfuhr und damit eine schnelle Abkühlung des Werkzeuges ermöglicht ist. Damit die gleichen Kanäle bei der Beheizung mit Isoliermittel befüllt werden können und bei der Kühlung von Kühlmittel durchströmt werden können, ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, mittels derer die alternative Einspeisung von Kühlmittel oder Isoliermittel in die Kanäle erfolgen kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass als Kühlmittel eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser vorgesehen ist.
Zudem ist vorzugsweise vorgesehen, dass als Isoliermittel ein Gas, vorzugsweise Luft vorgesehen ist.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Kühlmittelspeiseeinrichtung aus einem Kühlmittelkreis mit Kühlmittelpumpe, Vorlagebehälter und Wärmetauscher besteht, wobei an den Kühlmittelkreis die Kanäle angeschlossen sind, und dass in die Zulaufleitung des Kühlmittelkreises, die zu den Kanälen führt, ein Umschaltventil eingeschaltet ist, mittels dessen die Zulaufleitung alternativ an die Kühlmittelzufuhrleitung oder an eine Gaszufuhrleitung angeschlossen oder anschließbar ist.
Des Weiteren ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass in die Rücklaufleitung des Kühlmittelkreises, die an den Ausgang der Kanäle angeschlossen ist, eine Saugpumpe angeschlossen ist.
Alternativ wäre es auch möglich, in die Zulaufleitung des Kühlmittelkreises eine Druckpumpe einzusetzen. In diesem Falle müsste aber die Einspeisung des Isoliermittels, insbesondere Luft, in der Weise erfolgen, dass über den entsprechenden Anschluss Pressluft in die Kanäle eingebracht wird. Dies ist aufwändig und gegenüber der Lösung mit Saugpumpe nachteilig. Bei der Anordnung der Saugpumpe ist der Ablauf vereinfacht, weil mittels der Saugpumpe beim Umschalten der Umschalteinrichtung das Kühlmittel aus den Kanälen abgesaugt und die über die Umschalteinrichtung zuströmende Luft eingesaugt werden kann. Es reicht hierzu aus, wenn die Umschalteinrichtung an die Umgebungsluft angeschlossen ist. Nach vollständiger Entleerung der Kanäle von Kühlmittel und entsprechender Befüllung mit Luft kann die Pumpe abgeschaltet werden oder eine Umschaltung erfolgen, wie dies nachstehend noch beschrieben wird.
Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels der Saugpumpe nachgeordnet der Vorlagebehälter und ein Wärmetauscher in den Kühlmittelkreis eingeschaltet ist.
Der Vorlagebehälter weist dabei vorzugsweise eine Entlüftung auf, so dass beim Entleeren der Kanäle von Kühlmittel und Befüllen der Kanäle mit Isoliermittel, insbesondere Luft, die eingesaugte Luft, in den Vorlagebehälter gefördert werden kann und durch die Entlüftung abgeführt werden kann. Insbesondere auch dann, wenn nach dem Heizvorgang die Umschalteinrichtung umgeschaltet wird, so dass Kühlmittel in die Kanäle eingesaugt werden kann, kann die in den Kanälen befindliche Luft über die Pumpe in den Vorlagebehälter befördert und dort über die Entlüftung abgeführt werden.
Vorzugsweise ist zudem vorgesehen, dass der Kühlmittelkreis eine Bypassleitung aufweist, die in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Saugpumpe und vor dem Umschaltventil an die Rücklaufleitung beziehungsweise die Zulaufleitung angeschlossen ist und in die ein schaltbares Ventil eingeschaltet ist.
Hierdurch ist es möglich, die Pumpe kontinuierlich zu betreiben, unabhängig von der Schaltstellung der Umschalteinrichtung. Sofern die Umschalteinrichtung auf Luftzufuhr geschaltet ist, kann das schaltbare Ventil in die Öffnungsstellung geschaltet werden, so dass das Kühlmittel in dem durch den Bypass gebildeten Kreislauf umlaufen kann. Sofern die Umschalteinrichtung auf Kühlung geschaltet ist, wird das schaltbare Ventil geschlossen, so dass das Kühlmedium über das Leitungssystem in die Kanäle eingespeist und im Kreislauf zur Pumpe geführt werden kann.
Vornehmlich ist dabei vorgesehen, dass das schaltbare Ventil mit dem Umschaltventil gekoppelt ist, so dass es geöffnet ist, wenn das Umschaltventil die Gaszufuhrleitung öffnet und die Kühlmittelzufuhrleitung sperrt, und es geschlossen ist, wenn das Umschaltventil die Gaszufuhrleitung sperrt und die Kühlmittelzufuhrleitung öffnet.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Heizelement ein elektrisches Heizelement ist.
Zudem ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Heizelement in nächster Nähe zur Kavität des Formwerkzeuges angeordnet ist.
Auch ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kanäle auf der Seite des Heizelementes angeordnet sind, die der Kavität des Formwerkzeuges abgewandt ist.
Zudem kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Heizelement und der Kavität ein Temperaturfühler angeordnet ist, mittels dessen die Wandtemperatur der Kavität erfassbar ist, wobei aus der erfassten Temperatur Stellwerte zur Regelung des Kühlkreislaufes ableitbar sind.
Die Erfindung stellt eine äußerst funktionstüchtige Vorrichtung zur Temperierung von Formwerkzeugen zur Herstellung von Kunststoffteilen oder Metallteilen zur Verfügung. Dabei erfolgt die Regelung der Werkzeugwandtemperatur durch das im Werkzeug integrierte Heizelement sowie durch ein Kühlmittel, welches durch die im Werkzeug ausgebildeten Kanäle geleitet wird. Die zu regelnde Wandtemperatur der Kavität wird mittels eines unmittelbar an der Wandung angebrachten Temperaturfühlers erfasst. Die benötigte Wandtemperatur wird mittels der von der Spritzgussmaschine vorgegebenen Schmelzetemperatur ermittelt. Die Ansteuerung der Beheizung und Kühlung erfolgt unter Zuhilfenahme des von der Spritzgussmaschine vorgegebenen Einspritzzeitpunktes. Das Leersaugen der Kanäle von Kühlmittel erfolgt zu Beginn der Heizphase.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und nachstehend näher erläutert.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt ein Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeuges 1, 2 zur Herstellung von Formlingen aus Kunststoff oder Metall gezeigt. Im Formwerkzeug ist die Kavität 3 angedeutet, in der der Formling geformt werden kann.
Bei 19 ist ein Anguss symbolisiert, der mit einer entsprechenden Spritzgießmaschine in Verbindung steht.
In das Werkzeug 1, 2 ist mindestens ein Heizelement 4 integriert und eingebettet. In unmittelbarer Nähe des Heizelementes 4 sind Kanäle 5 in das Werkzeug eingebracht, wobei die Kanäle eine durchgehende Leitung darstellen. Diese Kanäle 5 sind alternativ an eine Kühlmittelspeiseeinrichtung angeschlossen, mittels derer während des Kühlbetriebes die Kanäle 5 von Kühlmittel durchströmbar sind, oder aber die Kanäle sind an eine Isoliermittelzuführeinrichtung angeschlossen, mittels derer während der Beheizung des Werkzeuges 1, 2 die Kanäle 5 mit Isoliermittel befüllt werden. Zusätzlich ist eine Umschalteinrichtung 6 angeordnet, mittels derer alternativ die Einspeisung von Kühlmittel oder Isoliermittel in die Kanäle 5 erfolgt. Die Umschalteinrichtung 6 ist ein Drei-Wege-Ventil, über das in einer Schaltstellung ein gasförmiges Isoliermittel, vorzugsweise Luft, zu den Kanälen 5 zugeführt werden kann. Der Luftanschluss ist bei 7 symbolisiert. In der anderen Stellung kann Kühlmittel über den später noch näher beschriebenen Kreislauf zugeführt werden.
Die Kühlmittelspeiseeinrichtung besteht aus einem Kühlmittelkreis mit Kühlmittelpumpe 8, Vorlagebehälter 9 mit Entlüftung sowie Wärmetauscher 10. Vor den Eingang des Wärmetauschers 10, der an ein Wärmetauschmittel angeschlossen ist, ist ein Magnetventil 11 geschaltet, welches in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittelkreises, die beispielsweise mittels des Temperaturfühlers 12 erfasst werden kann, geöffnet oder geschlossen werden kann, um die Temperatur des Kühlmittels im Kreis zu beeinflussen. In die Zulaufleitung 13 des Kühlmittelkreises, die zu den Kanälen 5 führt, ist das Umschaltventil 6 eingeschaltet, mittels dessen die Zulaufleitung 13 alternativ an die Kühlmittelzufuhrleitung 14 oder an die Gaszufuhrleitung (Luft) 7 angeschlossen werden kann. An die Rücklaufleitung 15 des Kühlmittelkreises, die an den Ausgang der Kanäle 5 angeschlossen ist, ist eine Pumpe 8 in Form einer Saugpumpe angeschlossen. In Strömungsrichtung des Kühlmittels der Saugpumpe 8 nachgeordnet ist der Vorlagebehälter 9 und der Wärmetauscher 10 in den Kühlmittelkreis eingeschaltet. Zusätzlich weist der Kühlmittelkreis eine Bypassleitung 16 auf, die in Strömungsrichtung des Kühlmittels zwischen dem Ausgang der Kanäle 5 und dem Eingang der Pumpe 8 angeschlossen ist und die wiederum vor dem Umschaltventil 6 an die Rücklaufleitung 14 angeschlossen ist. Diese Bypassleitung 16 weist zusätzlich ein schaltbares Ventil 17 auf. Das schaltbare Ventil 17 ist als Magnetventil ausgebildet und mit dem Umschaltventil 6 gekoppelt, so dass es geöffnet ist, wenn das Umschaltventil 6 die Gaszufuhrleitung (7) öffnet und die Kühlmittelzufuhrleitung 14 sperrt. Es ist geschlossen, wenn das Umschaltventil 6 die Gaszufuhrleitung (7) sperrt und die Kühlmittelzufuhrleitung 14 öffnet.
Das Heizelement 4 ist vorzugsweise als elektrisches Heizelement ausgebildet. Dabei ist das Heizelement 4 in nächster Nähe zur Wandung der Kavität 3 des Formwerkzeuges 1, 2 angeordnet. Die Kanäle 5 sind auf der Seite des Heizelementes 4 angeordnet, die der Kavität 3 des Formwerkzeuges 1, 2 abgewandt ist. Zwischen dem Heizelement 4 und der Kavität 3 ist noch ein Temperaturfühler 18 angeordnet, mittels dessen die Wandtemperatur der Kavität 3 erfasst werden kann. Aus dieser Temperatur können Stellwerte zur Regelung des Kühlkreislaufes abgeleitet werden. Der Temperaturfühler 18 ist mit dem Magnetventil 11 und dem Temperaturfühler 12 gekoppelt.
Die Temperierung des Formwerkzeuges 1, 2 erfolgt in folgender Weise. Zu Beginn der Aufheizphase des Werkzeuges 1, 2 werden die Kanäle 5 leer gesaugt, so dass sich in diesen Luft befindet, die als Isolator wirkt. Zudem wird dann das Heizelement 4 eingeschaltet, so dass das Werkzeug, insbesondere die dem Heizelement benachbarte Formwandung der Kavität 3 erwärmt wird. Die benötigte Wandtemperatur wird mittels der von der Spritzgussmaschine vorgegebenen Schmelztemperatur ermittelt und durch den Fühler 18 überwacht. Die Ansteuerung der Heizung und auch der später noch beschriebenen Kühlung erfolgt unter Zuhilfenahme des von der Spritzgussmaschine vorgegebenen Einspritzzeitpunktes. Nach Beendigung der Formgebung des Spritzlinges wird das Heizelement 4 abgeschaltet. Über die Umschalteinrichtung 6 wird Kühlmittel in die Kanäle 5 eingeführt und im Kreislauf durch den Kühlkreislauf geführt, um das Werkzeug 1, 2 möglichst schnell abzukühlen. Im Wechselrhythmus wird dabei auch die Bypassleitung 16 geöffnet oder geschlossen, so dass bei der Aufheizung der Kühlkreislauf über den Bypass 16 kurzgeschlossen ist und während der Kühlung die Bypassleitung 16 geschlossen ist und das Kühlmittel im Kreislauf durch das Werkzeug geführt 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

Vorrichtung zur Temperierung eines Formwerkzeuges (1, 2) zur Herstellung von Formlingen aus Kunststoff oder Metall, dadurch gekennzeichnet, dass in das Werkzeug (1, 2) mindestens ein Heizelement (4) integriert ist und in der Nähe des Heizelementes (4) Kanäle (5) in das Werkzeug (1, 2) eingebracht sind, dass die Kanäle (5) an eine Kühlmittelspeiseeinrichtung angeschlossen sind, mittels derer während des Kühlbetriebes die Kanäle (5) von Kühlmittel durchströmbar sind, dass die Kanäle (5) an eine Isoliermittelzuführeinrichtung angeschlossen sind, mittels derer während der Beheizung des Werkzeuges (1, 2) die Kanäle (5) mit Isoliermittel befüllbar sind, und dass eine Umschalteinrichtung (6) vorgesehen ist, mittels derer alternativ die Einspeisung von Kühlmittel oder Isoliermittel in die Kanäle (5) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Isoliermittel ein Gas, vorzugsweise Luft vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelspeiseeinrichtung aus einem Kühlmittelkreis mit Kühlmittelpumpe (8), Vorlagebehälter (9) und Wärmetauscher (10) besteht, wobei an den Kühlmittelkreis die Kanäle (5) angeschlossen sind, und dass in die Zulaufleitung (14) des Kühlmittelkreises, die zu den Kanälen (5) führt, ein Umschaltventil (6) eingeschaltet ist, mittels dessen die Zulaufleitung (13) alternativ an die Kühlmittelzufuhrleitung (14) oder an eine Gaszufuhrleitung (7) angeschlossen oder anschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rücklaufleitung (15) des Kühlmittelkreises, die an den Ausgang der Kanäle (5) angeschlossen ist, eine Saugpumpe (8) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels der Saugpumpe (8) nachgeordnet der Vorlagebehälter (9) und ein Wärmetauscher (10) in den Kühlmittelkreis eingeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreis eine Bypassleitung (16) aufweist, die in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Saugpumpe (8) und vor dem Umschaltventil (6) an die Rücklaufleitung (15) beziehungsweise die Zulaufleitung (14) angeschlossen ist und in die ein schaltbares Ventil (17) eingeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das schaltbare Ventil (17) mit dem Umschaltventil (6) gekoppelt ist, so dass es geöffnet ist, wenn das Umschaltventil (6) die Gaszufuhrleitung (7) öffnet und die Kühlmittelzufuhrleitung (14) sperrt, und es geschlossen ist, wenn das Umschaltventil (6) die Gaszufuhrleitung (7) sperrt und die Kühlmittelzufuhrleitung (14) öffnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) ein elektrisches Heizelement ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) in nächster Nähe zur Kavität (3) des Formwerkzeuges (1, 2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (5) auf der Seite des Heizelementes (4) angeordnet sind, die der Kavität (3) des Formwerkzeuges (1, 2) abgewandt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizelement (4) und der Kavität (3) ein Temperaturfühler (18) angeordnet ist, mittels dessen die Wandtemperatur der Kavität (3) erfassbar ist, wobei aus der erfassten Temperatur Stellwerte zur Regelung des Kühlkreislaufes ableitbar sind.