AT507718B1

AT507718B1 - INJECTION MOLDING

Info

Publication number: AT507718B1
Application number: AT19582008A
Authority: AT
Inventors: Josef Dipl Ing Giessauf; Georg Dipl Ing Dr Pillwein; Mustafa Kahveci
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-11-15
Also published as: CN101746017A; DE102009053517A1; AT507718A1

Abstract

Spritzgießmaschine mit einer von wenigstens zwei Teilen eines Werkzeugs ausgebildeten Kavität, in die Kunststoffschmelze einbringbar ist, wobei zumindest eines der wenigstens zwei Werkzeugteile eine metallische formgebende Oberfläche (1) und einen unmittelbar hinter der formgebenden Oberfläche (1) angeordneten Isolierbereich (2) aufweist, welcher im Betrieb der Spritzgießmaschine die formgebende Oberfläche (1) vom Rest des Werkzeugteils thermisch isoliert, und die Spritzgießmaschine eine Heizvorrichtung (3) aufweist, über welche die formgebende Oberfläche (1) von der vom Isolierbereich (2) abgewandten Seite her heizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierbereich (2) als eine gesondert von der metallischen formgebenden Oberfläche (1) ausgebildete Isolierschicht ausgebildet ist.Injection molding machine with a cavity formed by at least two parts of a tool, into which plastic melt can be introduced, wherein at least one of the at least two tool parts has a metallic shaping surface (1) and an insulating region (2) arranged immediately behind the shaping surface (1) during operation of the injection molding machine thermally insulating the shaping surface (1) from the remainder of the tool part, and the injection molding machine has a heating device (3) via which the shaping surface (1) can be heated from the side facing away from the insulating region (2), characterized in that the insulating region (2) is formed as an insulating layer formed separately from the metallic shaping surface (1).

Description

österreichisches Patentamt AT507 718B1 2010-11-15Austrian Patent Office AT507 718B1 2010-11-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine mit einer von wenigstens zwei Teilen eines Werkzeugs ausgebildeten Kavität, in die Kunststoffschmelze einbring bar ist, wobei zumindest eines der wenigstens zwei Werkzeugteile eine metallische formgebende Oberfläche und einen unmittelbar hinter der formgebenden Oberfläche angeordneten Isolierbereich aufweist, welcher im Betrieb der Spritzgießmaschine die formgebende Oberfläche vom Rest des Werkzeugteils thermisch isoliert.Description: The present invention relates to an injection molding machine with a cavity formed by at least two parts of a tool into which plastic melt is introduced, at least one of the at least two tool parts having a metallic shaping surface and an insulating region arranged immediately behind the shaping surface. which thermally insulates the shaping surface from the rest of the tool part during operation of the injection molding machine.

[0002] Zur Modifikation der Fließeigenschaften bzw. zur gezielten Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von spritzgegossenen Formteilen werden Spritzgießwerkzeuge dynamisch (variotherm) temperiert. Dabei wird in jedem Zyklus vor dem Einspritzen die Oberflächentemperatur der Kavität auf eine Temperatur vorzugsweise über der Glasübergangs- bzw. Kristal-litschmelztemperatur gebracht, und nach dem Einspritzen wieder gekühlt.In order to modify the flow properties or to specifically improve the surface properties of injection-molded parts injection molding tools are dynamically (variotherm) tempered. In this case, in each cycle before the injection, the surface temperature of the cavity is brought to a temperature preferably above the glass transition or crystal litschmelztemperatur, and cooled again after injection.

[0003] Es sind eine Vielzahl von Fleizmethoden bekannt: [0004] Mitsubishi HEAVY IND LTD beschreibt in der JP 2005-225042 das Temperieren des Werkzeuges mittels eines Flüssigkeitskreislaufs. Das System besteht aus einem Flüssigkeitsspeicher mit kalter Flüssigkeit zum Kühlen und einem Speicher mit heißer Flüssigkeit zum Erhitzen des Werkzeuges.There are a variety of Fleizmethoden known: Mitsubishi HEAVY IND LTD describes in JP 2005-225042 the tempering of the tool by means of a liquid circuit. The system consists of a liquid reservoir with cold liquid for cooling and a reservoir with hot liquid for heating the tool.

[0005] ONO SANGYO KK beschreibt in der JP2005-297386 ein ähnliches Verfahren mit Heiz-und Kühlkanälen nahe der Oberfläche der Kavität. Die Heiz- und Kühlkanäle werden mit einem Medium mit niedriger Temperatur zum Kühlen und mit einem Medium mit hoher Temperatur durchflossen.ONO SANGYO KK describes in JP2005-297386 a similar method with heating and cooling channels near the surface of the cavity. The heating and cooling channels are flowed through by a medium with low temperature for cooling and with a medium at high temperature.

[0006] Roctool verwendet in der WO 2006/136743 Induktion zum Aufheizen der Werkzeugoberfläche. Kavitätsnahe Einsätze werden durch Anlegen eines Magnetfeldes erwärmt und erhöhen damit die Oberflächentemperatur im Werkzeug.Roctool used in WO 2006/136743 induction for heating the tool surface. Near-cavity inserts are heated by applying a magnetic field and thus increase the surface temperature in the tool.

[0007] Die meisten der bekannten Methoden haben den Nachteil, dass die Zykluszeit durch die Aufheizzeit verlängert wird. Als weiterer Nachteil ist der hohe Energieeinsatz für das zyklische Heizen und Kühlen zu nennen. Es hat in der Vergangenheit Ansätze gegeben, diesen zu reduzieren. Dabei werden die dynamisch temperierten Massen reduziert (z.B. ENGEL Anmeldung „Abhebender Einsatz"). In WO 2007/034815 wird hingegen eine thermisch isolierende Schicht hinter den Heiß-/Kühlkanal angebracht um die zu erwärmende/kühlende Fläche möglichst klein zu halten.Most of the known methods have the disadvantage that the cycle time is extended by the heating time. Another disadvantage is the high energy input for cyclic heating and cooling to call. There have been attempts in the past to reduce this. This reduces the dynamically tempered masses (e.g., ENGEL application "Withdrawal Use"). In WO 2007/034815, however, a thermally insulating layer is placed behind the hot / cooling channel to keep the area to be heated / cooled as small as possible.

[0008] In der DE 10 2006 013 368 A1 (Kl Lüdenscheid) wird ein Verfahren gezeigt, das ohne eine Heizung, sondern alleine durch die Wärme der eingebrachten Kunststoffschmelze zum Teil die Effekte einer variothermen Temperierung erzielen kann. Dies wird durch Verwendung eines keramischen Werkzeugeinsatzes, oder durch einen mit keramischen Schichten ausgekleideten Werkzeughohlraum gelöst. Die Keramik stellt hier einen Isolator dar, durch den die Kontakttemperatur zwischen Kunststoffschmelze und Werkzeugwand kurzzeitig so weit angehoben wird, dass eine verbesserte Abformung der Oberfläche, sowie eine Kaschierung von Bindenähten erreicht werden.In DE 10 2006 013 368 A1 (Kl Lüdenscheid), a method is shown, which can achieve the effects of a variothermal tempering partly without heating, but solely by the heat of the introduced plastic melt. This is achieved by using a ceramic tool insert or by a ceramic cavity lined die cavity. The ceramic is here an insulator, by which the contact temperature between the plastic melt and the mold wall is briefly raised so far that an improved impression of the surface, as well as a lamination of weld lines can be achieved.

[0009] Die Keramik an der Werkzeugoberfläche hat jedoch den Nachteil, dass sie nicht im selben Maß polierbar ist wie Metall. Weiters kann die Kontakttemperatur nicht beliebig erhöht werden, sie ergibt sich aus: TMxbM+Twxbw it “ bM +/v [0010] TK[°C] Kontakttemperatur [0011] TM[°C] Schmelzetemperatur 1/9 österreichisches Patentamt AT507 718 B1 2010-11-15 [0012] TW[°C] Werkzeugwandtemperatur vor dem Kontakt [0013] bM[Js'/2K'1m2] Wärmeeindringkoeffizient der Schmelze [0014] bw[Js1/2K'1m2] Wärmeeindringkoeffizient des Werkzeuges [0015] Für den Fall, dass der Wärmeeindringkoeffizient der Keramik gleich hoch wäre wie jene der Schmelze, würde sich eine Kontakttemperatur einstellen, die dem Mittelwert aus Schmelzetemperatur und Werkzeugtemperatur entspricht. Beispiel: Schmelzetemperatur = 250°C, Werkzeugtemperatur = 80°C -» Kontakttemperatur 165 °C. Wenn man feststellen würde, dass diese Kontakttemperatur nicht ausreicht, um den gewünschten Effekt zu erzielen, müsste man die Werkzeugtemperatur erhöhen. Dadurch wird aber gleichzeitig die Kühlzeit verlängert, der Prozess wird unwirtschaftlicher. Anders formuliert bedeutet das: Die erforderliche Kontakttemperatur bestimmt über die Werkzeugtemperatur die Kühlzeit.However, the ceramic on the tool surface has the disadvantage that it is not polished to the same extent as metal. Furthermore, the contact temperature can not be arbitrarily increased, it results from: TMxbM + Twxbw it "bM + / v [0010] TK [° C] contact temperature [0011] TM [° C] melt temperature 1/9 Austrian Patent Office AT507 718 B1 2010 [0012] TW [° C] mold wall temperature before contact bM [Js' / 2K'1m2] heat penetration coefficient of melt bw [Js1 / 2K'1m2] heat penetration coefficient of tool [0015] For the If the heat penetration coefficient of the ceramic was the same as that of the melt, a contact temperature would be set which corresponds to the mean value of the melt temperature and mold temperature. Example: Melting temperature = 250 ° C, mold temperature = 80 ° C - »Contact temperature 165 ° C. If you find that this contact temperature is not sufficient to achieve the desired effect, you would have to increase the mold temperature. At the same time, however, the cooling time is extended and the process becomes less economical. In other words, this means: The required contact temperature determines the cooling time via the tool temperature.

[0016] Eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine geht aus der US 5,468,141 hervor. Das Erhitzen der formgebenden Schicht erfolgt hier ausschließlich über die Wärme der in die Kavität eingebrachten Schmelze.A generic injection molding machine is apparent from US 5,468,141. The heating of the shaping layer takes place here exclusively via the heat of the melt introduced into the cavity.

[0017] Die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sind in der US 2004/0222566 A1 offenbart.The features of the preamble of claim 1 are disclosed in US 2004/0222566 A1.

[0018] Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine derart weiterzubilden, dass eine größere Flexibilität im Temperaturverlauf der formgebenden Oberfläche erreicht wird.The object of the invention is to develop a generic injection molding machine such that a greater flexibility in the temperature profile of the shaping surface is achieved.

[0019] Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an injection molding machine with the features of claim 1.

[0020] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung.Further advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims and will become apparent from the figures and the associated description of the figures.

[0021] Jede der Fig. 1 bis 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fig. 4 zeigt eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine.Each of Figs. 1 to 3 shows an embodiment of the invention. 4 shows an overall view of an injection molding machine according to the invention.

[0022] Ausführungsbeispiel 1 (Fig 1a, 1b): [0023] Die im betrachteten Werkzeugteil angeordnete metallische formgebende Oberfläche 1, welche gemeinsam mit einer in einem weiteren (nicht dargestellten) Werkzeugteil angeordnete Oberfläche eine Kavität bildet, ist mit einer Isolierschicht als Isolierbereich 2 versehen: Dahinter befindet sich wiederum ein metallischer Bereich, in welchem an sich bekannte Kühlbohrungen 6 angeordnet sind, die mit einem Medium gespült werden können. Die Dicke der Isolierschicht liegt typischerweise im Bereich von wenigen Zehntel Millimetern, vorzugsweise im Bereich 0,1 -0,5 mm.Exemplary Embodiment 1 (FIGS. 1a, 1b): The metallic shaping surface 1, which is arranged in the considered tool part and forms a cavity together with a surface arranged in a further tool part (not shown), is provided with an insulating layer as insulating region 2 provided behind it is in turn a metallic area in which known cooling holes 6 are arranged, which can be rinsed with a medium. The thickness of the insulating layer is typically in the range of a few tenths of a millimeter, preferably in the range of 0.1 to 0.5 mm.

[0024] Je dünner die Metallschicht der Oberfläche 1 ist, desto höher ist das Maximum der Oberflächentemperatur. Die Dicke der Isolierschicht bestimmt schließlich, wie rasch die Temperatur wieder abfällt. Durch die metallische Oberfläche 1 können die bekannten Anforderungen an eine Kavitätenoberfläche (z.B. Polierbarkeit, Strukturierbarkeit, Verschleißbeständigkeit, etc.) erfüllt werden. Die Heizung der Oberfläche 1 durch eine Heizvorrichtung 3 ist in Fig. 1b dargestellt. VORTEILE GEGENÜBER DEM STAND DER TECHNIK: [0025] · Durch das Aufheizen der Metalloberfläche kann die Kontakttemperatur erhöht bzw. gezielt gesteuert werden.The thinner the metal layer of the surface 1, the higher the maximum of the surface temperature. The thickness of the insulating layer finally determines how quickly the temperature drops again. By the metallic surface 1, the known requirements for a cavity surface (e.g., polishability, structurability, wear resistance, etc.) can be met. The heating of the surface 1 by a heater 3 is shown in Fig. 1b. ADVANTAGES AGAINST THE PRIOR ART: By heating the metal surface, the contact temperature can be increased or specifically controlled.

[0026] · Die Metallschicht kann hier Dicken bis zu einigen Millimetern aufweisen. Durch Erhö hung der Dicke können andere Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen.The metal layer may have thicknesses of up to a few millimeters here. By increasing the thickness, other manufacturing techniques can be used.

[0027] · Sehr geringe aufzuheizende Masse, daher kurze Heizzeit, geringerer Energiebedarf für Heizen und Kühlen. 2/9 österreichisches Patentamt AT507 718B1 2010-11-15 [0028] · Durch die geringe aufzuheizende Masse und den Isolierbereich 2 muss nicht zwangs läufig eine vollflächig wirkende Heizquelle vorgesehen werden, auch eine Heizvorrichtung 3 mit einer linien- oder punktförmigen Wärmequelle kann über die Fläche bewegt werden (z.B. mit Roboter). AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2 (FIG. 2): [0029] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird ein Einsatz aus Sintermetall verwendet. Das poröse Material liegt hinter einer metallischen Oberfläche 1.Very low mass to be heated, therefore short heating time, lower energy requirements for heating and cooling. Due to the low mass to be heated and the insulating region 2, a full-surface heat source does not necessarily have to be provided, and a heating device 3 with a linear or punctiform heat source can also be provided via the Surface to be moved (eg with robots). EMBODIMENT 2 (FIG. 2): In the embodiment of FIG. 2, a sintered metal insert is used. The porous material lies behind a metallic surface 1.

[0030] Alternativ kann auch der ganze Einsatz mit einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden (z.B. Laser Cusing ®), indem man bewusst konturnahe Hohlräume als Isolierbereich 2 vorsieht.Alternatively, the entire insert may also be produced by a generative manufacturing process (e.g., Laser Cusing®) by deliberately providing conformal cavities as the insulating region 2.

[0031] Lasercusing ermöglicht es, aus so gut wie allen schweißbaren Werkstoffen - zum Beispiel Edelstahl, Warmarbeits- und Vergütungsstahl - Bauteile schichtweise aufzubauen. Das geschieht durch Verschmelzen einkomponentiger Pulverwerkstoffe mit Hilfe eines Lasers. Dabei wird Schicht für Schicht das Pulver komplett aufgeschmolzen. Die typische Dicke der Pulverschichten liegt bei 20 und 50 pm.Lasercusing makes it possible to build components from virtually all weldable materials - for example, stainless steel, hot work and tempering steel - in layers. This is done by fusing one-component powder materials with the help of a laser. The powder is completely melted layer by layer. The typical thickness of the powder layers is 20 and 50 pm.

[0032] Eine weitere Alternative stellt geschäumtes Aluminium dar, mit einer kompakten Außenschicht (formgebende Oberfläche 1) und einer als Isolierbereich 2 wirksamen Innenschicht. AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3 (FIG. 3): [0033] Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist hinter den Temperierbohrungen 5 eine zusätzliche isolierende Schicht 7 aufgebracht, welche die zu erwärmende Masse so gering wie möglich hält. Der Isolierbereich 2 wird hier durch die Temperierbohrungen 5 und die isolierende Schicht 7 gemeinsam gebildet.A further alternative is foamed aluminum, with a compact outer layer (shaping surface 1) and an effective as an insulating region 2 inner layer. EMBODIMENT 3 (FIG. 3): In the exemplary embodiment according to FIG. 3, an additional insulating layer 7 is applied behind the tempering bores 5, which keeps the mass to be heated as low as possible. The insulating region 2 is formed here jointly by the tempering bores 5 and the insulating layer 7.

[0034] Fig. 4 zeigt die Anordnung eines Werkzeugs in einer Schließeinheit einer nicht weiters dargesteIlten erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine. Die Schließeinheit weist in bekannter Weise eine feststehende Werkzeugaufspannplatte 8 und eine bewegbare Werkzeugaufspann-platte 9 auf. Über eine nicht dargestellte Einspritzvorrichtung wurde bereits Kunststoff in die im Werkzeug ausgebildete Kavität injiziert. IM AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER FIG. 3 GILT FOLGENDES: [0035] Die Hohlräume können mit einem gasförmigen (zum Beispiel Luft) oder einem flüssigen (zum Beispiel Wasser) Isoliermedium gefüllt sein. In diesem Fall sind die Hohlräume vorteilhafterweise mit einem Zu- und einem Abfluss für das Isoliermedium verbunden. Alternativ können die Hohlräume mit einem Vakuum beaufschlagt werden.FIG. 4 shows the arrangement of a tool in a closing unit of a non-illustrated injection molding machine according to the invention. The clamping unit has a fixed tool clamping plate 8 and a movable tool mounting plate 9 in a known manner. About an injection device, not shown, plastic has already been injected into the cavity formed in the tool. IN THE EMBODIMENT OF FIG. FOLLOWING: The cavities may be filled with a gaseous (for example air) or a liquid (for example water) insulating medium. In this case, the cavities are advantageously connected to an inlet and an outlet for the insulating medium. Alternatively, the cavities can be subjected to a vacuum.

[0036] Als Heizvorrichtungen 3 kommen alle bekannten Vorrichtungen wie beispielsweise IR-Strahler, Halogenlampen, induktive Heizvorrichtungen und dergleichen in Frage. Bei Verwendung einer IR-Heizvorrichtung kann zusätzlich eine IR absorbierende Beschichtung an der formgebenden Oberfläche 1 verwendet werden.As heaters 3, all known devices such as IR emitters, halogen lamps, inductive heaters and the like come into question. When using an IR heater, an IR absorbing coating may additionally be used on the forming surface 1.

[0037] Wo genau die Heizvorrichtung 3 an der Spritzgießmaschine angeordnet ist, ist nicht von großer Bedeutung. Zum Beispiel kann die Heizvorrichtung 3 (anders als dargestellt) Teil des Werkzeugs sein. Sie kann zum Beispiel auch an einem (ebenfalls nicht dargestellten) Roboter angeordnet sein. Die Heizvorrichtung 3 kann zum Beispiel auch in die Metallschicht integriert sein, durch welche die metallische formgebende Oberfläche 1 ausgebildet ist. 3/9Where exactly the heater 3 is arranged on the injection molding machine, is not of great importance. For example, heater 3 (other than shown) may be part of the tool. It can also be arranged, for example, on a robot (also not shown). The heating device 3 may, for example, also be integrated into the metal layer through which the metallic shaping surface 1 is formed. 3.9

Claims

Austrian Patent Office AT507 718 B1 2010-11-15 Claims 1. Injection molding machine with a cavity formed by at least two parts of a tool, into which plastic melt can be introduced, wherein at least one of the at least two tool parts has a metallic shaping surface (1) and immediately behind forming surface (1) arranged insulating region (2) which during operation of the injection molding machine thermally insulating the shaping surface (1) from the rest of the tool part, and the injection molding machine has a heating device (3) via which the forming surface (1) of the from the insulating region (2) facing away from being heated, characterized in that the insulating region (2) as a separate from the metallic forming surface (1) formed insulating layer is formed.

2. Injection molding machine according to claim 1, characterized in that the heating device (3) for heating the shaping surface (1) can be inserted into the opened tool.

3. Injection molding machine according to claim 1 or 2, characterized in that the heating surface of the heating device (3) is smaller than the shaping surface (1).

4. Injection molding machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that a device for reciprocating the heating device (3) is provided.

5. Injection molding machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the insulating layer has a thickness of less than one tenth of a millimeter, preferably from 0.1 to 0.5 mm.

6. Injection molding machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insulating layer is formed by sintered material or foamed aluminum.

7. Injection molding machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the metallic shaping surface (1) is applied as a coating on the insulating region (2). For this 5 sheets drawings 4/9