WO1997037822A1

WO1997037822A1 - Shaping tool

Info

Publication number: WO1997037822A1
Application number: PCT/DE1997/000594
Authority: WO
Inventors: Karl-Heinz Rosenthal; Carsten Wolansky
Original assignee: Bielsteiner Verschlubtechnik GmbH
Current assignee: Bielsteiner Verschlubtechnik GmbH
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 1998-10-04
Also published as: DE19613558A1

Abstract

The invention concerns a shaping tool for shaping plastics materials, in particular for use in automatic injection-moulding machines for synthetic or non-synthetic polymers. The shaping tool has at least one gas-permeable partition (9) which separates an expansion chamber (3), for evaporating liquefied gases in order to cool the shaping tool, from a shaping chamber (10). The partition (9) is also provided with an evaporation surface (11), facing the expansion chamber (3), and with a cooling surface (12) facing the shaping chamber (10). The object of the invention is to attain a uniform temperature field on the cooling surface (12) and control the cooling gas flow in the shaping tool. To that end, the partition (9) comprises a gas-discharge device (2) with at least one gas-inlet opening (15) through which the gas evaporated in the expansion chamber (3) and passing through the porous material can be discharged from said material. The distance X from each point of the evaporation surface (11) to the gas-inlet opening (15) is less than the thickness Y of the partition (9), and the distance X between each point of the evaporation surface (11) and the gas-inlet opening (15) is greater than the distance Z between the point of the gas-inlet opening (15) closest the cooling surface (12) and the cooling surface (12).

Description

Formwerkzeug Molding tool

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zur Formung plastischer Materialien, insbesondere für den Einsatz in Spritzgußautomaten für synthetische oder unsynthetische Poly¬ mere, das mindestens eine gasdurchlässige Trennwand aufweist, die eine Expansionskammer zur Verdampfung verflüssigter Gase zur Kühlung des Formwerkzeuges von einer Formkammer trennt und mit einer der Verdampfungskammer zugwandten Verdampfungsober¬ fläche und einer der Formkammer zugewandten Kühlungsoberfläche versehen ist.The invention relates to a molding tool for molding plastic materials, in particular for use in automatic injection molding machines for synthetic or unsynthetic polymers, which has at least one gas-permeable partition wall which separates an expansion chamber for evaporating liquefied gases for cooling the molding tool from a molding chamber and with one of the Evaporation chamber facing evaporation surface and a cooling surface facing the molding chamber is provided.

Es ist bekannt, derartige Formwerkzeuge aus einem porösen, gesinterten Stahl herzustellen. Zur Kühlung des Formwerkzeuges wird ein verflüssigtes Kühlgas, vorzugsweise C0_2/ in die Ex- pansionskammer eingespritzt, in der es augenblicklich unter Druckentwicklung verdampft. Aufgrund des Druckes dringt das Kühlgas in die gasdurchlässige Trennwand ein und kühlt das Formwerkzeug und das in die Formkammer eingespritzte Polymer. Die von der Formkammer abgewandte Seite des Formwerkzeugs kann gasdicht verschlossen sein, so daß der Gasaustritt aus dem Formwerkzeug nur in Richtung der Formkammer stattfindet.It is known to produce such molds from a porous, sintered steel. To cool the mold, a liquefied cooling gas, preferably C0 _{2 /, is} injected into the expansion chamber, in which it evaporates immediately under pressure. Due to the pressure, the cooling gas penetrates into the gas-permeable partition and cools the mold and the polymer injected into the mold chamber. The side of the mold facing away from the mold chamber can be closed in a gas-tight manner, so that the gas escapes from the mold only in the direction of the mold chamber.

Ein derartiges Formwerkzeug besteht häufig aus zwei Teilen. Das erste kappenartige Bauteil, welches regelmäßig einfach als Stahlkavität bezeichnet wird, und der in die Formkammer der Stahlkavität einzuschiebende Kern. Das flüssige, plastische Material wird in die Formkammer zwischen der Stahlkavität und dem Kern eingespritzt und abgekühlt. Dabei fungieren sowohl die Stahlkavität als auch der Kern als Formwerkzeug und werden regelmäßig beide in der zuvor beschriebenen Weise gekühlt.Such a molding tool often consists of two parts. The first cap-like component, which is regularly referred to simply as the steel cavity, and the core to be inserted into the mold cavity of the steel cavity. The liquid, plastic material is injected into the mold chamber between the steel cavity and the core and cooled. Both the steel cavity and the core act as a molding tool and are both regularly cooled in the manner described above.

Der Widerstand des porösen Materials ist dabei häufig zu groß, so daß in von der Expansionskammer weiter entfernt gelegenen Bereichen keine ausreichende Kühlwirkung des Formwerkzeugs erreicht wird. Aus diesem Grund werden die Formwerkzeuge mit zusätzlichen Hohlräumen versehen, in die das Kühlgas schneller eintreten kann. Bei einem zu hohen Gasdurchsatz kann es zu einer Vereisung der Oberflächen des Formwerkzeuges kommen. Bei der Vereisung bildet sich zudem Kondenswasser, das eine Rost¬ bildung an den Oberflächen der Formwerkzeuge hervorruft, womit die Formwerkzeuge unbrauchbar werden. Schließlich kann auf¬ grund des zu hohen Gasdurchsatzes Kühlgas in die Formkammer eingeblasen werden. Sollte das in die Formkammer eingespritzte Material zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausreichend ausgehär¬ tet sein, so wird das in die Formkaιruτter eingeblasene Kühlgas auch in die Oberfläche des Werkstücks eingeblasen. Dieses führt zu einer Beulenbildung in der Oberfläche des Werkstücks, die die Werkstückqualität negativ beeinträchtigt.The resistance of the porous material is often too great, so that a sufficient cooling effect of the molding tool is not achieved in areas further away from the expansion chamber. For this reason, the molds are provided with additional cavities into which the cooling gas can flow more quickly can occur. If the gas throughput is too high, the surfaces of the mold can become iced up. In addition, condensation forms during the icing, which causes rust to form on the surfaces of the molding tools, making the molding tools unusable. Finally, owing to the excessive gas throughput, cooling gas can be blown into the molding chamber. If the material injected into the molding chamber is not sufficiently cured at this point in time, the cooling gas blown into the molding chamber is also blown into the surface of the workpiece. This leads to the formation of dents in the surface of the workpiece, which negatively affects the workpiece quality.

Allgemein sind alle derartigen Formwerkzeuge mit dem Nachteil behaftet, daß aufgrund der unterschiedlichen Materialstärken und der sich daraus ergebenden unterschiedlichen Widerstände des porösen Materials des Formwerkzeuges unterschiedliche Temperaturfelder in dem Formwerkzeug hervorgerufen werden, die sich vor allen Dingen negativ auswirken auf die Produktquali- tat.In general, all such molding tools have the disadvantage that, due to the different material thicknesses and the resulting different resistances of the porous material of the molding tool, different temperature fields are produced in the molding tool, which above all have a negative effect on the product quality.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein gat¬ tungsgemäßes Formwerkzeug derart weiterzuentwickeln, daß das Formwerkzeug während des Kühlvorganges ein gleichmäßiges Tem- peraturfeld aufweist.The invention is now based on the object of further developing a generic molding tool in such a way that the molding tool has a uniform temperature field during the cooling process.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Trennwand eine Gasabführungsvorrichtung mit mindestens einer Gaseintrittsöffnung aufweist, durch die das in der Ver- dampfungskammer verdampfte und durch den porösen Werkstoff hindurchtretende Gas aus diesem abführbar ist, daß die Entfer¬ nung von jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche zu der Gasein¬ trittsöffnung geringer ist als die Dicke der Trennwand und daß die Entfernung zwischen jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche und der Gaseintrittsöffnung größer ist als die Entfernung zwischen dem der Kühlungsoberfläche am nächsten gelegenen Punkt der Gaseintrittsöffnung und der Kühlungsoberfläche. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Formwerkzeuges tritt das flüssige Kühlgas, z. B. C0₂, in die Expansionskammer ein und verdampft. Der Druck in der Expansionskammer steigt an, und das Gas wird durch die poröse Trennwand gedrückt. Da die Entfernung von jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche zu der Gaseintrittsöffnung geringer ist als die minimale Dicke der Trennwand, fließt das Kühlgas über die Gasabführungsvor¬ richtung aus dem Formwerkzeug ab. Da das Kühlgas immer be¬ strebt ist, den Weg des geringsten Widerstandes zu nehmen, und die Entfernung zwischen jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche und der Gaseintrittsöffnung größer ist als die Entfernung zwischen dem der Kühlungsoberfläche am nächsten gelegenen Punkt der Gaseintrittsöffnung und der Kühlungsoberfläche, kann kein Kühlgas durch die Kühlungsoberfläche in die Formkammer eindringen. Der Fluß des Kühlgases innerhalb des Formwerkzeu¬ ges kann durch geeignete Anordnung der Gaseintrittsöffnung geregelt werden, so daß auf diese Weise ein gleichmäßiges Temperaturfeld innerhalb des Formwerkzeuges entsteht.According to the invention, this object is achieved in that the partition wall has a gas discharge device with at least one gas inlet opening, through which the gas evaporated in the evaporation chamber and passing through the porous material can be removed therefrom, that the distance from any point on the evaporation surface increases the gas inlet opening is less than the thickness of the partition and that the distance between each point of the evaporation surface and the gas inlet opening is greater than the distance between the point of the gas inlet opening closest to the cooling surface and the cooling surface. Due to the inventive design of the mold, the liquid cooling gas, z. B. C0 ₂ , in the expansion chamber and evaporated. The pressure in the expansion chamber rises and the gas is forced through the porous partition. Since the distance from each point of the evaporation surface to the gas inlet opening is less than the minimum thickness of the partition wall, the cooling gas flows out of the mold via the gas discharge device. Since the cooling gas always strives to take the path of least resistance and the distance between each point of the evaporation surface and the gas inlet opening is greater than the distance between the point of the gas inlet opening and the cooling surface closest to the cooling surface, no cooling gas can penetrate into the mold chamber through the cooling surface. The flow of the cooling gas within the mold can be regulated by suitable arrangement of the gas inlet opening, so that a uniform temperature field is created within the mold in this way.

Da das Gas nicht mehr durch die Kühlungsoberfläche durchtritt, und aufgrund des gleichmäßigeren Temperaturfeldes auch eine gleichmäßigere Kühlphase erreicht wird, können die Zykluszei¬ ten um bis zu 30 % reduziert werden, was mit einer Erhöhung der Produktivität einhergeht, wobei gleichzeitig, da es zu keiner Beulenbildung in dem Werkstück mehr kommen kann, die Produktqualität entscheidend verbessert wird.Since the gas no longer passes through the cooling surface, and because of the more uniform temperature field, a more uniform cooling phase is also achieved, the cycle times can be reduced by up to 30%, which goes hand in hand with an increase in productivity, while at the same time because there is none Bump formation in the workpiece can come more, the product quality is significantly improved.

Die durch die Gasabführungseinrichtung ermöglichte Steuerung des Gasflusses innerhalb des Formwerkzeuges reduziert zudem den Verbrauch an Kühlgas. Diese Reduktion kann bis zu 80 % im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Form¬ werkzeug betragen.The control of the gas flow within the mold, which is made possible by the gas discharge device, also reduces the consumption of cooling gas. This reduction can be up to 80% compared to a molding tool known from the prior art.

Vorzugsweise ist die Entfernung zwischen jedem Punkt der Ver¬ dampfungsoberfläche und der Gaseintrittsöffnung nur geringfü¬ gig größer als die Entfernung zwischen dem der Kühlungsober¬ fläche am nächsten gelegenen Punkt der Gaseintrittsöffnung und der Kühlungsoberfläche. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Entfernung nur 10 bis 20 % größer ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Eintrittsöffnung der Gasabfüh¬ rungseinrichtung so nahe wie es der jeweilige Einsatzfall zuläßt an die Kühlungsoberfläche herangeführt ist, um die ausreichende und gleichmäßige Kühlung der Kühlungsoberfläche zu gewährleisten. Die Eindringtiefe der Gasabführungseinrich¬ tung in die Trennwand und damit auch die Entfernung von dem niedrigsten Punkt der Gaseintrittsöffnung zur Kühlungsober- fläche kann entsprechend dem Einsatzgebiet des jeweiligen Formwerkzeuges beliebig verändert werden. Eine geringere Ent¬ fernung von der Gaseintrittsöffnung zur Kühlungsoberfläche bewirkt allgemein eine stärkere Kühlung der Kühlungsober¬ fläche.The distance between each point of the evaporation surface and the gas inlet opening is preferably only slightly larger than the distance between the point of the gas inlet opening closest to the cooling surface and the cooling surface. It is particularly advantageous if this distance is only 10 to 20% larger. In this way it is ensured that the inlet opening of the gas discharge device is brought as close to the cooling surface as the respective application allows, in order to ensure the sufficient and uniform cooling of the cooling surface. The depth of penetration of the gas discharge device into the partition and thus also the distance from the lowest point of the gas inlet opening to the cooling surface can be changed as desired in accordance with the area of application of the respective molding tool. A shorter distance from the gas inlet opening to the cooling surface generally results in greater cooling of the cooling surface.

Die Gasabführungsvorrichtung weist bei der besonders bevor¬ zugten Ausführungsform des Formwerkzeuges mindestens ein Rohr auf, das in die Trennwand an der Verdampfungsoberfläche hineinragt. Dieses Rohr ragt vorzugsweise im wesentlichen senkrecht in die Verdampfungsoberfläche hinein, womit eine besonders einfache und kostengünstige Gasabführungsvorrichtung realisiert wird. Alternativ kann die Gasabführungsvorrichtung auch eine an der benötigten Stelle in die Trennwand einge¬ lassene Lochblende, ein oder mehrere zirkuläre konzentrische Ringkanäle oder andere geeignet ausgebildete Kanäle aufweisen.In the particularly preferred embodiment of the molding tool, the gas discharge device has at least one tube which projects into the partition on the evaporation surface. This tube preferably protrudes substantially vertically into the evaporation surface, whereby a particularly simple and inexpensive gas discharge device is realized. Alternatively, the gas discharge device can also have a perforated screen let into the partition at the required point, one or more circular concentric ring channels or other suitably designed channels.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Formwerkzeuges weist die Verdampfungsoberfläche eine um das Rohr gelegene Materialanhäufung auf, die zur Mit- telachse des Rohres hin zunimmt, so daß die Entfernung zwischen jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche und der Gas¬ eintrittsöffnung variiert werden kann, um ein gleichmäßiges Temperaturfeld an der Kühlungsoberfläche zu realisieren. Durch Veränderungen der Geometrien der Materialanhäufung wird also eine Beeinflussung des Temperaturfeldes an der Kühlungsober¬ fläche ermöglicht.In a particularly advantageous embodiment of the molding tool according to the invention, the evaporation surface has an accumulation of material around the tube, which increases towards the center axis of the tube, so that the distance between each point on the evaporation surface and the gas inlet opening can be varied by to achieve a uniform temperature field on the cooling surface. By changing the geometries of the material accumulation, it is possible to influence the temperature field on the cooling surface.

Vorzugsweise weist die Materialanhäufung im wesentlichen die Form eines Kugelsegmentes auf, dessen Mittelpunkt in der Gas¬ eintrittsöffnung liegt, so daß die Entfernung von jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche zu der Gaseintrittsöffnung immer konstant ist, so daß auch der Kühlgasstrom in der Trennwand gleich ist. Gleichzeitig wird die Verdampfungsoberfläche ver¬ größert .The material accumulation preferably has essentially that Shape of a spherical segment, the center of which lies in the gas inlet opening, so that the distance from every point of the evaporation surface to the gas inlet opening is always constant, so that the cooling gas flow in the partition is also the same. At the same time, the evaporation surface is enlarged.

Die Gasabführungsvorrichtung kann mehrere in einem definier¬ ten, regelmäßigen Abstand zueinander angeordnete Rohre auf- weisen, die in die Trennwand an der Verdampfungsoberfläche hineinragen. Eine Erhöhung der Anzahl der Rohre ermöglicht ein stärkeres Abführen des Kühlgases und bewirkt damit auch einen erhöhten Gasdurchsatz bei der Kühlung. Je nach Anwendungsfall kann es auch wünschenswert sein, die einzelnen Rohre in un- regelmäßigen Abständen an der Verdampfungsoberfläche anzuord¬ nen, um entsprechende Veränderungen des Temperaturfeldes an der Kühlungsoberfläche zu erhalten. Selektives Verändern des Kühlgasstromes in den Rohren der Gasabführvorrichtung bewirkt ebenfalls eine Änderung des Temperaturfeldes innerhalb des Formwerkzeuges.The gas discharge device can have a plurality of tubes arranged at a defined, regular spacing from one another, which protrude into the partition on the evaporation surface. An increase in the number of pipes enables the cooling gas to be removed more strongly and thus also results in an increased gas throughput during cooling. Depending on the application, it may also be desirable to arrange the individual tubes at irregular intervals on the evaporation surface in order to obtain corresponding changes in the temperature field on the cooling surface. Selectively changing the cooling gas flow in the pipes of the gas discharge device also causes a change in the temperature field within the mold.

Erfindungsgemäß weist jedes Rohr eine entsprechende Ma¬ terialanhäufung auf, die vorzugsweise gleichförmig sind, damit die Entfernung von der Verdampfungsoberfläche zu der korrespondierenden Gaseintrittsöffnung des Rohres immer gleich ist.According to the invention, each tube has a corresponding material accumulation, which is preferably uniform, so that the distance from the evaporation surface to the corresponding gas inlet opening of the tube is always the same.

Ein besonders gleichmäßiges Temperaturfeld an der Kühlungs¬ oberfläche wird erreicht, wenn die Materialanhäufung von zwei aneinandergelegenen Rohren an im wesentlichen dem gleichen Punkt auf der Verdampfungsoberfläche beginnen, da so die nicht mit Materialanhäufungen versehene Oberfläche der Verdampfungs¬ oberfläche minimiert wird.A particularly uniform temperature field on the cooling surface is achieved when the material accumulation of two tubes placed next to one another begins at essentially the same point on the evaporation surface, since the surface of the evaporation surface which is not provided with material accumulations is thus minimized.

Vorzugsweise weist die Gasabführungsvorrichtung ein Ventil auf, so daß der Gasfluß innerhalb der Gasabführungsvorrichtung abgesperrt werden kann. Durch Schließen des Ventils steigt der Gasdruck innerhalb der Expansionskammer an, da das Kühlgas nicht über die Gasabführungsvorrichtung abgeführt werden kann. Dieses hat zur Folge, daß das Kühlgas nun auch durch die Küh¬ lungsoberfläche des Formwerkzeuges hindurchtritt. Entscheidend ist dabei, daß mit dem Ventil dieser Prozeß zu einem definier- ten Zeitpunkt erfolgt, so daß sichergestellt ist, daß das Werkstück sich ausreichend abgekühlt hat und sich der Kunst¬ stoff des Werkstücks nicht mehr in seiner Schmelzphase befin¬ det. Nach der ausreichenden Aushärtung des Werkstücks ist das Hindurchtreten des Kühlgases in die Formkammer sogar vorteil- haft, da das Kühlgas bei der Entformung das Werkstück aus der Formkammer herausdrückt und die Entformung des Werkstücks somit erheblich erleichtert wird.The gas discharge device preferably has a valve so that the gas flow within the gas discharge device can be shut off. When the valve is closed, the gas pressure inside the expansion chamber rises because of the cooling gas cannot be discharged via the gas discharge device. The consequence of this is that the cooling gas now also passes through the cooling surface of the molding tool. It is crucial that this process takes place with the valve at a defined point in time, so that it is ensured that the workpiece has cooled sufficiently and the plastic of the workpiece is no longer in its melting phase. After the workpiece has hardened sufficiently, it is even advantageous to pass the cooling gas into the molding chamber, since the cooling gas presses the workpiece out of the molding chamber during demolding, thus considerably easing the demolding of the workpiece.

Die Kühlungsoberfläche bzw. Kühlungsoberflächen des Formwerk- zeuges können entweder unbearbeitet die Struktur des porösen Werkstoffs aufweisen oder alternativ glatt poliert sein. Mit der porösen Oberfläche werden vorzugsweise Werkstücke mit einer matten Werkstückoberfläche gefertigt. Für Werkstücke mit einer glatten Oberfläche wird dagegen die Kühlungsoberfläche glatt poliert. Besonders bei den empfindlichen Werkstücken mit glatter Oberfläche ist der durch den Einbau eines Ventils in die Gasabführungsvorrichtung erreichte vereinfachte Auswurf des Werkstücks von entscheidender Bedeutung für die Werkstück¬ qualität, da zur Entformung geringere mechanische Kräfte auf- gebracht werden müssen, die zur Verformung des Werkstückes führen können oder dessen Oberfläche beschädigen.The cooling surface or cooling surfaces of the molding tool can either have the structure of the porous material unprocessed or alternatively can be polished smooth. Workpieces with a matt workpiece surface are preferably produced with the porous surface. For workpieces with a smooth surface, however, the cooling surface is polished smooth. Particularly in the case of sensitive workpieces with a smooth surface, the simplified ejection of the workpiece achieved by installing a valve in the gas discharge device is of crucial importance for the workpiece quality, since lower mechanical forces have to be applied for demolding, which lead to the deformation of the workpiece can damage or its surface.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der das Formwerkzeug vollständig aus dem gasdurchlässigen Werkstoff besteht und die Verdampfungskammer in das Formwerkzeug einge¬ formt ist, ist/sind die Seitenwand/-wände der Verdampfungs¬ kammer gasdicht verschlossen. Auf diese Weise wird verhindert, daß Kühlgas ungewünscht in die Seitenbereiche des Formwerkzeu¬ ges defundiert, womit sich wieder ein undifferenziertes Tempe- raturfeld an der Kühlungsoberfläche und ein erhöhter Gasver¬ brauch ergeben würde. Durch die Abdichtung der Seitenwand bzw. Seitenwände wird sichergestellt, daß das in der Expansions- kammer verdampfte Kühlgas nur in gewünschter Weise durch die Trennwand hindurchtritt .In a particularly preferred embodiment, in which the mold consists entirely of the gas-permeable material and the evaporation chamber is molded into the mold, the side wall (s) of the evaporation chamber is / are closed in a gas-tight manner. In this way it is prevented that cooling gas undesirably diffuses into the side areas of the mold, which would result in an undifferentiated temperature field on the cooling surface and an increased gas consumption. The sealing of the side wall or side walls ensures that the cooling gas evaporated in the expansion chamber can only pass through the Partition passes through.

Um ein besonders einheitliches Temperaturfeld an der bzw. den Kühlungsoberflächen des Formwerkzeuges zu erhalten, kann das Formwerkzeug mit mehreren derartigen Expansionskämmern ausge¬ bildet sein. Auch einzelne Formwerkzeuge, wie z. B. die oben beschriebene Stahlkavität und der Kern, können jeweils mit einer oder mehreren Expansionskammern versehen sein und jenach Einsatzgebiet an ihren Kühlungsoberflächen poröse oder glatt polierte Oberflächen aufweisen.In order to obtain a particularly uniform temperature field on the cooling surface (s) of the molding tool, the molding tool can be designed with a plurality of such expansion chambers. Also individual molds, such as. B. the above-described steel cavity and the core can each be provided with one or more expansion chambers and, depending on the area of use, have porous or smooth polished surfaces on their cooling surfaces.

Das erfindungsgemäße Formwerkzeug ist in der Zeichnung bei¬ spielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben, dieThe molding tool according to the invention is illustrated in the drawing, for example, and is described in detail below with reference to the drawing which:

ein seitliches Schnittbild eines Formwerkzeuges zeigt.shows a sectional side view of a mold.

Nach der Zeichnung besteht das Formwerkzeug im wesentlichen aus einer Stahlkavität 1 und einer Gasabführungsvorrichtung 2.According to the drawing, the mold essentially consists of a steel cavity 1 and a gas discharge device 2.

Die Stahlkavität 1 besteht vollständig aus einem porösen Sin¬ terstahl, in dessen oberes Ende eine Expansionskammer 3 einge¬ formt ist. Die Expansionskammer ist nach oben hin mit dem Deckel 4 gasdicht verschlossen. Zur zusätzlichen Abdichtung zwischen dem Deckel 4 der Stahlkavität 1 ist an der oberen, waagerecht verlaufenden Auflagefläche der Stahlkavität ein Dichtring 5 in einer zirkulären Ringnut 6 des Deckels 4 zwischen der Stahlkavität 1 und dem Deckel 4 eingefügt.The steel cavity 1 consists entirely of a porous sintered steel, in the upper end of which an expansion chamber 3 is formed. The expansion chamber is closed gas-tight at the top with the cover 4. For additional sealing between the lid 4 of the steel cavity 1, a sealing ring 5 is inserted in a circular annular groove 6 of the lid 4 between the steel cavity 1 and the lid 4 on the upper, horizontally extending contact surface of the steel cavity.

Der Deckel 4 ist mit einer Einspritzdüse 7 versehen, durch welche das verflüssigte Kühlgas, wobei vorzugsweise C0₂ zum Einsatz kommt, in die Expansiσnskammer 3 eingespritzt wird und dort unter Druckentwicklung verdampft.The cover 4 is provided with an injection nozzle 7, through which the liquefied cooling gas, preferably C0 _{2 being} used, is injected into the expansion chamber 3 and evaporates there under pressure.

Am unteren Bereich der Expansionskammer 3 weist das Formwerk¬ zeug 1 eine gasdurchlässige Trennwand 9 auf, die in dem vor¬ liegenden Ausführungsbeispiel aus demselben Material wie die Stahlkavität 1 gefertigt ist und die Dicke Y aufweist. Diese Trennwand 9 trennt die Expansionskammer 3 von der Formkammer 10, in die bei der Fertigung das plastische Material einge¬ spritzt wird. Die Trennwand 9 ist mit einer der Verdampfungs¬ kammer 3 zugewandten Verdampfungsoberfläche 11 und einer der Formkammer 10 zugewandten Kühlungsoberfläche 12 versehen.At the lower area of the expansion chamber 3, the molding tool 1 has a gas-permeable partition 9, which in the present exemplary embodiment is made of the same material as the steel cavity 1 and has the thickness Y. This Partition 9 separates the expansion chamber 3 from the molding chamber 10, into which the plastic material is injected during manufacture. The partition 9 is provided with an evaporation surface 11 facing the evaporation chamber 3 and a cooling surface 12 facing the molding chamber 10.

Die Trennwand 9 weist an ihrer Verdampfungsoberfläche mehrere, die Form eines Kugelsegmentes aufweisende Materialanhäufungen 13 auf, die im wesentlichen gleichförmig sind.The partition 9 has on its evaporation surface a plurality of material accumulations 13 which have the shape of a spherical segment and which are essentially uniform.

Die Gasabführungsvorrichtung 2 weist für jedes der halbkugel¬ förmigen Materialanhäufungen 13 ein Rohr 14 auf, das senkrecht über die Materialanhäufungen 13 in die Trennwand 9 hineinragt. Jedes Rohr 14 ist an seinem Ende mit einer Gaseintrittsöffnung 15 versehen, durch die das durch die Stahlkavität hindurch¬ dringende Kühlgas aus der Trennwand 9 mit Hilfe der Gasabfüh¬ rungsvorrichtung 2 aus dieser abgeführt und gegebenenfalls auch abgesaugt werden kann.The gas discharge device 2 has a tube 14 for each of the hemispherical material accumulations 13, which projects perpendicularly over the material accumulations 13 into the partition 9. At its end, each tube 14 is provided with a gas inlet opening 15, through which the cooling gas penetrating through the steel cavity can be removed from the partition 9 with the aid of the gas removal device 2 and, if appropriate, also extracted.

Durch die geometrische Ausgestaltung der Materialanhäufungen 13 wird allerdings auch ohne Absaugen sichergestellt werden, daß das Kühlgas niemals unerwünscht durch die Kühlungsober¬ fläche 12 der Stahlkavität hindurchdringt. Um dieses sicher¬ zustellen, iεt die Entfernung X von jedem Punkt der Ver- dampfungsoberflache zu der Gaseintrittsöffnung 15 geringer als die Dicke Y der Trennwand 9, und die Entfernung 16 zwischen jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche und der Gaseintritts¬ öffnung ist größer als die Entfernung Z zwischen dem der Küh¬ lungsoberfläche am nächsten gelegenen Punkt der Gaseintritts- Öffnung 15 und der Kühlungsoberfläche 12. Da das Kühlgas immer bestrebt ist, den Weg des geringsten Widerstandes zu gehen, wird es nach Zurücklegen der Entfernung X durch die Gasein¬ trittsöffnungen 15 in die Rohre 14 einströmen und nicht die längere Entfernung Y zurücklegen, so daß im Ergebnis kein Kühlgas bis zur Kühlungsoberfläche 12 vordringen kann.The geometrical configuration of the material accumulations 13 ensures, however, even without suction, that the cooling gas never undesirably penetrates through the cooling surface 12 of the steel cavity. To ensure this, the distance X from each point of the evaporation surface to the gas inlet opening 15 is less than the thickness Y of the partition 9, and the distance 16 between each point of the evaporation surface and the gas inlet opening is greater than the distance Z between the point of the gas inlet opening 15 closest to the cooling surface and the cooling surface 12. Since the cooling gas always strives to take the path of least resistance, after covering the distance X through the gas inlet openings 15 it becomes Inflow pipes 14 and do not cover the longer distance Y, so that no cooling gas can penetrate to the cooling surface 12 as a result.

Da die Entfernung X nur geringfügig größer als die Entfernung Z ist, vorzugsweise ist diese 10 bis 20 % größer, wird gleich- zeitig immer eine ausreichende Kühlung der Kühlungsoberfläche 12 sichergestellt. In jedem Fall kann durch Anpassung der Geometrien X, Y und Z unter Beachtung der Bedingung Z < X < Y ein gewünschtes, aber immer gleichmäßiges Temperaturfeld zur Kühlung der Kühlungsoberfläche 12 erhalten werden. Die Geometrien ergeben sich dabei aus dem jeweiligen Anwendungs¬ fall.Since the distance X is only slightly larger than the distance Z, preferably this is 10 to 20% larger, sufficient cooling of the cooling surface 12 is always ensured. In any case, a desired but always uniform temperature field for cooling the cooling surface 12 can be obtained by adapting the geometries X, Y and Z, taking into account the condition Z <X <Y. The geometries result from the respective application.

Die Materialanhäufungen 13 von zwei nebeneinander gelegenen Rohren 14 beginnen an im wesentlichen demselben Punkt auf der Verdampfungsoberfläche 11, so daß der nicht mit Materialan¬ häufungen 13 versehene Bereich der Verdampfungsoberfläche 11 möglichst gering gehalten und gleichzeitig durch die Kugelseg¬ mente die Verdampfungsoberfläche vergrößert wird.The material accumulations 13 of two tubes 14 lying next to one another begin at essentially the same point on the evaporation surface 11, so that the area of the evaporation surface 11 not provided with material accumulations 13 is kept as small as possible and at the same time the evaporation surface is enlarged by the spherical segments.

Die Gasabführungsvorrichtung 2 weist ein in dem zentralen Abgasrohr angeordnetes Ventil 16 auf, mit dem der aus der Gasabführungsvorrichtung 2 heraustretende Kühlgasstrom unter¬ brochen werden kann. Wenn das Ventil 16 verschlossen ist und weiterhin Kühlgas durch die Einspritzdüse 7 in die Expansions- kammer 3 eingespeist wird, steigt der Druck innerhalb der Expansionskammer so stark an, daß das Kühlgas, das jetzt nicht mehr durch die Rohre 14 abgeführt wird, durch die Trennwand 9 in die Formkammer 10 eindringt. Nach ausreichender Abkühlung des Werkstücks, in jedem Fall aber nachdem die Schmelzphase der Oberfläche des Werkstücks beendet ist, löst das durch die Kühlungsoberfläche 12 in die Formkammer 10 eindringende Kühl¬ gas das Werkstück aus der Formkammer 10 und erleichtert so die Entformung. Damit sind kürzere Zykluszeiten bei der Fertigung realisierbar, wobei gleichzeitig die Produktqualität erhöht wird.. Mit dem Ventil 19 kann so zwischen einem Kühlungsmodus und einem Auswurfmodus umgeschaltet werden.The gas discharge device 2 has a valve 16 arranged in the central exhaust pipe, by means of which the cooling gas flow emerging from the gas discharge device 2 can be interrupted. If the valve 16 is closed and cooling gas continues to be fed through the injection nozzle 7 into the expansion chamber 3, the pressure inside the expansion chamber rises so much that the cooling gas, which is now no longer discharged through the pipes 14, through the partition 9 penetrates into the molding chamber 10. After sufficient cooling of the workpiece, but in any case after the melting phase of the surface of the workpiece has ended, the cooling gas penetrating through the cooling surface 12 into the mold chamber 10 releases the workpiece from the mold chamber 10 and thus facilitates demolding. Shorter cycle times can thus be realized during production, while the product quality is increased at the same time. The valve 19 can thus be used to switch between a cooling mode and an ejection mode.

Je nach Art der herzustellenden Werkstücke ist die Kühlungs- Oberfläche 12 porös oder glatt poliert. Bei Werkstücken mit einer matten Oberfläche wird vorzusweise eine poröse Kühlungs¬ oberfläche 12 eingesetzt. Bei glatten Werkstücken wird hin¬ gegen eine polierte Oberfläche bevorzugt. Die Seitenwand 8 der Verdampfungskammer ist durch einen Lack gasdicht verschlossen, so daß kein Kühlgas in die seitlichen Vertikalbereiche eintreten kann. Dieses seitliche Austreten des Kühlgases würde nämlich wieder einen Undefinierten Kühl- gasaustritt hervorrufen, womit zwangsläufig ein Undefiniertes Temperaturfeld an den Kühlungsoberflächen auftreten und der Gasdurchsatz erhöht werden würde. Durch die einfache Abdich¬ tung mit einem Lack wird das Kühlgas geleitet, im wesentlichen nur durch die Trennwand 9 zu strömen. Die Seitenwand 8 kann selbstverständlich auch durch andere geeignete Mittel gasdicht verschlossen werden.Depending on the type of workpieces to be produced, the cooling surface 12 is porous or smooth polished. In the case of workpieces with a matt surface, a porous cooling surface 12 is preferably used. In contrast, a smooth surface is preferred for smooth workpieces. The side wall 8 of the evaporation chamber is sealed gas-tight by a lacquer, so that no cooling gas can enter the lateral vertical areas. This lateral escape of the cooling gas would cause an undefined cooling gas outlet, which inevitably would result in an undefined temperature field on the cooling surfaces and the gas throughput would be increased. Due to the simple sealing with a lacquer, the cooling gas is passed, essentially only to flow through the partition 9. The side wall 8 can of course also be closed gas-tight by other suitable means.

In der Figur ist die Stahlkavität 1 nur mit einer Expansions- kammer 3 ausgebildet. Je nach Anwendungsfall können auch mehrere Expansionskammern 3 eingesetzt werden, so z . B. in den seitlichen Vertikalbereichen der Stahlkavität, so daß an der Kühlungsoberfläche 12 an allen Seiten ein besonders gleich¬ mäßiges Temperaturfeld herrscht. Selbstverständlich kann auch zur Kühlung des Kerns 17 eine erfindungsgemäße Expansions- kammer eingesetzt werden. Die Anordnung der Expansionskammer im Kern 17 ist vorteilhafterweise so vorzusehen, daß der Kern an der Stelle am stärksten gekühlt wird, an der die größte Materialstärke des herzustellenden Kunststoffartikels zu er¬ warten ist, da dort eine besonders hohe Kühlleistung erforder- lieh ist. Durch die Kühlung des Kerns 17 wird so eine bessere Abkühlung der Werkstücke erreicht, was eine weitere Reduzie¬ rung der Zykluszeiten mit sich bringt.In the figure, the steel cavity 1 is formed with only one expansion chamber 3. Depending on the application, several expansion chambers 3 can also be used. B. in the lateral vertical areas of the steel cavity, so that there is a particularly uniform temperature field on the cooling surface 12 on all sides. Of course, an expansion chamber according to the invention can also be used to cool the core 17. The arrangement of the expansion chamber in the core 17 is advantageously to be provided in such a way that the core is most strongly cooled at the point at which the greatest material thickness of the plastic article to be produced can be expected, since a particularly high cooling capacity is required there. By cooling the core 17, a better cooling of the workpieces is achieved, which entails a further reduction in the cycle times.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Formwerkzeuges läßt sich an dem Formwerkzeug ein besonders gleichmäßiges Temperaturfeld erzeugen, so daß die Werkstücke schneller und gleichmäßiger abgekühlt werden können. Damit sinken die Zykluszeiten der Fertigung. Durch die erfindungsgemäße geometrische Ausgestaltung der Expansionskammer wird zudem ein unerwünschtes Eintreten des Kühlgases in die Formkammer ver¬ hindert, so daß Beschädigungen des Werkstücks vermieden wer¬ den. Dadurch, daß der Gasfluß in dem Formwerkzeug genau ge¬ steuert werden kann, sind zudem keine Aushöhlungen im Form- Werkzeug nötig, und ein Undefiniertes Austreten des Gases an den Seiten des Formwerkzeuges wird verhindert. Auf diese Weise wird der Kühlgasverbrauch deutlich reduziert. Durch Einsatz eines Ventils innerhalb der Gasabführungsvorrichtung wird die Entformung der Werkstücke vereinfacht und beschleunigt. The inventive design of the molding tool enables a particularly uniform temperature field to be generated on the molding tool, so that the workpieces can be cooled more quickly and uniformly. This reduces the cycle times in production. The geometric configuration of the expansion chamber according to the invention also prevents the cooling gas from entering the molding chamber undesirably, so that damage to the workpiece is avoided. Because the gas flow in the mold can be precisely controlled, there are also no hollows in the mold. Tool required, and an undefined escape of the gas on the sides of the mold is prevented. In this way, the cooling gas consumption is significantly reduced. De-molding of the workpieces is simplified and accelerated by using a valve inside the gas discharge device.

FormwerkzeugMolding tool

BezugszeichenlisteReference list

1 Stahlkavität1 steel cavity

2 Gasabführungsvorrichtung2 gas discharge device

3 Expansionskammer3 expansion chamber

4 Deckel 5 Dichtung4 cover 5 gasket

6 Ringnut6 ring groove

7 Einspritzdüse7 injector

8 Seitenwand8 side wall

9 Trennwand 10 Formkammer9 partition 10 molding chamber

11 Verdampfungsoberfläche11 evaporation surface

12 Kühlungsoberfläche12 cooling surface

13 Materialanhäufung13 Material accumulation

14 Rohr 15 Gaseintrittsöffnung14 pipe 15 gas inlet opening

16 Ventil16 valve

17 Kern17 core

X Entfernung von jedem Punkt der Verdampfungsoberfläche zu der Gaseintrittsöffnung Y minimale Dicke der TrennwandX distance from each point of the evaporation surface to the gas inlet opening Y minimum thickness of the partition

Z Entfernung zwischen dem der Kühlungsoberfläche am nächsten gelegenen Punkt der Gaseintrittsöffnung und der Kühlungs¬ oberfläche Z Distance between the point of the gas inlet opening closest to the cooling surface and the cooling surface

Claims

Mold patent claims

1. Molding tool for molding plastic materials, in particular for use in automatic molding machines for synthetic or unsynthetic polymers, which has at least one gas-permeable partition (9) which has an expansion chamber (3) for evaporating liquefied gases to cool the molding tool from one Mold chamber (10) separates and is provided with an evaporation surface (11) facing the expansion chamber (3) and a cooling surface (12) facing the mold chamber (10), since - characterized in that the partition (9) has a gas discharge device (2) with at least has a gas inlet opening (15) through which the gas evaporated in the expansion chamber (3) and passing through the porous material can be removed therefrom such that the distance X from each point of the evaporation surface (11) to the gas inlet opening (15) is smaller is as the thickness Y of the partition (9) and that the distance X between each At the point of the evaporation surface (11) and the gas inlet opening (15) is greater than the distance between the point of the gas inlet opening (15) closest to the cooling surface (12) and the cooling surface (12).

2. Molding tool according to claim 1, dadurchge - indicates that the distance X between each point of the evaporation surface (11) and the gas inlet opening (15) is only slightly larger than the distance Z between the point closest to the cooling surface (12) the gas inlet opening (15) and the cooling surface.

3. Molding tool according to claim 1 or 2, dadurchge ¬ indicates that the distance X between each point of the evaporation surface (11) and the gas inlet opening (15) is 10 to 20% greater than the distance Z between the point of the gas inlet opening (15) closest to the cooling surface and the cooling surface (12).

4. Molding tool according to one of claims 1 to 3, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the Gasabfüh¬ device (2) has at least one tube (14) which protrudes into the partition (9) on the evaporation surface (11).

5. Molding tool according to claim 4, so that the evaporation surface (H) has a material accumulation (13) located around the tube (14), which increases towards the central axis of the tube (14).

6. Molding tool according to claim 5, so that the material accumulation (13) essentially has the shape of a spherical segment, the center of which is in the gas inlet opening (15).

7. Molding tool according to one of claims 4 to 6, since ¬ characterized in that the gas discharge device (2) has a plurality of pipes (14) arranged at a defined, regular distance from one another, which in the partition (9) protrude into the evaporation surface (11).

8. Molding tool according to claim 7, so that the partition (9) has a corresponding material accumulation (13) for each tube (14).

9. Molding tool according to claim 8, dadurchge ¬ indicates that the material accumulations (13) are substantially uniform.

10. Molding tool according to one of claims 8 or 9, so that the material accumulations (13) of two adjacent tubes (14) begin at essentially the same point on the evaporation surface (11).

11. Molding tool according to one of claims 1 to 10, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the gas discharge device (2) has a valve (16).

12. The molding tool according to one of claims 1 to 11, wherein the molding tool is made entirely of the gas-permeable material, and the expansion chamber is molded into the molding tool, characterized in that the side wall (s) (8) of the expan ¬ sionskammer is / are sealed gas-tight.