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WO2018177460A1 - Heizeinsatz für ein urformwerkzeug sowie urformwerkzeug - Google Patents

Heizeinsatz für ein urformwerkzeug sowie urformwerkzeug Download PDF

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WO2018177460A1
WO2018177460A1 PCT/DE2018/100194 DE2018100194W WO2018177460A1 WO 2018177460 A1 WO2018177460 A1 WO 2018177460A1 DE 2018100194 W DE2018100194 W DE 2018100194W WO 2018177460 A1 WO2018177460 A1 WO 2018177460A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tool
tempering
coolant
heat
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2018/100194
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Udo Hinzpeter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HOTSET GmbH
Original Assignee
HOTSET GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HOTSET GmbH filed Critical HOTSET GmbH
Priority to DE112018001607.2T priority Critical patent/DE112018001607A5/de
Publication of WO2018177460A1 publication Critical patent/WO2018177460A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/02—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means
    • B29C33/06—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means using radiation, e.g. electro-magnetic waves, induction heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72—Heating or cooling
    • B29C45/73—Heating or cooling of the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72—Heating or cooling
    • B29C45/73—Heating or cooling of the mould
    • B29C2045/7393—Heating or cooling of the mould alternately heating and cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72—Heating or cooling
    • B29C45/73—Heating or cooling of the mould
    • B29C45/7337—Heating or cooling of the mould using gas or steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0012—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular thermal properties
    • B29K2995/0013—Conductive

Definitions

  • the invention relates to a heating insert for a cavity having an impression surface exhibiting
  • the invention further relates to an arching tool for prototyping a heated
  • Substance or mixture of substances by cooling the same in a molding surface having a cavity of the forming tool with at least one distance from the molding surface of a tool or
  • Tool segment arranged heating insert.
  • the invention further relates to a primary mold.
  • thermoplastic, thermoset or elastomeric materials the previously plasticized material is introduced into the cavity of a master mold.
  • Such an archetype is composed to form the cavity of a plurality of tool segments, which can be separated from each other for demolding of the cooled in the cavity workpiece. The coming into contact with the plastic molding compound surfaces of the molds are in the context of this
  • the image of the impression surfaces defines the surface of the workpiece.
  • the molding accuracy on the surface of the workpiece may be affected by defects, such as by Bindenahtkerben,
  • Forming tools are created. In order to ensure the molding accuracy for the plasticized mass introduced into the cavity of a mold,
  • Plastic melt is improved in its outer edge region.
  • tempering such molds they have tempering channels, through which for holding the mold at a certain temperature or for heating the same to a certain temperature appropriately tempered fluids, for example
  • Cooling elements for a defined cooling of the
  • Forming tool but only the molding surfaces and the immediately adjacent thereto
  • Plastic injection molding will be instrumental in hardening the plasticized state into the mold
  • DE 102 57 129 AI proposes to heat induction surfaces of a mold inductively, by the heating of a the first molding surface used inductor is integrated in a first mold, which is opposite to the molding surface of a second mold to be heated.
  • the inductor is separated in this prior art mold by the cavity of the molding surface to be heated.
  • the molding surface to be heated of the molding tool consists of a material suitable for this purpose. This material
  • enclosing surface is made of this material.
  • the copper waveguides are located.
  • the copper waveguides are located.
  • cooling fluid flowing through cooling fluid is also used for accelerated cooling of the
  • Resistance heating element and the tool wall to prevent overheating and to support a cooling process, these along a linear lifting movement of the tool wall after
  • the invention is thus based on the object, a heating insert for a master mold and a equipped with at least one heating insert Propose original tool, in which a
  • heating insert of the type mentioned, in which the heating insert an inductor and a heatable by the Induktorbauner induction body and connected to the induction body in heat-conducting connection tempering,
  • This heating insert is a heating insert in hybrid construction.
  • This heating insert includes one
  • Induction body by one or more
  • Induktorbautician can be heated.
  • a tempering is connected, which supplies the heat generated in the induction body to the tool or tool segment.
  • the tempering is made of a material with a relation to the
  • Induction body is necessarily made of a material with ferromagnetic properties
  • tempering body manufactured, typically a steel material.
  • the tempering body needs no
  • this can be made of a, heat particularly well conductive material, such as copper or a
  • Copper alloy also be made of brass.
  • the effect brought about by such a heating insert is that the heat transfer from the induction body to the molding surface area to be heated takes place more rapidly due to the interposition of the tempering body which conducts the receiving heat flow in a particularly good manner, compared to an embodiment in which the induction body is also used for the
  • Tool or tool segment is responsible. Due to the use of a tempering and its heat well conductive material property, the coupled from the induction body in this heat can also be placed in tool areas in or on which an inductor, for example, lack of sufficient space can not be arranged and therefore these areas can not be additionally heated.
  • Such heat well conductive material property Due to the use of a tempering and its heat well conductive material property, the coupled from the induction body in this heat can also be placed in tool areas in or on which an inductor, for example, lack of sufficient space can not be arranged and therefore these areas can not be additionally heated.
  • Material such as a copper material is compared with the materials from which
  • Tool or tool segment is pressed.
  • Tool segment then interfere with the formation of a particularly large-area thermal contact surface.
  • Tempering a The same applies to the connection of the induction body to the tempering.
  • Temperier stresses to the induction body - on the one hand - and to the tool or tool segment - on the other hand - can also by others
  • Connection technologies occur, for example, by a joining process, such as by
  • Electron beam welding, laser welding, soldering or a generative process Electron beam welding, laser welding, soldering or a generative process.
  • tempering improved thermal conductivity of the induction body to the tool in and during the cooling process of the tool on the tempering in the induction body and of this in the typically coolant
  • the cycle times can be reduced even further if the tempering element itself is cooled. This is provided in one embodiment.
  • the tempering body has
  • Coolant channels for example, as
  • Capillary channels can be formed. These are connected to a coolant circuit of the primary mold associated coolant system. In this way, the cooling process after introduction of the heated mass to be molded into the cavity of
  • Urformwerkzeuges in the Abformobermati Kunststoff Scene on which the heating element acts are cooled particularly quickly.
  • the effectiveness of such cooling can be further improved if, within the tempering in a section with a small portion to the heat coupling surface
  • Coolant circuit are connected, can also be used to cool the tempering
  • Coolant which is particularly suitable for the cooling of the tempering, when incorporated in these capillary channels, other coolants can be used.
  • Impression surface can be brought higher temperature. Due to the above-described possibilities of a particularly effective cooling of the brought to a higher temperature Abformobermati Switzerland can be cooled just as quickly or even with cooled tempering even faster than this has been heated, so that the cycle times not by the
  • Tool segment are avoided compared to the heating element. Sometimes have such urformed
  • Plastic parts very small dimensions contours. This is the case, for example, with optical bodies such as lenses, for example Fresnel lenses.
  • its tempering body with its heat coupling surface forms a tool segment which, together with at least one second tool segment, surrounds the cavity.
  • the tool segments are adjustable against each other for opening and closing the cavity.
  • the one or more other tool segments may be unheated.
  • the surface of the tempering itself the
  • Fig. 1 a schematic sectional view of a tool segment as part of a forming tool with a heater insert and a therein
  • heating insert to be used, the heating element connected to the tool segment, a heating insert of an alternative embodiment of the inductor connected to a tool segment corresponding to the representation of FIG. 2, a heating insert according to a further embodiment and application and a heating insert corresponding to that of FIG. 4 in a further embodiment.
  • Urformwerkmaschine has several, but at least two tool segments. Such a tool segment 1 is shown in Figure 1 in a section.
  • the tool segment 1 is made of a tool steel. His pointing in the cavity 2
  • Impression surface is denoted by the reference numeral 3
  • illustrated embodiment has a circular cross-sectional geometry.
  • characterized heater is used to heat the heater insert 4 opposite Area of the impression surface. This and the adjacent areas should, if in the cavity di warm plastic mass is used, to a higher temperature than the other areas of the
  • Heating insert 5 can be used to keep the molding surface at the temperature of the plastic mass longer or to reheat.
  • Embodiment is used, at this point also a full conductor (wire) can be used.
  • This copper waveguide is in a manner not shown to a
  • Coolant circuit is connected and coolant flows through it, if with the inductor assembly 6 heat is to be generated. Not shown
  • the inductor assembly 6 is connected to an induction body 8 in a thermally conductive connection. This is designed as a sleeve and contributes to the lateral protection of the inductor 6 on the underside a radially outwardly projecting flange 9.
  • the induction body 8 is in the illustrated embodiment of a
  • the induction body 8 is in turn connected in thermally conductive connection to a tempering 10.
  • the induction body 8 summarizes the
  • Temperature control body 10 in a section 11 a In this section 11 of the tempering 10 is pressed into the sleeve-like induction body 8. This ensures a particularly good heat-conducting transition from the induction body 8 in the
  • tempering 10 of the illustrated embodiment carries a
  • Temperier Economicskopf 12 which opposite the enclosed by the induction body 8 section 11 has a larger diameter and the flange 9 opposite the opposite end of the induction body 9 and the Induktorbaue 6 surmounted.
  • Diameter larger temperature control head 12 is used to distribute in the section 11 via his
  • the tempering body head 12 has a
  • the heat coupling surface 13 is that surface which in
  • Temperier Economicskopfes 12 is complementary to the cross-sectional geometry of
  • Tempering head also any other,
  • non-rotationally symmetrical shapes as well as extensions may have, if the molding surface area of the tool to be heated such a differentiated embodiment of the
  • the tempering body 10 has a cavity 14 in the region of its tempering body head 12.
  • Heat coupling surface 13 is not.
  • the spherically designed in the illustrated embodiment cavity 14 is executed on as capillary channels
  • Coolant channels 15, 16 connected.
  • Coolant channels 15, 16 are in a manner not shown to a nitrogen-operated
  • Coolant system connected. It serves the
  • Coolant channel 15 as an inlet and the coolant channel
  • FIG. 2 shows the heating insert 5 inserted into the heating insert receptacle 4 of the tool segment 1.
  • the heating insert 5 can, for example with the aid of a tensioning clip (not shown) in this
  • Heating element 5 on the back of the tool segment 1 takes place on its heat coupling surface 13 in a heat well conductive connection, so that a heat transfer from the tempering 10 in the tool segment 1 and vice versa is influenced as little as possible.
  • the heat coupling surface 13 with a certain bias to the back of the
  • the heating insert 5 of the region of the molding surface 3 situated in the vicinity of the heat coupling surface 13 can be heated to a specific temperature prior to introducing the material to be molded. If this is to be formed mass introduced into the cavity 2, if desired, a reheating can take place. Regardless of this, then the heating element 5 as a heat sink
  • Copper waveguide flowing through coolant (at this time, these conductors are energized) and are removed particularly quickly by the additional cooling of the temperature control body 10 via the coolant channels 15, 16 and the cavity 14.
  • the inductor is designed as a copper tube. Quite possible is also a Embodiment of the inductor, in which this one
  • Stainless steel tube with an externally applied Cu coating This can be applied for example by a PVD method.
  • An advantage of such a configuration is that with such
  • Tubes can realize much smaller diameter.
  • the induction body would be cooled from the inside and outside.
  • FIG. 3 shows a further heating insert 5.1
  • Heating insert 5.1 is designed as the
  • the heating insert 5.1 differs from the
  • Inductor 6 magnetic field concentrators 17 are assigned. These concentrate the magnetic field provided by the induction and thereby improve the efficiency. This affects not only in terms of the introduced energy, but also on the heating rate. With regard to the power required to increase the temperature, by using one or more magnetic field concentrators, which in the illustrated embodiment, annular in the
  • Inductor assembly 6 are integrated to be reduced by 50% to 70%. Particularly high warm-up and
  • Cooling rates can be with a
  • Heating insert as the heating insert 5.1 realize the inductor coil purged nitrogen and in
  • FIG. 4 shows a further heating element 5.2, which is basically constructed as the heating element 5.1 of
  • the heating element 5.2 is part of a forming tool 18, in which the heat coupling surface 13.1 of
  • Temperier stresses 10.1 at the same time forms a molding surface of the cavity 2.1.
  • a molding surface With the as a molding surface
  • serving heat coupling surface 13.1 of the heating element 5.2 acts to form the cavity 2.1, a second tool part 19 together.
  • the tool part 19 is for
  • the primary mold 18 is designed to urinate in the cavity 2.1 plastic lenses.
  • the heat coupling surface 13.1 of the tempering 10.1 is concavely curved to a convex on this side
  • Forming surface serving heat coupling surface 13.1 may be microstructured. The same applies to the Cavity 2.1 limiting surface of the tool part 19.
  • FIG. 5 corresponds in turn to the heating element 5.2 of Figure 4.
  • the heating element 5.3 differs from the heating element 5.2 solely by the formation of its impression surface - the heat coupling surface 13.2 -. This is applied to the heating element 5.3 as the relevant surface of the tempering 10.2
  • FIG. 5 shows the primary mold 21 with the cavity open.
  • Temperier stresses 10 such a heating element 5 can be built very small and compact. Without departing from the scope of the applicable claims, numerous others will be apparent to one skilled in the art

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizeinsatz für ein eine Kavität (2, 2.1) mit einer Abformoberfläche (3) aufweisendes Urformwerkzeug, etwa ein Kunststoffspritzgusswerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizeinsatz (5, 5.1, 5.2, 5.3) eine Induktorbaugruppe (6) und einen durch die Induktorbaugruppe (6) erwärmbaren Induktionskörper (8) sowie einen an den Induktionskörper (8) in wärmeleitender Verbindung angeschlossenen Temperierkörper (10, 10.1, 10.2), hergestellt aus einem Material mit einer gegenüber der Leitfähigkeit des Induktionskörper (8) höheren Wärmeleitfähigkeit, mit wenigstens einer Wärmekoppelfläche (13), mit der der Temperierkörper (10) in wärmeleitender Verbindung an das die Abformfläche (3) aufweisende Werkzeug oder Werkzeugsegment (1, 1.1) anschließbar ist, aufweist.

Description

Heizeinsatz für ein Urformwerkzeug sowie
Urformwerkzeug
Die Erfindung betrifft einen Heizeinsatz für ein eine Kavität mit einer Abformoberfläche aufweisendes
Urformwerkzeug . Die Erfindung betriff des Weiteren ein Urformwerkzeug zum Urformen eines erwärmten
Stoffes oder Stoffgemisches durch Abkühlen desselben in einer eine Abformoberfläche aufweisenden Kavität des Urformwerkzeuges mit wenigstens einem mit Abstand zur Abformoberfläche eines Werkzeuges oder
Werkzeugsegmentes angeordneten Heizeinsatz. Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Urformwerkzeug .
Beim Spritzgießen von Formteilen aus
thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Werkstoffen wird der zuvor plastifizierte Werkstoff in die Kavität eines Urformwerkzeuges eingebracht. Eine solche Urform ist zum Ausbilden der Kavität aus mehreren Werkzeugsegmenten zusammengesetzt, die zum Entformen des in der Kavität abgekühlten Werkstückes voneinander getrennt werden können. Die in Kontakt mit der plastischen Formmasse tretenden Oberflächen der Formwerkzeuge werden im Rahmen dieser
Ausführungen als Abformflächen angesprochen. Das Abbild der Abformflächen definiert die Oberfläche des Werkstückes. Die Abformgenauigkeit an der Oberfläche des Werkstückes kann durch Fehler beeinträchtigt werden, beispielsweise durch Bindenahtkerben,
Glanzunterschiede oder Wolken- und Schlierenbildung. Derartige Oberflächenfehler können durch
ungleichmäßige Abformflächentemperaturen der
Formwerkzeuge entstehen. Um die Abformgenauigkeit für die in die Kavität einer Form eingebrachte plastifizierte Masse,
beispielsweise einer Kunststoffschmelze, zu
verbessern, ist bekannt, die Werkzeugwandtemperatur - also die Temperatur der Abformflächen der
Formwerkzeuge - zu erhöhen, wodurch die
Fließfähigkeit der in die Kavität eingebrachten
Kunststoffschmelze in ihrem äußeren Randbereich verbessert wird.
Zum Temperieren derartiger Formwerkzeuge verfügen diese über Temperierkanäle, durch die zum Halten des Formwerkzeuges auf einer bestimmten Temperatur bzw. zum Erwärmen desselben auf eine bestimmte Temperatur entsprechend temperierte Fluide, beispielsweise
Wasser oder Öl hindurchgeleitet wird. Wenn derartige Formwerkzeuge in bestimmten Bereichen eine von der Grundtemperatur abweichende, höhere Temperatur aufweisen sollen, werden zusätzlich elektrische
Heizeinsätze oder im Falle einer lokalen
Temperaturerniedrigung elektrische Kühlelemente in Ausnehmungen des Formwerkzeuges angeordnet. Ebenfalls sind Formwerkzeuge bekannt, bei denen die
Kühlelemente für ein definiertes Abkühlen der
Kunststoffschmelze sorgen und damit den
Abkühlprozess , mithin die Zykluszeit verkürzen.
Aus DE 199 29 731 AI ist ein Formwerkzeug bekannt, welches zum Einbringen von zusätzlicher Wärme in die Kavität insgesamt induktiv beheizbar wird und zu diesem Zweck aus einem elektrisch leitfähigen
Material besteht. In US 4,439,492 ist ein
Formwerkzeug beschrieben, bei dem zum Erwärmen der Abformflachen induktiv betriebene Heizeinsätze in die Kavität eingelegt werden. Nach Erwärmen der
Abformflächen der Formwerkzeuge wird die Form
geöffnet, der Heizeinsatz entfernt, bevor die Form anschließend zum Durchführen des eigentlichen
Spritzgussvorganges erneut geschlossen wird. Der Konzeption dieses Formwerkzeuges liegt der Gedanke zugrunde, dass durch Einlegen des induktiv
betriebenen Heizeinsatzes nicht das gesamte
Formwerkzeug, sondern lediglich die Abformflächen und die unmittelbar daran angrenzenden
Formwerkzeugbereiche erwärmt werden. Auch hierdurch sollen die Zykluszeiten verkürzt werden. Eine
Steuerung der Temperierung während des
Spritzgussvorganges ist mit diesem Konzept nicht möglich .
Mit den vorbekannten Mitteln können Formwerkzeuge erwärmt werden. Die Zykluszeiten beim
KunststoffSpritzgießen werden maßgeblich von der zum Erhärten des in plastifiziertem Zustand in die
Kavität der Form eingebrachten Materials bestimmt. Um die Zykluszeiten zu verkürzen, sind Formwerkzeuge entwickelt worden, die neben den für die Erwärmung des Formwerkzeuges vorgesehenen Temperierkanälen zusätzlich Temperierkanäle aufweisen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden können. Ein solches Formwerkzeug kann somit erwärmt und abgekühlt werden. Als nachteilig wird bei einem solchermaßen
konzipierten Formwerkzeug das relativ träge
Temperaturverhalten angesehen. Um diesem Nachteil zu begegnen, wird in DE 102 57 129 AI vorgeschlagen, Abformflächen eines Formwerkzeuges induktiv zu erwärmen, und zwar indem der zum Erwärmen einer ersten Abformflache eingesetzte Induktor in einem ersten Formwerkzeug integriert ist, welches der zu erwärmenden Abformfläche eines zweiten Formwerkzeuges gegenüber liegt. Somit ist der Induktor bei diesem vorbekannten Formwerkzeug durch die Kavität von der zu erwärmenden Abformfläche getrennt. Um die
Erwärmung einer Abformfläche auf diesem Wege zu ermöglichen, ist erforderlich, dass die zu erwärmende Abformfläche des Formwerkzeuges aus einem hierfür geeigneten Material besteht. Dieses Material
unterscheidet sich in den meisten Fällen von dem Material der übrigen, zum Ausbilden der Kavität dienenden Formwerkzeugen. Um Oberflächenfehler am Übergang des für die Erwärmung notwendigen Materials und dem Abformflächenmaterial weiterer
Kavitätsbegrenzungen nicht in Erscheinung treten zu lassen, müssen diese Übergänge sehr sorgfältig gearbeitet sein oder die gesamte die Kavität
einfassende Oberfläche ist aus diesem Material hergestellt. Darüber hinaus kann das in diesem
Dokument beschriebene Verfahren nur bei bestimmten Werkzeuggeometrien eingesetzt werden.
Aus DE 20 2009 901 959 Ul ist ein Formwerkzeug bekannt, bei dem der Induktor ein Kupferhohlleiter ist. Dieser ist Kühlmittel durchströmt. Ein Erwärmen erfolgt über eine Benutzung des Induktors zum
Erwärmen des Werkzeugsegmentes, in dem sich der
Induktor befindet. Die Kupferhohlleiter sind
Kühlmittel durchströmt, damit auf diese Weise der Induktor selbst gekühlt werden kann. Das die
Kupferhohlleiter durchströmende Kühlfluid wird allerdings auch zum beschleunigten Abkühlen des
Werkzeugsegmentes genutzt, in dem die Kupferhohlleiter als Induktoren aufgenommen sind. Diese befinden sich typischerweise in einem
geringeren Abstand zur Abformfläche des Werkzeuges als die üblichen Temperiermittelkanäle.
Zum Zwecke des lokalen Erwärmens eines
Abformoberflächenbereiches werden auch
Widerstandsheizelemente eingesetzt. Aufgrund ihrer Dynamik bleiben diese dauerhaft eingeschaltet. Um eine thermische Trennung zwischen dem
Widerstandsheizelement und der Werkzeugwand zur Vermeidung eines Überhitzens und zum Unterstützen eines Kühlvorganges werden diese entlang einer linearen Hubbewegung von der Werkzeugwand nach
Erreichen der benötigen Werkzeugwandtemperatur um eine gewisse Strecke zurückgefahren. Um die
gewünschte Werkzeugwandtemperatur im nächsten Zyklus wieder bereitzustellen, werden diese anschließend wieder an die Werkzeugwand herangefahren. Nachteilig hieran ist die notwendige Aktorik, um ein solches Widerstandsheizelement zum Bewirken der thermischen Trennung zu bewegen. Zudem erfordert dies einen entsprechenden Bauraum. Daher ist der Einsatz eines solchen Konzeptes nur begrenzt einsetzbar.
Bei diesem vorbekannten Urformwerkzeug sind der oder die Induktoren in das Werkzeug beziehungsweise ein oder mehrere seiner Werkzeugsegmente integriert.
Überdies wäre es wünschenswert, wenn die Zykluszeiten weiter reduziert werden könnten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Heizeinsatz für ein Urformwerkzeug sowie ein mit zumindest einem Heizeinsatz ausgerüstetes Urformwerkzeug vorzuschlagen, bei dem eine
insbesondere lokale bzw. bereichsweise Temperierung der Abformoberfläche bei gleichzeitiger Verkürzung der Zykluszeiten möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Heizeinsatz der eingangs genannten Art, bei dem der Heizeinsatz eine Induktorbaugruppe und einen durch die Induktorbaugruppe erwärmbaren Induktionskörper sowie einen an den Induktionskörper in wärmeleitender Verbindung angeschlossenen Temperierkörper,
hergestellt aus einem Material mit einer gegenüber der Leitfähigkeit des Induktionskörper höheren
Wärmeleitfähigkeit, mit wenigstens einer
Wärmekoppelfläche, mit der der Temperierkörper in wärmeleitender Verbindung an das die Abformfläche aufweisende Werkzeug oder Werkzeugsegment
anschließbar ist, aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe auch durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Urformwerkzeug, welches wenigstens einen solchen Heizeinsatz aufweist.
Das Besondere bei diesem Heizeinsatz ist, dass es sich hierbei um einen Heizeinsatz in Hybridbauweise handelt. Dieser Heizeinsatz umfasst einen
Induktionskörper, der durch ein oder mehrere
Induktorbaugruppen erwärmt werden kann. In
wärmeleitender Verbindung an den Induktionskörper ist ein Temperierkörper angeschlossen, der die in dem Induktionskörper generierte Wärme dem Werkzeug oder Werkzeugsegment zuführt. Der Temperierkörper ist aus einem Material mit einer gegenüber der
Wärmeleitfähigkeit des Induktionskörpers deutlich höheren Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Insofern ist bei diesem Heizeinsatz eine funktionale Trennung zwischen dem Induktionskörper und dem für die
Zuführung und der Wärme an das Werkzeug oder
Werkzeugsegment mit der zu erwärmenden Abformfläche dienenden Temperierkörper gegeben. Der
Induktionskörper ist notwendiger Weise aus einem Material mit ferromagnetischen Eigenschaften
hergestellt, typischerweise einem Stahlwerkstoff. Der Temperierkörper braucht hingegen keine
ferromagnetischen Eigenschaften aufzuweisen. Mithin kann dieser aus einem, Wärme besonders gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer oder einer
Kupferlegierung, auch Messing hergestellt sein. Der durch einen solchen Heizeinsatz bewirkte Effekt ist, dass der Wärmetransport von dem Induktionskörper zu dem zu erwärmenden Abformoberflächenbereich aufgrund der Zwischenschaltung des den empfangenden Wärmestrom besonders gut weiterleitenden Temperierkörpers rascher erfolgt, verglichen mit einer Ausgestaltung, bei der der Induktionskörper auch für den
Wärmetransport an die gewünschte Stelle des
Werkzeuges oder Werkzeugsegmentes verantwortlich ist. Aufgrund des Einsatzes eines Temperierkörpers und seiner Wärme gut leitende Materialeigenschaft kann die von dem Induktionskörper in diesen eingekoppelte Wärme auch in Werkzeugbereiche gebracht werden, in oder an denen ein Induktor beispielsweise mangels ausreichendem Bauraum nicht angeordnet werden kann und daher diese Bereiche nicht zusätzlich erwärmt werden können. Ein solches Wärme gut leitendes
Material, beispielsweise ein Kupfermaterial ist verglichen mit den Materialen, aus denen
Werkzeugsegmente für ein Urformwerkzeug hergestellt werden, typischerweise Werkzeugstahl, deutlich weicher. Diese Eigenschaft kann man sich bei dem Anschluss des Temperierkörpers mit seiner
Wärmekoppelfläche an das Werkzeug oder
Werkzeugsegment zunutze machen, wenn der
Temperierkörper an die komplementäre Fläche des
Werkzeuges oder Werkzeugsegmentes angepresst wird. Oberflächenunebenheiten an dem Werkzeug oder
Werkzeugsegment stören dann die Ausbildung einer besonders großflächigen Wärmekontaktfläche nicht.
Oberflächenunebenheiten drücken sich in die relativ weichere Oberfläche der Wärmekoppelfläche des
Temperierkörpers ein. Gleiches gilt für den Anschluss des Induktionskörpers an den Temperierkörper.
Insofern können zum Bereitstellen einer
wärmeleitenden Verbindung zwischen dem
Induktionskörper und dem Temperierkörper sowie von dem Temperierkörper in das Werkzeug die weicheren Materialeigenschaften des Temperierkörpers
geschickter Weise genutzt werden. Die Anbindung des
Temperierkörpers an den Induktionskörper - einerseits - und an das Werkzeug oder Werkzeugsegment - andererseits - kann auch durch andere
Verbindungstechnologien erfolgen, beispielsweise auch durch ein Fügeprozess, wie beispielsweise durch
Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen, Löten oder ein generatives Verfahren.
Die durch den Temperierkörper bewirkte verbesserte Wärmeleitfähigkeit von dem Induktionskörper zu dem Werkzeug in und beim Kühlvorgang von dem Werkzeug über den Temperierkörper in den Induktionskörper und von diesem in die typischerweise Kühlmittel
durchströmten Kupferhohlleiter der Induktorbaugruppe sind für ein Urformen mit kürzen Zykluszeiten
verantwortlich. Noch weiter reduziert werden können die Zykluszeiten, wenn der Temperierkörper selbst gekühlt ist. Dieses ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen. Der Temperierkörper weist
Kühlmittelkanäle auf, die beispielsweise als
Kapillarkanäle ausgebildet sein können. Diese sind an einen Kühlmittelkreislauf einer dem Urformwerkzeug zugeordneten Kühlmittelanlage angeschlossen. Auf diese Weise kann der Kühlvorgang nach Einbringen der zu formenden erwärmten Masse in die Kavität des
Urformwerkzeuges in dem Abformoberflächenbereich, auf den der Heizeinsatz einwirkt, besonders rasch gekühlt werden. Die Effektivität einer solchen Kühlung kann zusätzlich dadurch verbessert werden, wenn innerhalb des Temperierkörpers in einem Abschnitt, der mit geringen Abschnitt zu der Wärmekoppelfläche
angeordnet ist, ein Hohlraum vorgesehen ist, in den zumindest zwei Kühlmittelkanäle münden. Von diesen stellt einer einen Zulauf und der andere einen
Rücklauf eines Kühlmittelkreislaufes dar. Eine besonders effektive Kühlung bei einem nur geringen Durchmesser der Kühlmittelkanäle, beispielsweise wenn als Kapillarkanäle ausgelegt, ist mit gasförmigem Stickstoff möglich. Neben den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei denen die Kühlmittelkanäle des Temperierkörpers an einen
Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind, kann zur Kühlung des Temperierkörpers ebenfalls mit
verlorengehendem Kühlmittel gearbeitet werden. Dann ist zumindest ein Kühlmittelkanal des
Temperierkörpers an eine Kühlmittelzufuhr
angeschlossen. Der Rücklauf wird in die Umgebung abgeführt. Auch wenn Stickstoff als beispielhaftes Kühlmittel angesprochen ist, welches sich vor allem für die Kühlung des Temperierkörpers eignet, wenn in diesen Kapillarkanäle eingebracht sind, können auch andere Kühlmittel verwendet werden.
Mit einem solchen Heizeinsatz kann der davon
beeinflusste Abformoberflächenbereich in kurzer Zeit auf eine gegenüber den übrigen Bereichen der
Abformoberfläche höhere Temperatur gebracht werden. Aufgrund der vorbeschriebenen Möglichkeiten einer besonders effektiven Kühlung kann der auf eine höhere Temperatur gebrachte Abformoberflächenbereich ebenso schnell oder bei gekühltem Temperierkörper sogar schneller abgekühlt werden, als dieser erwärmt worden ist, sodass die Zykluszeiten nicht durch das
ansonsten notwendige längere Abwarten eines Abkühlens der zusätzlichen erwärmten Oberflächenbereiche, bis die Kavität zum Auswerfen des geformten Produktes geöffnet werden kann, verzögert sind.
Somit eignet sich ein solcher Heizeinsatz für
Urformwerkzeuge, wie beispielsweise
Spritzgusswerkzeuge, verwendet in der herstellenden KunststoffIndustrie, wenn eine variotherme
Temperaturführung vorgesehen ist.
Durchaus möglich ist auch die Verwendung eines solchen Heizeinsatzes, bei der die Wärmekoppelfläche seines Temperierkörpers direkt eine Abformfläche oder ein Abformflächenteil einer Kavität bildet. Dieses ist bei kleinen urzuformenden Kunststoffteilen sinnvoll, da dann ein zusätzlicher Wärmeübergang vermieden werden kann. Gerade bei kleinen
urzuformenden Kunststoffteilen wird zum Teil mit erheblichen Innendrücken gearbeitet, sodass durch diese Maßnahme auch Bewegungen eines
Werkzeugsegmentes gegenüber dem Heizeinsatz vermieden werden. Mitunter weisen derartige urgeformte
Kunststoffteile sehr klein dimensionierte Konturen auf. Dieses ist beispielsweise bei optischen Körpern wie Linsen, etwa Fresnellinsen der Fall. Bei einer solchen Ausgestaltung des Heizeinsatzes bildet sein Temperierkörper mit seiner Wärmekoppelfläche ein Werkzeugsegment, welches zusammen mit zumindest einem zweiten Werkzeugsegment die Kavität einfasst. Die Werkzeugsegmente sind zum Öffnen und Schließen der Kavität gegeneinander verstellbar. Das oder die weiteren Werkzeugsegmente können unbeheizt sein. Bei einer solchen Verwendung des Heizeinsatzes kann die Oberfläche des Temperierkörpers selbst die
Abformfläche darstellen. Durchaus möglich ist es auch, dass die Wärmekoppelfläche des Temperierkörpers mit einer verschleißresitenten Hartschicht
beschichtet ist. Dann stellt die Außenseite dieser Beschichtung die Wärmekoppelfläche dar. Bildet die Wärmekoppelfläche des Heizeinsatzes selbst eine
Abformfläche, wird die Wärme unmittelbar von dem Heizeinsatz in die in die Kavität eingebrachte
Kunststoffmasse eingekoppelt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines
Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematisierte Schnittdarstellung eines Werkzeugsegmentes als Teil eines Urformwerkzeuges mit einer Heizeinsatzaufnahme und einem darin
einzusetzenden Heizeinsatz, der an das Werkzeugsegment angeschlossene Heizeinsatz, einen Heizeinsatz einer alternativen Ausgestaltung des Induktors, angeschlossen an ein Werkzeugsegment entsprechend der Darstellung der Figur 2, einen Heizeinsatz gemäß einer weiteren Ausgestaltung und Anwendung und einen Heizeinsatz entsprechend demjenigen der Figur 4 in einer weiteren Ausgestaltung .
Ein im Übrigen nicht näher dargestelltes
Urformwerkzeug verfügt über mehrere, zumindest jedoch zwei Werkzeugsegmente. Ein solches Werkzeugsegment 1 ist in Figur 1 in einem Ausschnitt gezeigt. Das Werkzeugsegment 1 ist aus einem Werkzeugstahl hergestellt. Seine in die Kavität 2 weisende
Abformoberfläche ist mit dem Bezugszeichen 3
kenntlich gemacht. In die der Abformoberfläche 3 gegenüberliegenden Seite des Werkzeugsegmentes 1 - in der Figur ist dieses die Unterseite des
Werkzeugsegmentes 1 - ist eine Heizelementaufnahme 4 eingebracht. Die Heizelementaufnahme 4 des
dargestellten Ausführungsbeispiels weist eine kreisrunde Querschnittsgeometrie auf.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 5
gekennzeichneter Heizeinsatz dient zum Erwärmen des der Heizeinsatzaufnahme 4 gegenüberliegenden Bereiches der Abformoberfläche. Dieser und die angrenzenden Bereiche sollen, wenn in die Kavität di warme Kunststoffmasse eingebraucht wird, auf eine höhere Temperatur als die übrigen Bereiche der
Abformoberfläche gebracht sein. Auch kann der
Heizeinsatz 5 benutzt werden, um die Abformfläche länger auf der Temperatur der Kunststoffmasse zu halten oder auch um nachzuheizen. Der Heizeinsatz 5 des dargestellten
Ausführungsbeispiels umfasst eine Induktorbaugruppe
6. Diese verfügt als Induktor über eine Induktorspule
7, hergestellt aus einem Hohlleiter, der nach Art einer Spule geformt ist. Auch wenn für die Zwecke der Kühlung ein Hohlleiter bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel eingesetzt ist, kann an dieser Stelle ebenfalls ein Vollleiter (Draht) eingesetzt sein. Dieser Kupferhohlleiter ist in nicht näher dargestellter Art und Weise an einen
Kühlmittelkreislauf angeschlossen und ist Kühlmittel durchströmt, wenn mit der Induktorbaugruppe 6 Wärme generiert werden soll. Nicht dargestellt ist
ebenfalls die Bestromung der Kupferhohlleiter der Induktorspule 7. Die Induktorbaugruppe 6 ist an einen Induktionskörper 8 in wärmeleitender Verbindung angeschlossen. Dieser ist als Hülse ausgebildet und trägt zum seitlichen Schutz der Induktorbaugruppe 6 unterseitig einen in radialer Richtung nach außen abragenden Flansch 9. Der Induktionskörper 8 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem
Stahlwerkstoff hergestellt. Dessen Wärmeleitfähigkeit kann mit etwa 45 bis 50 W/(m-K) angegeben werden. Bei einem Betrieb der Induktionsbaugruppe 6 wird der Induktionskörper 8 aufgrund seiner ferromagnetischen Eigenschaften erwärmt.
Der Induktionskörper 8 ist wiederum in wärmeleitender Verbindung an einen Temperierkörper 10 angeschlossen.
Dieser ist aus einem Kupferwerkstoff hergestellt und hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 280 bis 300 W/(m-K) . Der Induktionskörper 8 fasst den
Temperierkörper 10 in einem Abschnitt 11 ein. In diesem Abschnitt 11 ist der Temperierkörper 10 in den hülsenartigen Induktionskörper 8 eingepresst. Dieses gewährleistet einen besonders guten wärmeleitenden Übergang von dem Induktionskörper 8 in den
Temperierkörper 10. Der Temperierkörper 10 des dargestellten Ausführungsbeispiels trägt einen
Temperierkörperkopf 12, der gegenüber dem von dem Induktionskörper 8 eingefassten Abschnitt 11 einen größeren Durchmesser aufweist und den dem Flansch 9 gegenüberliegenden Abschluss des Induktionskörpers 9 und die Induktorbaugruppe 6 überragt. Der im
Durchmesser größere Temperierkörperkopf 12 dient zum Verteilen der in dem Abschnitt 11 über seine
zylindrische, an den Induktionskörper 8 grenzende Koppelfläche empfangenen Wärme über eine größere Fläche. Der Temperierkörperkopf 12 weist eine
Wärmekoppelfläche 13 auf. Bei der Wärmekoppelfläche 13 handelt es sich um diejenige Fläche, die in
Kontakt mit der inneren Oberfläche der
Heizeinsatzaufnahme 4 des Werkzeugsegmentes 1
gelangt. Die Geometrie des Temperierkörperkopfes 12 ist komplementär zur Querschnittsgeometrie der
Heizelementaufnahme 4 ausgeführt und daher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls
kreisrund. Es versteht sich, dass der Temperierkörperkopf auch beliebige andere,
insbesondere auch nicht rotationssymmetrische Formen ebenso wie Fortsätze aufweisen kann, wenn der zu erwärmende Abformoberflächenbereich des Werkzeugs eine solche differenzierte Ausgestaltung der
erwärmten Oberfläche verlangt.
Der Temperierkörper 10 verfügt im Bereich seines Temperierkörperkopfes 12 über einen Hohlraum 14.
Aufgrund der Wärme gut leitenden Eigenschaften des
Temperierkörpers 10 beeinträchtigt dieser einen
Wärmestrom von seinem Abschnitt 11 zur
Wärmekoppelfläche 13 nicht. Der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgelegte Hohlraum 14 ist an als Kapillarkanäle ausgeführte
Kühlmittelkanäle 15, 16 angeschlossen. Die
Kühlmittelkanäle 15, 16 sind in nicht dargestellter Art und Weise an eine mit Stickstoff betriebene
Kühlmittelanlage angeschlossen. Dabei dient der
Kühlmittelkanal 15 als Zulauf und der Kühlmittelkanal
16 als Rücklauf zu beziehungsweise von dem Hohlraum 14. In den Figuren ist die Fließrichtung in den
Kühlmittelkanälen 15, 16 mit Richtungspfeilen
angedeutet. Sind die Kühlmittelkanäle 15, 16 und damit der Hohlraum 14 Kühlmittel durchströmt, resultiert dieses in einem besonderes effektiven und damit raschen Wärmeentzug von der Abformoberfläche. In einem in den Figuren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel sind in den Temperierkörper
Kühlmittelkanäle zudem zuvor geschriebenen Zweck eingebracht, ohne dass diese jedoch in einen nach Art eines Sammlers konzipierten Hohlraum münden. Figur 2 zeigt das in die Heizeinsatzaufnahme 4 des Werkzeugsegmentes 1 eingesetzten Heizeinsatz 5. Der Heizeinsatz 5 kann beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Spannbügels (nicht dargestellt) in dieser
Position gehalten sein. Der Anschluss des
Heizelementes 5 an Rückseite des Werkzeugsegmentes 1 erfolgt an seiner Wärmekoppelfläche 13 in einer Wärme gut leitenden Verbindung, sodass ein Wärmeübergang von dem Temperierkörper 10 in das Werkzeugsegment 1 und umgekehrt so wenig wie möglich beeinflusst ist.
Bevorzugt ist die Wärmekoppelfläche 13 mit einer gewissen Vorspannung an die Rückseite des
Werkzeugsegmentes 1 angeschlossen. Dieser Anschluss ist dauerhaft.
Bei einem Betrieb des Urformwerkzeuges kann mit dem Heizeinsatz 5 der in der Nähe der Wärmekoppelfläche 13 befindliche Bereich der Abformoberfläche 3 vor Einbringen der zu formenden Masse auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden. Ist dies zu formende Masse in die Kavität 2 eingebracht, kann, wenn gewünscht auch ein Nachheizen erfolgen. Unabhängig hiervon wird anschließend das Heizelement 5 als Kühlkörper
eingesetzt, indem Wärme von der Abformoberfläche 13 über den Temperierkörper 10 mittels des die
Kupferhohlleiter durchströmenden Kühlmittels (zu diesem Zeitpunkt sind diese Leiter unbestromt) und durch die zusätzliche Kühlung des Temperierkörpers 10 über die Kühlmittelkanäle 15, 16 und den Hohlraum, 14 besonders rasch abgeführt werden.
Bei dem in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Induktor als Kupferrohr ausgeführt. Durchaus möglich ist auch eine Ausgestaltung des Induktors, bei dem dieses ein
Edelstahlröhrchen mit einer außenseitig aufgebrachten Cu-Beschichtung . Diese kann beispielsweise durch ein PVD-Verfahren aufgetragen sein. Vorteilhaft bei einer solchen Ausgestaltung ist, dass sich mit derartigen
Röhrchen deutlich kleinere Durchmesser realisieren lassen .
Möglich ist auch eine Ausgestaltung eines als Rohr ausgelegten Induktors, wenn dieser über den Umfang an seiner in Richtung zu dem Induktionskörper
gerichteten Seite gasdurchströmbare kleine Löcher aufweist. Es besteht die Möglichkeit, das
Induktionsrohr mit Stickstoff zu spülen, um auf diese Weise eine besonders effektive und damit rasche
Kühlung des Induktionskörpers zu erreichen. Bei einer Ausgestaltung, bei der der Induktionskörper
Temperierkanäle aufweist, wie dieses zu dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, würde sodann der Induktionskörper von innen und außen gekühlt werden.
Figur 3 zeigt einen weiteren Heizeinsatz 5.1,
angeschlossen an ein Werkzeugsegment 1.1. Der
Heizeinsatz 5.1 ist konzipiert, wie der
vorbeschriebene Heizeinsatz 5. Daher sind gleiche Teile auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Heizeinsatz 5.1 unterscheidet sich von dem
Heizeinsatz 5 allein dadurch, dass der
Induktorbaugruppe 6 Magnetfeldkonzentratoren 17 zugeordnet sind. Diese konzentrieren das durch die Induktion bereitgestellte Magnetfeld und verbessern dadurch den Wirkungsgrad. Dieses wirkt sich nicht nur in Bezug auf die eingebrachte Energie, sondern auch auf die Erwärmungsgeschwindigkeit aus. Bezüglich der benötigten Leistung um eine Temperaturerhöhung vorzunehmen, kann durch Einsatz eines oder mehrerer Magnetfeldkonzentratoren, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig in die
Induktorbaugruppe 6 integriert sind, um 50 % bis 70 % reduziert werden. Besonders hohe Aufwärm- und
Abkühlgeschwindigkeiten lassen sich mit einem
Heizeinsatz, wie dem Heizeinsatz 5.1 realisieren, dessen Induktorspule Stickstoff durchspült und in
Richtung zu dem Induktionskörper gerichtete kleine Austrittsöffnungen aufweist.
Figur 4 zeigt einen weiteren Heizeinsatz 5.2, der prinzipiell aufgebaut ist wie der Heizeinsatz 5.1 der
Figur 3. Daher sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen kenntlich gemacht.
Der Heizeinsatz 5.2 ist Teil eines Urformwerkzeuges 18, bei dem die Wärmekoppelfläche 13.1 des
Temperierkörpers 10.1 zugleich eine Abformfläche der Kavität 2.1 bildet. Mit der als Abformfläche
dienenden Wärmekoppelfläche 13.1 des Heizeinsatzes 5.2 wirkt zur Ausbildung der Kavität 2.1 ein zweites Werkzeugteil 19 zusammen. Das Werkzeugteil 19 ist zum
Öffnen und Schließen der Kavität 2.1 gegenüber dem Heizeinsatz 5.2 als Werkzeugteil verstellbar. Das Urformwerkzeug 18 ist ausgelegt, in der Kavität 2.1 Kunststofflinsen urzuformen. Zu diesem Zweck ist die Wärmekoppelfläche 13.1 des Temperierkörpers 10.1 konkav gewölbt, um an dieser Seite eine konvexe
Linsenoberfläche abformen zu können. Die als
Abformfläche dienende Wärmekoppelfläche 13.1 kann mikrostrukturiert sein. Gleiches gilt für die die Kavität 2.1 begrenzende Oberfläche des Werkzeugteils 19.
Noch ein weiterer Heizeinsatz 5.3 ist in Figur 5 gezeigt. Der Heizeinsatz 5.3 entspricht wiederum dem Heizeinsatz 5.2 der Figur 4. Der Heizeinsatz 5.3 unterscheidet sich gegenüber dem Heizeinsatz 5.2 allein durch die Ausbildung seiner Abformoberfläche - der Wärmekoppelfläche 13.2 - . Diese ist bei dem Heizeinsatz 5.3 als die diesbezügliche Oberfläche des Temperierkörpers 10.2 aufgebrachte
verschleißresistente Hartschicht 20 ausgeführt. Figur 5 zeigt das Urformwerkzeug 21 mit geöffneter Kavität.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen erläutert worden. Die Ausführungen zu dem
Ausführungsbeispiel verdeutlichen, dass insbesondere mit Einsatz einer Kapillarkühlung des
Temperierkörpers 10 sich ein solcher Heizeinsatz 5 besonders klein und kompakt bauen lässt. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere
Möglichkeiten, die Erfindung umzusetzen zu können, ohne dass dieses im Rahmen dieser Ausführung im
Einzelnen erläutert werden müsste.
Bezugszeichenliste
1, 1.1 Werkzeugsegment
2, 2.1 Kavität
3 Abformoberfläche
4 Heizeinsatzaufnahme
■5 ^ 5 · 1 ^ 5 · 2 ^ ·5·3 Heizeinsatz
6 Induktorbaugruppe 7 Induktor
8 Induktionskörper
9 Flansch
10, 10.1, 10.2 Temperierkörper
11 Abschnitt
12 Temperierkörperköpf
13, 13.1, 13.2 Wärmekoppel fläche
14 Hohlraum
15 Kühlmittelkanal
16 Kühlmittelkanal
17 Magnetfeldkonzentrator 18 Urformwerkzeug
19 Werkzeugteil
20 Hartschicht
21 Urformwerkzeug

Claims

Patentansprüche
1. Heizeinsatz für ein eine Kavität (2, 2.1) mit
einer Abformoberfläche (3) aufweisendes
Urformwerkzeug, etwa ein
Kunststoffspritzgusswerkzeug, dadurch
gekennzeichnet, dass der Heizeinsatz (5, 5.1, 5.2, 5.3) eine Induktorbaugruppe (6) und einen durch die Induktorbaugruppe (6) erwärmbaren
Induktionskörper (8) sowie einen an den
Induktionskörper (8) in wärmeleitender Verbindung angeschlossenen Temperierkörper (10, 10.1, 10.2), hergestellt aus einem Material mit einer gegenüber der Leitfähigkeit des Induktionskörper (8) höheren Wärmeleitfähigkeit, mit wenigstens einer
Wärmekoppelfläche (13), mit der der
Temperierkörper (10) in wärmeleitender Verbindung an das die Abformfläche (3) aufweisende Werkzeug oder Werkzeugsegment (1, 1.1) anschließbar ist, aufweist.
2. Heizeinsatz nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Induktionskörper (8) aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere Stahl gefertigt ist.
3. Heizeinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Temperierkörper (10) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
4. Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Temperierkörper (10) Kühlmittelkanäle (15, 16) mit Anschlüssen an einen Kühlmittelkreislauf
vorgesehen sind.
5. Heizeinsatz nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkanäle (15, 16) des Temperierkörpers (10) als Kapillarkanäle ausgeführt sind.
6. Heizeinsatz nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass innerhalb des
Temperierkörpers (10) unterhalb seiner
Wärmekoppelfläche (13) ein Hohlraum (14)
vorgesehen ist, in dem zumindest ein
Kühlmittelkanal (15) als Zulauf und zumindest ein weiterer Kühlmittelkanal (16) als Rücklauf münden
. Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorbaugruppe (6) Kühlmittel durchströmbare Kupferhohlleiter aufweist .
. Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Induktionskörpe (8) als Hülse und die Induktorbaugruppe (6) als die Hülse umgebender Spulenkörper (7) ausgeführt sind .
Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkörper (10) einen Abschnitt (11), an den der
Induktionskörper (8) grenzt, und einen gegenüber dem Abschnitt (11) auskragenden köpfartigen
Abschnitt (12) aufweist mit einer gegenüber der Grundfläche des Abschnitts (11) größeren Grundfläche, welcher kopfförmige Abschnitt (12) die Wärmekoppelfläche (13) trägt.
10. Heizeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekoppelfläche
(13) des Temperierkörpers (10) in wärmeleitender Verbindung an das einer Abformfläche (3)
aufweisendes Werkzeug oder Werkzeugsegment (1, 1.1) anschließbar ist.
11. Urformwerkzeug zum Urformen eines erwärmten Stoffes oder Stoffgemisches durch Abkühlen
desselben in einer eine Abformoberfläche (3) aufweisenden Kavität (2, 2.1) des
Urformwerkzeuges , dadurch gekennzeichnet, dass der
Heizeinsatz (5, 5.1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt ist und dieser mit seiner Wärmekoppelfläche (13, 13.1, 13.2)
unterhalb der Abformfläche (3) eines Werkzeuges oder Werkzeugsegmentes (1) angeschlossen ist oder die Wärmekoppelfläche (13.1, 13.2) ein Teil der Abformfläche der Kavität (2, 2.1) des
Urformwerkzeuges (18, 21) bildet. 12. Urformwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Heizeinsatz (5, 5.1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7 ausgeführt ist und dem Urformwerkzeug (18, 29) eine Kühlanlage mit wenigstens einem Kühlmittelkreislauf zugeordnet ist, an die der wenigstens eine Heizeinsatz (5) mit seinen Kühlmittelkanälen (15, 16)
angeschlossen ist.
13. Urformwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Urformwerkzeug (18, 21) zwei mit unterschiedlichen Kühlmitteln arbeitende Kühlmittelkreisläufe zugeordnet sind, wobei in einem Kühlmittelkreislauf Stickstoff in Gasform als Kühlmittel gefördert wird und dieser
Kühlmittelkreislauf an die Kühlmittelkanäle (15, 16) des Temperierkörpers (10) des wenigstens einen Heizeinsatzes (5) angeschlossen ist.
14. Urformwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer
Ausgestaltung, bei der die Wärmekoppelfläche
(13.2) des Temperierkörpers einer Abformoberfläche bildet, die Wärmekoppelfläche (13.2) durch eine auf den Temperierkörper auf seine
Wärmekoppelfläche (13.2) aufgebrachte
Wärmekoppelschicht gebildet ist.
15. Urformwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wärmekoppelschicht (13.2) eine verschleißresistente Hartschicht ist.
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