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Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug, insbesondere zur Herstellung von Spritzgussformteilen. Das Werkzeug besteht aus wenigstens zwei Werkzeugteilen, wobei wenigstens ein Werkzeugteil Aufnahmen für Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils aufweist. Ferner weist das Werkzeugteil Kühlkanäle zur Kühlung des Werkzeugteils auf. Hierbei sind sowohl die Aufnahmen für die Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils wie auch die Kühlkanäle zur Kühlung des Werkzeugteils in der Nähe einer Werkzeugoberfläche angeordnet. Die Werkzeugoberfläche weist wenigstens eine Teilform für ein herzustellendes Bauteil auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuerungsverfahren für ein entsprechendes Formwerkzeug.
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Formwerkzeuge zur Herstellung von Spritzgussformteilen werden vielfältig eingesetzt. Unter anderem werden Teile eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere Verkleidungen und Blenden, mittels eines Spritzgussverfahrens aus verschiedensten Kunststoffmaterialien hergestellt. Während des Spritzgussvorgangs wird das Kunststoffmaterial über Zuleitungen bzw. Düsen in das geschlossene Formwerkzeug eingespritzt und verteilt sich innerhalb der Form. Durch hohen Druck des eingespritzten Kunststoffmaterials wird erreicht, dass sich das Kunststoffmaterial gleichmäßig innerhalb der Form verteilt. Nach dem Abkühlen der Kunststoffmasse innerhalb des Formwerkzeugs, kann das fertige Bauteil aus dem Werkzeug entnommen werden. Hierzu ist das Formwerkzeug in der Regel zweiteilig aufgebaut, so dass dieses geöffnet und das fertige Bauteil entnommen werden kann. Wichtig ist, dass sich die Kunststoffmasse innerhalb der Form vollständig, das heißt in alle Bereiche der Form, verteilt. Ist dies nicht der Fall, fehlt ein Teil am späteren Kunststoffbauteil, so dass das hergestellte Teil nicht zu verwenden ist. Ein anderer Effekt, der eintreten kann, wenn die Verteilung der Kunststoffmasse innerhalb des Formwerkzeugs nicht ideal verläuft, ist die Entstehung von Bindenähten an den Stellen, an denen innerhalb der Form die Kunststoffmasse aus zwei unterschiedlichen Richtungen zusammenfließt. Vermischen sich hierbei die gegenläufigen Wellenfronten nicht vollständig, kommt es nach dem Erstarren der Kunststoffmasse zu sichtbaren Nähten. Um die Verteilung der Kunststoffmasse innerhalb der Form zu verbessern, sind aus dem Stand der Technik Formwerkzeuge bekannt, bei denen ein Werkzeugteil erwärmt wird, um die Fließfähigkeit des Kunststoffmaterials zu erhöhen.
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Aus der
WO 2006/136743 A1 ist eine gattungsgemäße Erwärmungsvorrichtung für ein Werkzeugteil bekannt. Hier sind in Hohlräumen eines Werkzeugteiles Induktoren vorgesehen, die durch Induktion auf den Wänden der Hohlräume Wärme erzeugen, die durch Konduktion zur Oberfläche des Werkzeugteils übertragen wird. Bei dem System ist der Abstand zwischen den Hohlräumen, in die die Induktoren eingelegt sind, gleichmäßig über die Fläche des Werkzeugteils verteilt, so dass eine gleichmäßige Erwärmung der Werkzeugoberfläche erreicht wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Formwerkzeug konstruktiv einfacher und günstiger anzugeben. Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungsverfahren und ein Herstellverfahren für das erfindungsgemäße Formwerkzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird bei einem Formwerkzeug, insbesondere zur Herstellung von Spritzgussformteilen, bestehend aus wenigstens zwei Werkzeugteilen, wobei wenigstens ein Werkzeugteil Aufnahmen für Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils und Kühlkanäle zur Kühlung der Werkzeugteils aufweist, wobei die Aufnahmen und die Kühlkanäle in der Nähe der Werkzeugoberfläche angeordnet sind und wobei die Werkzeugoberfläche wenigstens eine Teilform für ein herzustellendes Bauteil aufweist, dadurch gelöst, dass die Aufnahmen für Mittel zur Erwärmung nur in Teilbereichen des Werkzeugteils angeordnet sind. Gegenüber dem vorgestellten Stand der Technik ergibt sich durch die erfindungsgemäße Lösung der große Vorteil, dass weit weniger Mittel zur Erwärmung erforderlich sind, da diese nur in Teilbereichen des Werkzeugs anzuordnen sind. Dies ermöglicht einfachere Konstruktionen des Werkzeugteils und vor allen Dingen werden durch diese Lösung die Kosten für die Herstellung des Werkzeugteils wie auch insbesondere die Kosten für das Erwärmungssystem gesenkt. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zur Erwärmung als elektrische Leiter eines induktiven Heizsystems ausgeführt. Ein induktives Heizsystem bietet gegenüber Heizsystemen die auf erwärmten Flüssigkeiten basieren, den großen Vorteil, dass die Erwärmung der Werkzeugoberfläche wesentlich präziser geregelt werden kann. Zudem sind induktive Heizsysteme zeitlich flexibler ansteuerbar.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs sieht vor, dass die Kühlkanäle derart gleichmäßig am Werkzeugteil verteilt sind, dass eine nahezu gleichmäßige Kühlung der Werkzeugoberfläche erreichbar ist. Im Gegensatz zur Anordnung der elektrischen Leiter des induktiven Heizsystems, die erfindungsgemäß nur in Teilbereichen des Werkzeugs angeordnet sind, sind die Kühlkanäle gleichmäßig in der Nähe zur Werkzeugoberfläche verteilt. Durch die gleichmäßige Kühlung der Werkzeugoberfläche wird nach dem Ende des Einspritzvorgangs eine schnelle Entnahme des fertigen Bauteils möglich, da dieses schneller abkühlt. Die induktive Erwärmung in Teilbereichen kann erfindungsgemäß so ausgelegt werden, dass die Erwärmung nur an den Stellen erfolgt, an denen das Fließverhalten des eingespritzten Kunststoffmaterials nicht ausreichend ist, um ein vollständig gefülltes Formwerkzeug zu erhalten.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs sieht vor, dass die Aufnahmen für die Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils sowie die Kühlkanäle zur Kühlung des Werkzeugteils im wesentlichen in einer Ebene unterhalb der Werkzeugoberfläche angeordnet sind. Durch diese Auslegung des Formwerkzeugs wird eine besonders kompakte Bauform des Werkzeugteils erreicht, da eine Anordnung von Aufnahmen und Kühlkanälen in verschiedenen Ebenen eine höhere Bauform zur Folge hätte. Weiterhin bevorzugt ist das Werkzeugteil, das die Aufnahmen und Kühlkanäle enthält, zweiteilig aufgebaut. Bevorzugt erfolgt die Teilung des Werkzeugs in die beiden Werkzeugteile in der Nähe der Ebene, in der die Aufnahmen und die Kühlkanäle angeordnet sind. Hierbei erfolgt die Teilung bevorzugt so, dass sich ein Temperierteil ergibt, der sämtliche Aufnahmen für die Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils enthält, und dass sich ein Grundteil ergibt, in dem keine Temperiermittel angeordnet sind. Die Aufnahmen für die Temperiermittel wie für die Kühlkanäle sind erfindungsgemäß als Nuten innerhalb der Werkzeugteile ausgebildet. Die Nuten für die Kühlkanäle teilen sich hierbei auf den Temperierteil und den Grundteil auf. Mit anderen Worten, die Kühlkanäle sind am Übergang zwischen dem Temperierteil und dem Grundteil vorgesehen, so dass die Nut jeweils zu einem Teil im Temperierteil und zu einem Teil im Grundteil jeweils korrespondierend gegenüber vorgesehen sind. Der Vorteil der Teilung der Werkzeuge an dieser Stelle in einen Temperierteil und einen Grundteil liegt darin, dass der Temperierteil gegen einen anderen Temperierteil austauschbar ist, falls für eine Herstellung eines anderen Bauteils in dem Formwerkzeug eine Temperierung an einer anderen Stelle bzw. in einem anderen Teilbereich des Werkzeugs erforderlich ist. In diesem Falle ist es nicht erforderlich den kompletten Werkzeugteil gegen einen anderen auszutauschen, sondern es ist ausreichend, lediglich den Temperierteil durch einen anderen Temperierteil zu ersetzen. Voraussetzung ist hierbei lediglich die Übereinstimmung der Kühlkanäle im Temperierteil und im Grundteil.
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Eine besonders bevorzugte Lösung des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs sieht vor, dass genau eine Aufnahme für Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils vorhanden ist, die als durchgehende Nut ausgebildet ist und die Kühlkanäle für die Kühlung des Werkzeugteils hingegen aus mehreren Nuten bestehen. Die Auslegung der Aufnahme für die Heizmittel als eine einzige durchgehende Nut bietet den großen Vorteil, dass ein einziges Heizmittel ausreichend ist, um die Teilbereiche des Werkzeugs zu erwärmen. Eine besondere Ausgestaltung des Formwerkzeugs sieht vor, dass die Aufnahmen für die Temperiermittel nur in einem Werkzeugteil und die Kühlkanäle in beiden Werkzeugteilen vorgesehen sind. Diese Lösungen sind insbesondere dann von großem Vorteil, wenn Formteile hergestellt werden sollen, die im Verwendungszustand nur eine Sichtseite aufweisen. In diesem Fällen ist es ausreichend wenn die Fließfähigkeit der Kunststoffschmelze innerhalb des Formwerkzeugs nur an der Seite erhöht wird, die die spätere Sichtseite darstellt.
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Die ganz besondere Weiterbildung des Formwerkzeugs ergibt sich dadurch, dass die Aufnahmen für die Temperiermittel innerhalb des Werkzeugteils im Wesentlichen an den Stellen angeordnet sind, an denen bei einem Spritzgussvorgang die Bindenähte entstehen würden. Gerade diese Bereiche, in denen bei einer komplexen Spritzgussform durch den Fließvorgang der Kunststoffmasse zwei Kunststoffmassenfronten gegeneinander fließen und während des Auskühlvorgangs dazu neigen, dass eine Bindenaht entsteht, können durch die erfindungsgemäße Anordnung der Aufnahmen für die Temperiermittel partiell erwärmt werden, so dass im Bereich der Bindenähte die Fließfähigkeit der Kunststoffmasse erhöht wird. Durch diesen wesentlichen auf das Fließverhalten des Kunststoffs können ungewünschte Bindenähte verhindert werden. Es wird erreicht, dass die beiden aufeinandertreffenden Wellenfronten sich homogen vermischen und die Entstehung von sichtbaren Bindenähten vermieden wird. Gerade bei Kunststoffformteilen, die eine Hochglanzoberfläche aufweisen, wie sie häufig in Innenräumen von Fahrzeugen Verwendung finden, ist dies von besonderem Vorteil. Diese Formteile werden im Anschluss an den Spritzgussvorgang mit einem Hochglanzlack versehen, der in der Regel nicht geeignet ist, ungewünschte Oberflächenunebenheiten auszugleichen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren für ein entsprechendes Formwerkzeug ist vorgesehen, dass die Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils im Wesentlichen mit Beginn eines Spritzgussvorgangs aktiviert werden. Der Vorteil eines solchen Steuerungsverfahrens liegt unter anderem in der Energieeinsparung, da die Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils nur dann aktiviert werden, wenn die Wärme an der Werkzeugoberfläche auch tatsächlich benötigt wird.
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Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden Formwerkzeugs ist vorgesehen, dass die Aufnahmen für Mittel zur Erwärmung des Werkzeugteils unabhängig vom Bedarf einer zusätzlichen Erwärmung des Werkzeugteils bei der Herstellung des Formwerkzeugs eingebracht werden. Diese Maßnahme ist grundsätzlich sinnvoll, da der Mehraufwand und die Kosten bei der Herstellung eines Formwerkzeugs mit entsprechenden Aufnahmen gering sind gegenüber einem Formwerkzeug ohne entsprechende Aufnahmen. Selbst bei Formwerkzeugen, bei denen keine zusätzliche Erwärmung eines Werkzeugteils vorgesehen ist, liegt der große Vorteil in der Flexibilität und der Zeitersparnis, wenn sich zu einem späteren Zeitpunkt doch noch der Bedarf einer zusätzlichen Erwärmung ergibt. Der erfindungsgemäßen Vorbereitung des Formwerkzeugs für eine optionale, zusätzliche Erwärmung, beispielsweise mittels eine induktiven Heizsystems, liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Oberflächenqualität von herzustellenden Spitzgussteilen bei praktischen Versuchen oftmals schlechter ist, als es auf Grund der vorhergehenden Planungsphase zu erwarten war. Besteht in diesen Fällen die Möglichkeit, schnell und flexibel ein Heizsystem nachzurüsten, ist dies von großem Vorteil.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigen:
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1 und 2 ein Kunststoffformteil für einen Fahrzeuginnenraum, wobei 2 das gleiche Kunststoffformteil in einer anderen Ansicht zeigt,
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3 und 4 einen Werkzeugteil entsprechend des bekannten Standes der Technik, wobei 4 den Werkzeugteil in halbtransparenter Darstellung zeigt,
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5, 6 und 7 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugteils wobei 5 den vollständigen Werkzeugteil in halb transparenter Darstellung zeigt, während die 6 und 7 den Grundteil und den Temperierteil des Werkzeugteils nach 5 zeigen,
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8 ein zweites Ausführungsbeispiel, das einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug mit zwei Werkzeugteilen zeigt, wobei ein Werkzeugteil aus einem Grundteil und einem Temperierteil besteht, und
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9, 10 und 11 ein drittes Ausführungsbeispiel, wobei die 9 und 10 einen ersten Werkzeugteil mit Grundteil und Temperierteil und 11 den zweiten Werkzeugteil eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs zeigen.
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Die 1 und 2 zeigen ein Kunststoffformteil 10 für einen Fahrzeuginnenraum, wobei 2 das gleiche Kunststoffformteil 10 in einer anderen Ansicht zeigt. Bei dem dargestellten Formteil 10 handelt es sich um eine Blende 10 bzw. einen Blendrahmen 10 für zwei (nicht dargestellte) Luftausströmer im Armaturenbrettbereich eines Fahrzeugs. Neben den beiden großen, runden Öffnungen für die Luftausströmer ist eine Öffnung für ein Bedienelement vorgesehen.
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Die Blende 10 wird aus einem Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren hergestellt und in einem nachgelagerten Arbeitsschritt mit einem Hochglanzlack versehen. Die Blende 10 ist ein dreidimensionales Bauteil, was aus der Darstellung nach 2 gut erkennbar ist. Im Rahmen des Spritzgussverfahrens ist es erforderlich, die Kunststoffschmelze an mehreren Stellen in ein Formwerkzeug 1 einzuspritzen (ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug 1 ist in den 8 bis 11 dargestellt und wird später im Detail erläutert). Die Einspritzung an verschiedenen Punkten (siehe Einspritzstellen 17 in 11) ist erforderlich, um sicherzustellen, dass sich die Kunststoffschmelze innerhalb des Formwerkzeugs 1 gleichmäßig verteilt und die Form vollständig ausfüllt (die Form besteht dabei aus zwei Teilformen 9, die sich auf die beiden Werkzeugteile 2 und 3 aufteilen). Dies hängt mit der begrenzten Fließfähigkeit der Kunststoffschmelze zusammen, die auch dadurch negativ beeinflusst wird, dass sich die Kunststoffschmelze auf ihrem Weg innerhalb der Form abkühlt. Hierbei ist es nicht möglich, das Formwerkzeug insgesamt auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, um die Fließfähigkeit der Kunststoffschmelze zu verbessern, da hierbei das Kunststoffmaterial selbst Schaden nehmen würde.
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Bedingt durch verschiedene Einspritzstellen 17, verteilt sich die Kunststoffschmelze innerhalb der Form ausgehend von den Einspritzstellen 17 in der gesamten Form. Die Stellen, an denen im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Wellenfronten der Kunststoffschmelze – von zwei unterschiedlichen Einspritzstellen 17 kommend – aufeinander treffen sind mit 14 gekennzeichnet. Immer dann, wenn sich an diesen Stellen 14 keine ideale Vermengung der Kunststoffschmelze ergibt, kommt es nach dem Abkühlen des Kunststoffmaterials zu sichtbaren Bindenähten 14. Die Bindenähte 14 sind insofern störend, als dass diese auch nach einem anschließenden Lackiervorgang sichtbar bleiben können. Abhilfe kann hier durch eine mechanische Nachbehandlung der Bindenähte 14 oder durch einen dickeren Farbauftrag des Lackes erzielt werden. Beides ist mit zusätzlichem Aufwand, sowohl von der Herstelldauer als auch von den Herstellkosten, verbunden.
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Die 3 und 4 zeigen einen Werkzeugteil 2 entsprechend des bekannten Standes der Technik, wobei 4 den Werkzeugteil 2 in halbtransparenter Darstellung zeigt. Der dargestellte Werkzeugteil 2 entspricht dem Werkzeugteil 2, der in der Werkzeugoberfläche 8 die Teilform 9 für die spätere Sichtseite der herzustellenden Blende 10 ausbildet. Der komplementäre Werkzeugteil 3 ist in 11 dargestellt (in diesem zweiten Werkzeugteil 3 sind die Zuleitungen 16 für das Spitzgussmaterial gezeigt, die zu den Einspritzstellen 17 in der Teilform 9 führen). Innerhalb des Werkzeugteils 2 sind Kühlkanäle 7 integriert, die in der halbtransparenten Darstellung nach 4 gut erkennbar sind. Die Kühlkanäle 7 dienen zu einem schnellen Abkühlen des Werkzeugteils 2 nach abgeschlossenem Einspritzvorgang. Erst wenn das Formteil 10 abgekühlt ist, kann es aus der Form entnommen werden und es kann ein weiteres Formteil 10 hergestellt werden. Durch die aktive Kühlung verringert sich die Taktzeit bei der Herstellung.
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Die 5, 6 und 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugteils 2 wobei 5 den vollständigen Werkzeugteil 2 in halb transparenter Darstellung zeigt, während die 6 und 7 den Grundteil 5 und den Temperierteil 4 des Werkzeugteils 2 nach 5 zeigen. Gegenüber dem Werkzeugteil 2 entsprechend der 3 und 4 ist der Werkzeugteil hier in zwei Werkzeugteile 4 und 5 aufgeteilt, die vor dem Einsatz im Spritzgießwerkzeug lösbar mit einander verbunden, in der Regel verschraubt, werden. Zudem befinden sich die Einlassöffnungen der seitlichen Kühlkanäle 7 in einer tieferen Ebene des Werkzeugteils 2. Die Ebene, in der sich bisher die Kühlkanäle befanden wird erfindungsgemäß genutzt, um Aufnahmen 6 für Mittel 11 (siehe 9 bis 11) zur Erwärmung des Werkzeugteils 2 und zusätzliche Kühlkanäle 7 zur Kühlung des Werkzeugteils 2 zu integrieren. Der wesentliche Unterschied zur bisherigen Auslegung der Kühlkanäle besteht darin, dass die zusätzlichen Kühlkanäle 7 gerade nicht unmittelbar unterhalb der Werkzeugoberfläche 8 an den Stellen angeordnet sind, an denen sich die Teilform 9 befindet. Vielmehr sind in diesen Teilbereichen 13 (siehe auch 8) unmittelbar unterhalb der Teilform 9 Nuten 6a als Aufnahme 6 für Mittel zur Erwärmung 11 ausgebildet. Erfindungsgemäß sind die Nuten 6a insbesondere in den Teilbereichen 13 ausgebildet, an denen sich beim Einspritzvorgang Bindenähte 14 (siehe 1 und 2) ausbilden könnten. Damit ergibt sich eine auf die jeweilige Werkzeugform angepasste, jeweils individuelle, Auslegung der Teilbereiche 13, da dies von der Anzahl und der Lage der Einspritzstellen 17 innerhalb des Werkzeugteils 2 abhängt. Selbstverständlich können bei Bedarf auch entsprechende Maßnahmen im komplementären Werkzeugteil 3 vorgesehen sein. Die ist dann sinnvoll, wenn das herzustellende Bauteil 10 zwei sogenannte Sichtseiten aufweist, also an beiden Oberflächen eine möglichst ideale Oberflächenbeschaffenheit aufweisen soll.
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Die Nut 6a als Aufnahme 6 für Mittel zur Erwärmung 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine einzige durchgehende Nut 6a ausgebildet, um einen einzigen elektrischen Leiter eines induktiven Heizsystems 11a in die Nut 6a einzulegen. Selbstverständlich können, insbesondere bei größeren zu fertigenden Bauteilen, auch mehr als eine Nut 6a innerhalb des Werkzeugteils 2 vorgesehen sein, um mehrere Mittel zur Erwärmung 11 in die Nuten 6a einzubringen. Die Nutzung eines induktiven Heizsystems 11a ist besonders vorteilhaft, da mit einem solchen System eine sehr schnelle lokale Aufheizung des Werkzeugteils 2 erzielbar ist. Mittels des induktiven Heizsystems 11a werden in die Werkzeugbereiche, die sich radial um die Nut 6a herum befinden, Ströme induziert, die zu einer Erwärmung des Werkzeugteils 2 in diesen Bereichen führen. Durch Wärmeleitung innerhalb des Werkzeugteils 2 wird letztlich die Werkzeugoberfläche 8 in den gewünschten Teilbereichen 13 erwärmt. Der große Vorteil gegenüber einer vorstehend bereits genannten, vollständigen Erwärmung des Werkzeugteils 2 liegt darin, dass durch die Erwärmung nur in Teilbereichen 13 des Werkzeugteils keine Schädigung des Kunststoffmaterials auftritt. Gleichzeitig ist die lokale Erwärmung der Teilform 9 ausreichend, um die Entstehung von Bindenähten zuverlässig zu vermeiden. Die Schädigung des Kunststoffmaterials wird auch dadurch vermieden, dass durch die kurzfristige, lokale Erwärmung nur eine vergleichsweise (im Vergleich zur vollständigen Erwärmung des Werkzeugteils) geringe Wärmemenge in den Werkzeugteil 2 eingebracht wird, und somit eine schnellere Abkühlung des Werkzeugteils 2 möglich ist.
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Zur Ausbildung der Kühlkanäle 7 sind Nuten 6a in den Werkzeugteil 2 eingebracht. Die Nuten 7a sich auf die Bereiche verteilt, die außerhalb der Teilbereiche 13 liegen, in die die Nuten 6a für die Aufnahmen 6 eingebracht sind. Die Ebene 12, die den Temperierteil 4 vom Grundteil 5 des Werkzeugteils 2 trennt befindet sich ausreichend dicht unterhalb der Werkzeugoberfläche 8, um eine möglichst schnelle Erwärmung der Teilform 9 zu erreichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Nuten 6a der Aufnahmen 6 für Mittel zur Erwärmung 11 ausschließlich im Temperierteil 4 des Werkzeugteils 2 angeordnet und damit ideal dicht unterhalb der Werkzeugoberfläche 8. Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Nuten 6a ausschließlich im Temperierteil 4 besteht darin, dass bei einer leicht abweichenden Teilform 9, also bei der Herstellung eines anderen Formteils 10 oder bei anderer Lage der Einspritzstellen 17, nur der Temperierteil 4 neu hergestellt werden muss und der Grundteil 5 übernommen werden kann. Die Nuten 7a, die die Kühlkanäle 7 ausbilden sind vorteilhaft auf Temperierteil 4 und Grundteil 5 aufgeteilt. Hierdurch können sowohl die Kühlkanäle 7, die im Bereich der Teilungsebene 12 zwischen Temperierteil 4 und Grundteil 5 angeordnet sind, mit einem Kühlmedium durchflossen werden, wie auch die unterhalb im Grundteil 5 verlaufenden Kühlkanäle 7. Um nach dem Zusammenbau von Temperierteil 4 und Grundteil 5 die Dichtigkeit der Kühlkanäle 7 zu gewährleisten, sind Dichtungsnuten 15a vorgesehen (im Ausführungsbeispiel in den Grundteil 5 eingebracht), in die Dichtungen 15 (siehe 8 und 9) eingelegt werden.
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In der 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, das einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug 1 mit zwei Werkzeugteilen 2 und 3 zeigt, wobei das Werkzeugteil 2 aus einem Grundteil 5 und einem Temperierteil 4 besteht. Die Teilungsebene 12 liegt zwischen Temperierteil 4 und Grundteil 5. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind auch hier die Nuten 6a, die die Aufnahme 6 für Mittel zur Erwärmung 11 ausbilden, ausschließlich im Temperierteil 4 vorgesehen. Die Nuten 6a sind erfindungsgemäß nur in den Teilbereichen 13 unterhalb der Werkzeugfläche 8 angeordnet, an denen sich eine Teilform 9 des herzustellenden Formteils 10 befindet und zusätzlich – auf Grund der Lage der Zuleitungen für das Spritzgussmaterial 16 und der Lage der Einspritzstellen 17 – die Entstehung einer Bindenaht 14 erwartet wird. In dem Ausschnitt des Ausführungsbeispiels, der im 8 dargestellt ist, sind an drei Stellen an der Werkzeugoberfläche 8 Teilformen 9 erkennbar, aber nur der oberen und der unteren Teilform 9 ist eine Nut 6a als Aufnahme 6 für Temperiermittel 11 zugeordnet. Im Fall der mittleren Teilform 9 kann auf eine zusätzliche Erwärmung verzichtet werden, da hier auf Grund des Fließverhaltens des Spritzgussmaterials keine Bindenaht entstehen kann. Der sehr zielgerichtete Einsatz der Zusatztemperierung mit einem Temperiermittel 11 stellt eine sehr effektive und energiesparende Maßnahme dar.
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Die Nuten 7a, die die Kühlkanäle 7 ausbilden, sind in der Ebene 12a, die leicht oberhalb der Trennungsebene 12 und damit näher an der Werkzeugoberfläche 8 liegt, angeordnet. Die Nuten 7a sind im Gegensatz zu den Nuten 6a gleichmäßig unterhalb der Werkzeugoberfläche 8 verteilt. Damit ergibt sich folgende vorteilhafte Gesamtsituation: Die Anordnung der Nuten 6a nur in Teilbereichen 13 führt zu einer lokalen Erwärmung, während die gleichmäßige Verteilung der nuten 7a zu einer „globalen” Kühlung des Werkzeugteils 2 führt. Im komplementären Werkzeugteil 3 sind ebenfalls gleichmäßig verteilte Kühlkanäle vorgesehen.
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Neben der effektiven Erwärmung bzw. Kühlung ergibt sich durch die Anordnung der Aufnahmen 6 und der Kühlkanäle 7 (bzw. der Nuten 6a und er Nuten 7a) in im Wesentlichen einer einzigen Ebene 12a ein Bauraumvorteil, wodurch der Temperierteil Material schonend und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Das in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Formwerkzeug 1 dient wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel zu Herstellung einer dreidimensional geformten Blende 10 für einen Fahrzeuginnenraum. Die Wölbung der herzustellenden Blende 10 ist durch die gebogene Werkzeugoberfläche 8 zwischen den beiden Werkzeugteilen 2 und 3 gut erkennbar.
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In den 9, 10 und 11 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die 9 und 10 einen ersten Werkzeugteil 2 mit Grundteil 5 und Temperierteil 4 und 11 den zweiten Werkzeugteil 3 eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs 1 zeigen. Als Mittel zur Erwärmung 11 wird ein elektrischer Leiter eines induktiven Heizsystems 11a verwendet, der in eine Nut auf der der Werkzeugoberfläche 8 abgewandten Seite des Temperierteils 4 in dieses eingelegt wird. Auf der Oberfläche des Grundteils 5 sind beispielhaft zwei Dichtungen 15 gezeigt. Entsprechende Dichtungen 15 sind an allen Verbindungsstellen zwischen Grundteil 5 und Temperierteil 4 erforderlich, an denen ein Kühlmedium übergeben wird, also von einem Teil in den anderen Teil fließt, und umgekehrt. In 9 sind zudem die äußeren Zuführungen 7 für das Kühlmedium erkennbar. Diese Zuführungen 7 gehen im Innern des Grundteils 5 in Kühlkanäle 7 über. 10 zeigt die in der Werkzeugoberfläche 8 ausgebildete Teilform 9. Die korrespondierende Teilform 9 befindet sich in der Werkzeugoberfläche 8 des zweiten Werkzeugteils 3 in 11. Hier sind zudem die Zuleitungen für das Spritzgussmaterial 16 sowie die Positionen der Einspritzstellen 17 erkennbar.
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Der elektrische Leiter 11a wird von einer Schwingkreisanordnung mit einem elektrischen Wechselstrom beaufschlagt. Die Steuerung der Schwingkreisanordnung und damit letztlich der Heizwirkung erfolgt durch ein Steuerungsverfahren, das den jeweils aktuellen Zustand des Formwerkzeugs 1 berücksichtigt. Durch die sehr schnelle Aufheizung des Temperierteils 4 ist eine energiesparende Ansteuerung der elektrischen Leiter 11a derart möglich, dass mit dem Aufheizvorgang erst begonnen wird, wenn das Formwerkzeug 1 bereits geschlossen ist. Hierbei wird parallel zum Einspritzen des Spritzgussmaterials die Aufheizung mittels der elektrischen Leiter 11a durchgeführt. Die Aufheizung erfolgt solange, bis der Einspritzvorgang abgeschlossen ist, zuzüglich einer weiteren Heizdauer, die zwischen einer und fünf Sekunden variiert. Nach Abschluss dieser weiteren Heizdauer wird die Aufheizung deaktiviert und wird unmittelbar mit der Kühlung begonnen.
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Im Rahmen der Ausführungsbeispiele wurde jeweils der Werkzeugteil 2 mit einem Temperiersystem versehen. Je nach Anforderung an das herzustellende Formteil 10, liegt es im Rahmen der Erfindung auch, oder ausschließlich, den anderen Werkzeugteil 3 mit einer erfindungsgemäßen Temperierung zu versehen. Zudem ist der Einsatz anderer Temperiermittel außer einem induktiven Heizsystem möglich, wobei das induktive Heizsystem auf den sehr kurzen Aufheizzeiten die bevorzugte Ausführung darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formwerkzeug
- 2, 3
- Werkzeugteil
- 4
- Temperierteil (des Werkzeugteils)
- 5
- Grundteil (des Werkzeugteils)
- 6
- Aufnahmen
- 6a
- Nut
- 7
- Kühlkanäle
- 7a
- Nut
- 8
- Werkzeugoberfläche
- 9
- Teilform
- 10
- Bauteil, Spritzgussformteil, Blende, Blendrahmen
- 11
- Mittel zur Erwärmung
- 11a
- Elektrische Leiter eines induktiven Heizsystems
- 12
- Ebene (zwischen Temperierteil und Grundteil)
- 12a
- Ebene (der Aufnahmen und Kühlkanäle)
- 13
- Teilbereich
- 14
- Bindenähte
- 15
- Dichtungen
- 15a
- Dichtungsnut
- 16
- Zuleitung Spritzgussmaterial
- 17
- Einspritzstellen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/136743 A1 [0003]
- DE 10257129 B4 [0004]
- DE 102008031391 A1 [0004]
