DE2035966C3 - Heiz- und kühlbare Preßvorrichtung zur Bearbeitung thermoplastischer Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine heiz- und kühlbare Preßvorrichtung zur Bearbeitung thermoplastischer oder anderer unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Wärme verformbarer Materialien, insbesondere zur Herstellung von Schallplatten mit zwei einander gegenüberliegenden, an kühlbaren Formblökken befestigten Matrizen, denen als Heizenergiequelle je eine in den Kühlkanälen des zugehörigen Formblocks isoliert angeordnete Induktionsspule zugeordnet ist.
Aus der DT-AS 12 22 646 ist eine Preßform zur Bearbeitung härtbarer Kunststoffe bekannt, bei der als Heizquelle elektrische Induktionsleiter verwendet werden, die innerhalb der Kühlkanäle des Formblocks angeordnet sind und von einer niederfrequenten Wechselstromquelle, vorzugsweise mit Netzstrom, d. h.

50 Hz, gespeist werden. Diese bekannte Preßvorrichtung hat jedoch, ähnlich wie die bekannten mit Dampf betriebenen Preßformen, den Nachteil, daß jeweils der ganze Formblock erhitzt bzw. anschließend wieder abgekühlt werden muß, so daß sich bei diesen bekannten Preßformen nicht nur hohe Energiekosten, sondern auch, bedingt durch relativ lange Heiz- und Kühlphasen entsprechend lange und damit unwirtschaftliche Zykluszeiten ergeben.
Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Preßvorrichtung zu schaffen, bei der geringere Energiekosten beim Aufheizen und Abkühlen entstehen und kürzere Heiz- bzw. Abkühlphasen erreicht werden. Gemäß der Erfindung die sich auf eine heiz- und kühlbare Preßvorrichtung der eingangs genannten Art bezieht, wird die gestellte Aufgabe in der Weise gelöst, daß der aus wärmeleitfähigem Material bestehende Formblock aus einzelnen Blechstreifen besteht, die in parallel zur Preßrichtung verlaufenden Ebenen nebeneinanderstehend angeordnet und gegeneinander isoliert sind. Der Vorteil einer derart ausgebildeten Preßvorrichtung liegt vor allem darin, daß sowohl der elektrische Teil der Matrizenheizung als auch der Formblock, der im allgemeinen thermisch träge ist völlig kalt bleiben kann, da die Energie-Übertragung durch ein magnetisches Wechselfeld erfolgt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur ein sehr geringer Energiebedarf erforderlich ist, weil im Grenzfall nur die Matrize und damit nur eine verhältnismäßig geringe

Masse erwärmt werden muß. Durch die Tatsache, daß die zu erwärmende Masse sehr gering ist, ergeben sich außerdem sowohl kürzere Aufheizzeiten als auch kürzere Abkühlzeiten, so daß der geramte Preßzyklus schneller ablaufen kann. Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß durch die leichte Steuerbarkeit der Wechselstromquelle in weiten Grenzen ein beliebiger Temperatur-Zeit-Verlauf eingestellt werden Vi nn.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 eine Fonnblockhälfte in einer Schnittdarstel-

Fig.2 den Windungsverlauf der Induktionsspule in den Kühlkanälen eines Formbiocks,

F i g. 3 ein Teilstück einer Induktionsspule,

ρ j g 4 5_ 6,7 verschiedene Ausführungsformen für die Ausbildung eines Formblocks,

Fig.8 eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines aus mehreren Aluminiumblechen bestehenden Formblocks.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer im wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden Formblökken bestehenden Preßvorrichtung, wobei aus Platzgründen lediglich eine Hälfte des unteren Formblocks dargestellt ist. In diesem für Magnetfelder durchlässigen Formblock 1, dessen Material außerdem eine gute Wärmeleitfähigekit besitzt, ist in spiralförmig eingefrästen Kühlkanälen 2 eine mit hochfrequentem Strom gespeiste Induktionsspule 3 vorgesehen. Durch die Kühlkanäle fließt Kühlung des Formblocks 1 und zur Kühlung der mit einer geeigneten Isolierung versehenen Induktorspule 2 eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser. Auf dem Formblock 1 ist über einer Wärmedämmschicht 4 die Matrize 5 aufgespannt, die beispielsweise als Schallplattenmatrize ausgebildet ist. Der Formblock 1 ist ferner über einen kupfernen Abschirmring 6 von einem äußeren Stahlblock 7 eingefaßt, der in Führungssäulen gehalten ist und die Anschlüsse für die Kühlflüssigkeit und die Hochfrequenzenergie trägt. An der unteren Fläche des Formbiocks ist unter einer Isolierplatte 8 für die in den Kühlkanälen 2 umlaufende Kühlflüssigkeit ein Verschlußdeckel 9 vorgesehen, der den Preßdruck weiterleitet und gleichzeitig die Abschirmung des von der Induktionsspule erzeugten Magnetfeldes nach unten übernimmt.

Aus Gründen bester Energieausnutzung wird die gesamte von der Induktionsspule erzeugte magnetische Energie lediglich in der Matrize 5 umgesetzt. In dem die Matrize 5 tragenden Formblock 1 dürfen also keine Wirbelströme entstehen. Außerdem sind sämtliche mit dem Formblock 1 verbundenen Teile einschließlich des Pressentisches durch geeignete Maßnahmen magnetisch abzuschirmen. Damit keine Energie durch die Matrize 5 hindurchtritt, damit also die gesamte Energie von der Matrize absorbiert wird, muß das Eindringmaß für das Matrizenmaterial bei der Arbeitsfrequenz kleiner sein als ¹At der Matrizendicke. Bei Verwendung von Nickel, dessen relative Permeabilität etwa 500 beträgt, ergibt sich bei einer günstigen Arbeitsfrequenz von etwa 10 kHz ein Eindringmaß von etwa 0,07 mm. Bei dieser Frequenz hat Kupfer dagegen noch ein Eindringmaß von 0,67 ram und Aluminium von 0,87 mm. Diese eut leitenden Materialien eignen sich demnach auch als hinreichend verlustlose Abschirmung (vergleiche den Abschirmring 6 und den Verschlußdeckel 9 aus Kupfer). Etwaige Verluste im Verschlußdeckel 9 werden durch sternförmig verlaufende Kühlkanäle 10 gekühlt, die über die in unmittelbarer Nähe des durch einen Zentrierdorn 11 gekennzeichneten Matrizenzentrums angeordneten Kühlkanal 2a mit dem Kühlsystem des Formblocks verbunden sind und die Kühlflüssigkeit S nach außen leiten.

Die Induktionsspule 3 kann in den Kühlkanälen 2 des Formblockes 1 zur Einstellung der gewünschten Temperaturverteilung an der Matrizenoberfläche vertikal verschoben werden. Zu diesem Zweck weisen die ίο Kühlkanäle 2 eine im Vergleich zur Dicke des Leitermaterials der Induktionsspule 3 größeren Tiefe auf. Wenn eine Windung der Spule in die Nähe des unteren Verschlußdeckels 9 geschoben wird, so werden hier überwiegend Wirbelströme induziert, die aber Ii wegen der großen Eindringtiefe in dem hierfür verwendeten gut leitenden Material nur als Blindströme zu werten sind. Für die Matrize 5 verbleibt dann in diesem Bereich nur noch ein geringer Anteil der magnetischen Energie — die Leistungseinströmung in die Matrize kann also durch Verschieben der Spule in die Nähe des Deckels verringert werden. Durch diese Verschiebemöglichkeit einzelner Spulenteile, d. h. durch die Einstellung unterschiedlich gewählter Abstände zwischen einzelnen Spulenteilen und der Matrizenoberfläche, kann in einfacher Weise der gewünschte Temperaturverlauf auf der Matrizenoberfläche erzielt werden. Wird eine Erhöhung der Oberflächentemperatur gewünscht, muß die Induktionsspule 3 mehr in die Nähe der Matrize 5 geschoben werden. Wegen der geringen Eindringtiefe in Nickel aufgrund dessen hoher Permeabilität werden hier überwiegend Wirkströme induziert, die dann die Erwärmung der Matrize bewirken.

Durch Unterteilung der Induktionsspule in räumlich j5 getrennte Einzelspulen wird eine örtlich gesteuerte Erwärmung erreicht was sich in gewissen Fällen auf den Preß- und Fließvorgang günstig auswirkt.

Zur Erzielung eines gleichmäßigen Temperaturverlaufs auf der Matrizenoberfläche ist es erforderlich, daß die Windungen der Induktionsspule in einem weitgehend gleichbleibenden Abstand zur Matrizenoberfläche angeordnet werden. Bei einer Schallplattenmatrize nach F i g. 1 wird eine gleichmäßige Oberflächentemperatur deshalb durch eine scheibenförmige Induktionsspule erzielt werden, wie sie in F i g. 2 schematisch dargestellt ist. Der Durchmesser dieser scheibenförmigen Spule entspricht etwa dem der Matrize 5. Die Wicklung der Induktionsspule besteht aus zwei spiralähnlich ausgebildeten Wicklungshälften 12a, 126. wobei der spiralähnliehe Wicklungsaufbau derart abgewandelt ist, daß mehrere konzentrisch angeordnete halbkreisförmige Windungshälften mit jeweils sprunghaft geänderten kleineren bzw. größeren Durchmessern aneinandergereiht sind. Die beiden Wicklungshelften bestehen dabei aus einer ersten einwärts laufenden »Spirale« der sich eine zweite auswärts laufende »Spirale« anschließt, so daß Anfang und Ende der Spulenwicklung am Scheibenrand vorgesehen sind. Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, schneiden sich die beiden »Spiralen« stets auf einer einzigen Durchmesserlinie der scheibenförmigen Induktionsspule. Die besondere Form dieser Wicklung läßt beide Anschlußenden an der gleichen Stelle aus dem Formblock 13 austreten. Es müssen also keine radial nach außen laufenden Kanäle vorgesehen werden, die die Kühlungsverhäitnisse sehr stark stören würden. Aus den eingezeichneten Pfeilen ist ersichtlich, daß das Kühlwasser durch sämtliche Kanäle von außen nach innen fließt. Von dort wird es dann in einer anderen

Ebene aus der Mitte des Formblocks wieder herausgeführt. Hierzu dienen die in F i g. 1 dargestellten Kühlkanäle 10 im Verschlußdeckel 9, die durch die Isolierscheibe 8 gegen den Formblock 1 abgedeckt werden.

Die Induktionsspule 3 besteht aus einer Kupferlitze 14 mit einer wasserdichten Kunststoffisolierurig 15, wie dies in Fig.3 anhand eines kurzen Leitungsstückes gezeigt ist. Die isolierte Kupferlitze ist außerdem mit einer schraubenförmig aufgewickelten Kunststoff-Schnur 16 versehen, die mit großer Steigung uufgewikkelt ist. Außerdem sind die Durchmesser von Kupferlitze 14 samt Isolierung 15 und Schnur 16 so bemessen, daß die Spule fest in den Kühlkanälen eingeklemmt wird und trotzdem noch von allen Seiten mit hinreichend viel Kühlwasser umspült wird.

Aus der Forderung nach Wirbelstromfreiheit und guter Wärmeleitfähigkeit für das Material des Formblocks ergeben sich insofern Schwierigkeiten, weil bei den metallischen Werkstoffen die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit durch das Wiedemann-Franz'sche Gesetz gleichsinnig miteinander verknüpft sind. Dieser strenge Zusammenhang läßt sich jedoch umgehen, wenn der Formblock aus einzelnen Blechstreifen zusammengesetzt wird, die in parallel zur Preßrichtung verlaufenden Ebenen nebeneinanderstehend aneinandergereiht und miteinander verklebt sind. Die Blechstreifen sind dabei entweder gestreckt oder, wieindenF i g. 4und5dargestellt,gewinkeltbzw.gewellt, wobei die beiden letztgenannten Formen vorteilhafter sind, weil dann die einzelnen Blechstreifen von den Kühlkanälen öfter geschnitten werden. Ein derartiger Aufbau für den Formblock macht es möglich, daß der Wärmestrom in vorwiegend senkrechter, d.h. parallel zur Blechstreifenebene verlaufender Richtung fließen kann, während die induzierten Wirbelströme, die sich nur in horizontaler Richtung ausbilden können, durch die zwischen den Blechstreifen vorgesehenen Klebeisolierschichten unterbrochen werden.

Diese spezielle Form der Lamellierung gestattet es, daß die erforderliche Druckfestigkeit des Formblocks durch die eingefrästen, die Induktionsspule aufnehmenden Kühlkanäle nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Auch hinsichtlich der Kühlbarkeit ergeben sich keine Schwierigkeiten, da nahezu jeder Punkt der Formblockoberfläche metallisch mit den Kühlkanälen in Verbindung steht, so daß eine gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet ist.

In den F i g. 6 und 7 sind weitere Ausführungsbeispiele für den Aufbau von kreisförmigen Formblöcken dargestellt. Hier ist der Formblock, jeweils in mehrere kuchenstückartig ausgebildete und miteinander verklebte Segmente unterteilt, wobei jedes Segment wiederum aus einzelnen geraden, geknickten oder gewellten

ίο Blechstreifen zusammengesetzt ist. Ein derartiger Aufbau bietet hinsichtlich der Entstehung eines rotationssymmetrischen Magnetfeldes besondere Vorteile.
Als Material für den Formblock eignet sich in

i] besonderem Maße Aluminium, wobei die Dicke der einzelnen Blechstreifen wegen der sonst auftretenden Wirbelstromverluste auf etwa 1,5 mm begrenzt ist. Gewellte Bleche werden in einem Gesenk geformt, damit sich eine längs der Wellung gleichmäßige

*o Blechdicke und folglich eine gleichmäßig dicke Klebefuge zwischen jeweils zwei Blechstreifen ergibt Vor dem Zusammenkleben werden die einzelnen Aluminiumbleche mit einer elektrolytisch aufgetragenen Oxydationsschicht versehen, damit eine ausreichende Isolation

2} zwischen den einzelnen Blechen gewährleistet wird. Aus den miteinander verklebten Blechen wird schließlich durch Plandrehen, Ausfräsen der Kühlkanäle ein Formblock nach Fig. 1, 2, 6, 7 gebildet Da es beim Bearbeiten der mit einer Isolationsschicht versehenen Blechstreifen leicht passieren kann, daß benachbarte Blechstreifen durch Grate überbrückt und damit kurzgeschlossen werden, ist es erforderlich, diese Kurzschlußbrücken zunächst durch einen Ätzvorgang abzutragen und die freigelegten Stellen mit einer neuen Oxydationsschicht zu versehen. Das erneute Auftragen der Oxydationsschicht bereitet jedoch gewisse Schwierigkeiten, weil zwischen den einzelnen Blechen keine elektrische Verbindung besteht und deshalb jedes der miteinander verklebten Bleche einzeln kontaktiert werden muß. Zu diesem Zweck ist, wie aus Fig.8 ersichtlich, an der Mantellinie des Formblocks 17 eine Nut vorgesehen, in die mittels eines Spannringes 18 ein Quetschkörper 19 aus weichgeglühtem Aluminium-Profil eingeklemmt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

/7 Patentansprüche:

1. Heiz- und kühlbare Preßvorrichtung zur Bearbeitung thermoplastischer oder anderer unter gleichzeitiger Einwirkung von Dru ind Wärme verformbarer Materialien, insbesonc . e zur Herstellung von Schallplatten mit zwei einander gegenüberliegenden, an kühlbaren Formblöcken befestigten Matrizen, denen als Heizenergiequelle je eine in den Kühlkanälen des zughörigen Formblocks isoliert angeordnete Induktionsspule zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus wärmeleitfähigem Material bestehende Formblock (1) aus einzelnen Blechstreifen besteht, die in parallel zur Preßrichtung verlaufenden Ebenen nebeneinanderstehend angeordnet und gegeneinander isoliert sind.

2. Preßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Blechstreifen Aluminium gewählt ist, dessen Oberfläche mit einer elektrolytisch aufgetragenen Oxydationsschicht versehen ist und daß die einzelnen Blechstreifen miteinander verklebt sind.

3. Preßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstreifen gewellt oder zickzackförmig gebogen sind.

4. Preßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines kreisförmigen Formblocks (1) dieser in einzelne Segmente unterteilt ist.

5. Preßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Formblock (1) und Matrize (5) eine Wärmedämmschicht (4) vorgesehen ist.

6. Preßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Induktionsspule (3) bezüglich ihres Abstandes zur Matrizenoberf'äche verschiebbar angeordnet sind.

7. Preßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Induktionsspule (3) in einem weitgehend gleichbleibenden Abstand zur Matrizenoberfläche angeordnet sind.

8. Preßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung der Induktionsspule (3) aus zwei spiralförmig angeordneten Wicklungshälften aufgebaut ist, derart, daß sich einer ersten einwärts laufenden Spirale eine zweite auswärts laufende Spirale anschließt, so daß Anfang und Ende der Spulenwicklung am Scheibenrand vorgesehen sind.

9. Preßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Induktionsspule aus zwei Wicklungshälften aufgebaut ist und die Wicklungen auf mehreren konzentrisch angeordneten Kreisen verlaufen, wobei die Wicklungen der ersten Wicklungshälfte nach Durchlauf eines halben Kreisumfangs auf den jeweils nächsten Kreis größeren Durchmessers vjrlaufen und die Wicklungen der anderen Wicklungshäifte auf den jeweils nächsten Kreis kleineren Durchmessers verlaufen, so daß sich die Wicklungen der Wicklungshälften schneiden und säffitiiche Schnittpunkte auf einer durch den Mittelpunkt der Vorrichtung gehenden Linie liegen.

10. Preßvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einer der beiden Wicklungshälften (12a, t2b) zugeordneten Kühlkanäle (2) miteinander verbunden sind und zusammen ein in sich geschlossenes Kühlsystem bilden.

11. Preßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem derart ausgebildet ist, daß die Kühlflüssigkeit an der Formblockperipherie zugeführt und im Formblockzentrum abgeleitet ist.

12. Preßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ίο gekennzeichnet, daß die aus dem Formblock (1)

abgeleitete Kühlflüssigkeit in einer außerhalb der Kühlkanalebene verlaufenden Ebene an die Formblockperipherie zurückgeführt ist.

13. Preßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kühlkanälen (2) des Formblocks (1) angeordnete isolierte Leitermaterial der Induktionsspule (3) zum Festklemmen im Kühlkanal von einer schraubenartig aufgewickelten Kunststoff-Kordel oder Schnur (16) umgeben ist.