DE29707376U1 - Injection mold for the production of molded parts from thermoplastic - Google Patents
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Description
Spritzgießwerkzeiig für die Herstellung von Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff Injection molding tools for the production of molded parts made of thermoplastic
Die Erfindung betrifft ein Spritzgießwerkzeug für die Herstellung von Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, in das plastifizierte Kunststoffschmelze eingespritzt wird, wobei das Spritzgießwerkzeug mindestens zweiteilig ist.The invention relates to an injection molding tool for the production of molded parts made of thermoplastic material, into which plasticized plastic melt is injected, wherein the injection molding tool is made up of at least two parts.
Neue Entwicklungen in der Spritzgießtechnologie versuchen, immer kleinere Teile aus Kunststoff formgenau herzustellen. Es ist nämlich in jüngerer Zeit der Bedarf aufgetreten, Spritzgießformteile mit besonders kleinen Ausmaßen herzustellen. Hier sind mikro-mechanische Bauteile (z. B. Mikrozahnräder fur Kleinstpumpen), medizintechnische Kleinteile und optoelektronische Elemente (z. B. Teile für Lichtleiter) als Beispielbauteile zu nennen. Die Herstellung solcher Teile mit bekannten Spritzgießmaschinen führt zu Problemen.New developments in injection molding technology are attempting to produce ever smaller plastic parts with precise dimensions. Recently, there has been a need to produce injection molded parts with particularly small dimensions. Examples of components include micro-mechanical components (e.g. micro gears for micro pumps), small medical components and optoelectronic elements (e.g. parts for light guides). The production of such parts with known injection molding machines leads to problems.
Eines dieser Probleme ist durch die thermodynamischen Gegebenheiten beim Spritzgießen bedingt. Die Schmelze wird aufgeschmolzen - also heiß - ins Werkzeug eingebracht, wo sie dann abkühlen muß, bis das Kunststoffinaterial formstabil ist, bevor es entformt werden kann. Da bei der Herstellung von kleinen Formteilen diese häufig Gewichte von nur wenigen Milligramm aufweisen, ist klar, daß vorbekannte Vorrichtungen hier denkbar ungünstig sind, nachdem dann nämlich die Wärmekapazität des Werkzeugs selber bis zu sechs Größenordnungen und mehr höher liegt als diejenige des Formteils.One of these problems is caused by the thermodynamic conditions during injection molding. The melt is melted - i.e. hot - into the tool, where it then has to cool down until the plastic material is dimensionally stable before it can be removed from the mold. Since small molded parts are often produced with weights of just a few milligrams, it is clear that previously known devices are extremely unfavorable here, since the heat capacity of the tool itself is up to six orders of magnitude or more higher than that of the molded part.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neue Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, die thermodynamischen Gegebenheiten beim Spritzgießen insbesondere kleiner Formteile zu verbessern und einen verbesserten Wärmetransport aus der Werkzeugkavität und in diese hinein zu ermöglichen.The invention is therefore based on the object of creating a new device with which it is possible to improve the thermodynamic conditions during injection molding, in particular of small molded parts, and to enable improved heat transport from and into the mold cavity.
Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch in das Spritzgießwerkzeug (1,2) integrierte Halbleiterelemente (5), die geeignet sind, nach Anlegen einer elektrischen Spannung (4) einenThe solution to the problem by the invention is characterized by semiconductor elements (5) integrated into the injection mold (1, 2), which are suitable for generating a
Wärmetransfer (Q) im Spritzgießwerkzeug (1, 2) oder in Teilen davon durch den Peltier-Effekt zu bewerkstelligen.Heat transfer (Q) in the injection mold (1, 2) or in parts thereof through the Peltier effect.
Die Erfindung bedient sich also des sog. Peltier-Effekts, der zu einem Wärmetransport führt, wenn an speziell dotierte Halbleiterelemente eine elektrische Spannung angelegt wird (s. z. B. Prospekt der Firma MELCOR: "MELCOR ... World Leader in Thermoelectrics", über Wolfgang Knap Ges. m. b. H. & Co. KG, Wien). Zwar können mit Peltier-Elementen nur relativ geringe Wärmemengen pro Zeit übertragen werden, da es im gegenständlichen Falle des Spritzgießens von Mikro-Formteilen aber auch nur um geringe Wärmemengen geht, die für die Erstarrung des Formteils abtransportiert werden müssen, eignen sich derartige Halbleiterelemente gut.The invention therefore makes use of the so-called Peltier effect, which leads to heat transport when an electrical voltage is applied to specially doped semiconductor elements (see, for example, the MELCOR brochure: "MELCOR ... World Leader in Thermoelectrics", via Wolfgang Knap Ges. m. b. H. & Co. KG, Vienna). Although Peltier elements can only transfer relatively small amounts of heat per unit of time, since in the case of injection molding of micro-molded parts, only small amounts of heat are involved that have to be transported away for the solidification of the molded part, such semiconductor elements are well suited.
Beim klassischen Spritzgießen erfolgt der Wärmetransport im wesentlichen alleine durch Wärmeleitung (Wärme fließt bei kaltem Werkzeug und heißer Schmelze über Wärmeleitung ab). Mittels des Peltier-Effekts kann nun diese Art des Wärmetransports gezielt unterstützt werden.In classic injection molding, heat transport occurs essentially solely through thermal conduction (heat flows away via thermal conduction when the tool is cold and the melt is hot). This type of heat transport can now be specifically supported using the Peltier effect.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, daß das Werkzeug Steck- bzw. Schleifkontaktverbindungen (9) für die Übertragung mechanischer Kräfte und/oder Steck- bzw. Schleifkontaktverbindungen (9) für die Übertragung elektrischer Energie aufweist, die in eine oder mehrere entsprechende Aufnahmen (10) in einer Werkzeugträgerplatte (11) eingesteckt werden. Dies hat seine Bedeutung darin, daß für das Spritzen von Kleinstformteilen meist auch entsprechend kleine Spritzgießwerkzeuge eingesetzt werden, die recht handlich sind und per Hand in entsprechende Aufnahmen einer Trägerplatte eingesteckt werden können. Damit wird ein modularer Maschinenaufbau möglich, der in seiner Funktionalität durch Steck- bzw. Schleifkontaktverbindungen unterstützt wird.Advantageously, the tool has plug-in or sliding contact connections (9) for the transmission of mechanical forces and/or plug-in or sliding contact connections (9) for the transmission of electrical energy, which are inserted into one or more corresponding receptacles (10) in a tool carrier plate (11). This is important in that small injection molding tools are usually used for the injection molding of very small molded parts, which are quite handy and can be inserted by hand into corresponding receptacles in a carrier plate. This makes a modular machine structure possible, the functionality of which is supported by plug-in or sliding contact connections.
In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, daß die mindestens zwei Teile des Spritzgieß Werkzeugs (1, 2) für den Zusammenhalt der Teile permanentmagnetisch und/oder elektromagnetisch sind.In this context, it can also be provided that the at least two parts of the injection molding tool (1, 2) are permanently magnetic and/or electromagnetic for holding the parts together.
Im Sinne der eingangs beschriebenen thermodynamischen Problematik kann es vorteilhaft sein, daß das Werkzeug im wesentlichen aus schlecht wärmeleitendem Material (7), insbesondere Keramik, besteht, und daß es nur im wesentlichen im Bereich der Kavitätsoberfläche mit Metall (8) beschichtet ist.In the sense of the thermodynamic problem described at the beginning, it can be advantageous for the tool to consist essentially of poorly heat-conducting material (7), in particular ceramic, and for it to be coated with metal (8) only essentially in the area of the cavity surface.
In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt schematisch den Schnitt durch ein Spritzgießwerkzeug.The drawing shows an embodiment of the invention. The figure shows a schematic section through an injection molding tool.
Das Spritzgießwerkzeug besteht aus zwei zusammenwirkenden Teilen 1 und 2. Plastifizierte Kunststoffschmelze 3 wird über eine Kunststoff-Einspritzdüse in die Werkzeugkavität injiziert. Das Werkzeug ist bei thermoplastischer Verarbeitung kalt, die plastifizierte Schmelze ist heiß, so daß zwecks Formstabilisierung der Schmelze in der Werkzeugkavität Wärme aus dem Werkzeug abgeführt werden muß. Hierbei ist zu bedenken - die Maßstabsverhältnisse in der Figur geben das nicht wieder -, daß die Schmelzemenge, die zur Füllung der Kavität nötig ist, unter Umständen nur wenige Milligramm ausmacht. Zur Unterstütztung des Wärmetransports (Wärmestrom Q) aus dem Werkzeug ist ein Halbleiterelement 5 zur Erzeugung des Peltier-Effekts angeordnet. Dieses kann an eine Stromquelle 4 angeschlossen werden, um den Peltier-Effekt zu initiieren.The injection molding tool consists of two interacting parts 1 and 2. Plasticized plastic melt 3 is injected into the tool cavity via a plastic injection nozzle. During thermoplastic processing, the tool is cold, the plasticized melt is hot, so that heat must be removed from the tool in order to stabilize the shape of the melt in the tool cavity. It should be noted here - the scale in the figure does not reflect this - that the amount of melt required to fill the cavity may only be a few milligrams. To support the heat transport (heat flow Q) from the tool, a semiconductor element 5 is arranged to generate the Peltier effect. This can be connected to a power source 4 to initiate the Peltier effect.
Neben der Abkühlung des Werkzeugs zwecks Verfestigung der injizierten Schmelze spielt - vor dem Einspritzen von Schmelze - auch die Vorwärmung des Werkzeugs eine Rolle, um insbesondere bei kleinen Formteilen einen ordnungsgemäßen Schmelzefluß bis in die äußersten Bereiche der Formkavität zu gewährleisten. Hierzu kann durch Umpolung des Stroms bzw. der Spannung 4 mittels des Peltier-Elements 5 ein Wärmestrom Q in Richtung Werkzeugkavität bewerkstelligt werden. Unterstützt werden kann die Vorwärmung durch induktive Aufheizung, was schematisch durch die induktiven Heizelemente 6 angedeutet ist.In addition to cooling the tool to solidify the injected melt, preheating the tool also plays a role before injecting the melt, in order to ensure proper melt flow to the outermost areas of the mold cavity, particularly in the case of small molded parts. To do this, a heat flow Q in the direction of the tool cavity can be achieved by reversing the polarity of the current or voltage 4 using the Peltier element 5. Preheating can be supported by inductive heating, which is schematically indicated by the inductive heating elements 6.
Zur Optimierung der thermodynamischen Verhältnisse im Werkzeug 1, 2 besteht dies im skizzierten Falle überwiegend aus einem schlecht wärmeleitenden Material 7, z. B. Keramik. Lediglich im Bereich der Werkzeugkavität ist das Keramikmaterial mit Metall 8 beschichtet.In order to optimize the thermodynamic conditions in the tool 1, 2, in the case outlined, this mainly consists of a poorly heat-conducting material 7, e.g. ceramic. Only in the area of the tool cavity is the ceramic material coated with metal 8.
Zum leichten Auswechseln des Werkzeugs 1, 2 kann dieses über zwei Steck- bzw. Schleifkontaktverbindungen 9 in eine Werkzeugträgerplatte 11 eingesteckt werden, wobei die Verbindungen 9 ^n entsprechende Aufnahmen 10 passen. Diese Steckverbindungen gewährleisten nicht nur einen mechanischen Halt des Werkzeugs auf der Platte 1, über diese Verbindungen kann auch das oder die Peltier-Elemente 5 mit Strom versorgt werden.To easily replace the tool 1, 2, it can be plugged into a tool carrier plate 11 via two plug or sliding contact connections 9, whereby the connections 9 fit into corresponding receptacles 10. These plug connections not only ensure that the tool is mechanically held on the plate 1, but the Peltier element(s) 5 can also be supplied with power via these connections.
Möglich ist es auch, daß die beim Abfuhren von Wärme per Peltier-Element aus dem Werkzeug übertragene Energie in einem - nicht dargestellten - Kondensator gespeichert wird und bei der sich fur den nächsten Zyklus anschließenden Aufwärmung wiederverwendet wird. Die dabei auftretenden Verluste können dabei ggf. durch die Wärmeenergie der Schmelze ausgeglichen werden.It is also possible that the energy transferred from the tool when heat is removed by the Peltier element is stored in a capacitor (not shown) and reused during the subsequent heating for the next cycle. The losses that occur can be compensated for by the thermal energy of the melt.
Die Abfuhr von Wärme aus dem Werkzeug bzw. aus Teilen davon kann auch durch flüssige Medien, insbesondere durch Kühlöl oder Kühlwasser, erleichtert werden. Diese Medien können auch - nach entsprechender Temperierung - zur Unterstützung der Erwärmung des Werkzeugs diesem bzw. Teilen von diesem zugeführt werden. Die Wärmeabfuhr kann auch alternativ oder additiv durch metallische Wärmebrücken (Metalleinsätze im Werkzeug) bewerkstelligt werden.The removal of heat from the tool or parts thereof can also be facilitated by liquid media, in particular cooling oil or cooling water. These media can also - after appropriate tempering - be supplied to the tool or parts of it to support the heating of the tool. Heat removal can also be achieved alternatively or additionally by metallic thermal bridges (metal inserts in the tool).
1,2 Spritzgießwerkzeug1.2 Injection molding tool
3 plastifizierte KunststofFschmelze3 plasticized plastic melt
4 elektrische Spannung / elektrischer Strom4 electrical voltage / electrical current
5 Halbleiterelement5 Semiconductor element
6 induktives Heizelement6 inductive heating element
7 Teile des Werkzeugs aus schlecht wärmeleitendem Material (Keramik)7 Parts of the tool made of poor heat-conducting material (ceramic)
8 Metallbeschichtung8 Metal coating
9 Steck- bzw. Schleifkontaktverbindungen9 Plug-in or sliding contact connections
10 Aufnahme fur Steckkontakt10 Receptacle for plug contact
11 Werkzeugträgerplatte11 Tool carrier plate
WärmestromHeat flow
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
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| R163 | Identified publications notified |
Effective date: 19970908 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20000608 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20030429 |
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| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20051101 |