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Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau von Formen zum
Formpressen von Thermoplasten.
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Formpressen von glasfaserverstärkten thermoplastischen
Schichten ist ein vielversprechendes Verfahren zur Herstellung
von verhältnismäßig dünnen, ausgedehnten und widerstandsfähigen
Teilen, wie z.B. Auto-Motorhauben, -Türen und -Verkleidungen.
Eine wichtige Vorbedingung für die Verwendung von
glasfaserverstärkten Verbunderzeugnissen für Anwendungen bei
Kraftfahrzeugen ist eine Oberfläche der Klasse A. Obwohl es
keine allgemein anerkannte Spezifikation gibt, ist die
Oberfläche der Klasse A eine glänzende, glatte und polierte
Oberfläche, die so glatt wie diejenige von allgemein üblichen
Außenteilen von Kraftfahrzeugen sein sollte, die aus
Blechtafeln hergestellt sind.
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Allgemein übliche Formgebungsverfahren für glasfaserverstärkte
thermoplastische Verbundschichten beginnen mit Erwärmen der
Verbundrohlinge in einem Ofen, typischerweise in Infrarot- oder
Heißluft-Konvektions-Öfen. Das Material wird über seinen
Schmelzpunkt oder, wenn es ein amorphes Material ist,
mindestens beträchtlich über seine Glasübergangstemperatur
erwärmt. Die heißen Rohlinge werden dann zwischen kalten
Formoberflächen (Oberflächen mit Temperaturen niedriger als der
Schmelzpunkt oder die Glasübergangstemperaturen) gepreßt, die
sich typischerweise auf 79-121ºC (175º-250ºF) befinden. Ein
Formgebungsdruck von 7,72 bis 30,89 MPa (eine halbe Tonne/sq.
in. bis zwei Tonnen/sq. in.) wird während einer typischen
Zyklusdauer von 45-60 Sekunden auf die Form ausgeübt.
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Wenn die Verbundrohlinge erwärmt werden, dehnen sie sich
aufgrund der Rückstellkräfte in den Fasern aus (sie schlagen
hoch). Die Oberfläche der expandierten Rohlinge kühlt dann
während ihrer Überführung zur Form ab, was "erstarrtes" Harz
auf der Oberfläche zur Folge hat. Pressen dieses Rohlings in
der kalten Form erzeugt Oberflächen, die nicht vollständig mit
Harz aufgefüllt sind, obwohl sich etwas heißes geschmolzenes
Material vom inneren Kern zur Oberfläche bewegt. Dies
verursacht nicht aufgefüllte Bereiche in Form von freigelegten
Fasern und Oberflächenporosität oder Hohlräumen. Da das Harz
an der kalten Oberfläche erstarrt ist und nicht fließt, werden
auch rauhe Grenzflächen zwischen den gefüllten und neu
gebildeten Bereichen erzeugt. Diese freigelegten Fasern,
porösen Bereiche und Grenzflächen des Rohlings sind die
hauptsächlichen Anzeichen von Oberflächenrauhigkeit, obwohl
andere physikalische Prozesse, wie z.B. differentielle
thermische Volumenkontraktion zwischen den Fasern und Harzen,
auch Oberflächenrauhigkeit und/oder Welligkeit zur Folge haben
kann.
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Kürzlich hat man gefunden, daß man bei der Blasformgebung unter
Verwendung einer Formgebung mittels einer heißen Oberfläche von
reinem Harz glatte Oberflächen erhalten kann. Bei der
Blasformgebung wird das Harz der Form als Vorformling
zugeführt. Diese Verfahren, die auf einem Durchlaufen der
Temperatur von Formoberflächen unter Verwendung von Heiz- und
Kühlfluiden beruhen, erhöhen die Zykluszeit des Verfahrens und
verwenden sehr komplexe Steuerschemata, die der Hauptnachteil
dieser Verfahren sind. Diese Verfahren sind nur für die
Blasformgebung von reinen Harzen demonstriert worden.
Formpressen von Verbundschichten unterscheidet sich sehr von
der Blasformgebung von reinen Harzen. Das Erwärmen von
Verbundschichten läßt die Fasern hochschlagen und erzeugt an
den Oberflächen freiliegende Fasern. Versuche, mit
Verbundschichten glatte Oberflächen zu erhalten, haben den
Versuch eingeschlossen, die Struktur der Verbundschichten so
zu verändern, daß die Außenschichten auf den Verbundschichten
reines Harz aufweisen, wobei manchmal Sperrschichten vorgesehen
sind, um zu verhindern, daß die in den mittleren Lagen
gelegenen Fasern an die Oberfläche kommen. Diese Schichten
konnten dann unter Verwendung herkömmlicher Formpreßverfahren
geformt werden.
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Die EP-A-0154970 offenbart eine mit dem Oberbegriff des
Anspruchs übereinstimmende Form zur Herstellung von
Ausweiskarten, die eine Presse zum Zusammenkleben einer Anzahl
Folienschichten einschließt, die eine untere Presse und eine
obere Presse aufweist. Jede Presse ist mit einem Heizelement,
das als Heizwiderstandselement ausgebildet ist, und einer
Isolierschicht versehen, die zwischen dem Heizelement und einem
Metallblock angebracht ist, der einen Teil jeder Presse bildet,
auf die eine Preßkraft ausgeübt wird. Jeder Metallblock wird
gemeinsam mit der Isolierschicht gekühlt, so daß seine
Temperatur während des Klebe- und Abkühlungsverfahrens konstant
bleibt.
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Die US-A-3804362 offenbart eine Form zum schnellen Formen von
Material, wobei das Material zu Beginn eine warme Form benötigt
und die Form danach schnell abgekühlt werden mußte, um das
Material schnell zu verfestigen, wobei die Form Peltierelemente
zum Erwärmen oder Abkühlen des Kunststoffs, je nach
Stromrichtung in den Peltierelementen, in der Form umfaßt.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine mehrschichtige
Verbundform bereitzustellen, die ohne größere Abwandlungen in
allgemein üblichen Formgebungssystemen verwendet werden kann
und verstärkte thermoplastische Verbundschichten in
Fertigprodukte preßformen kann, welche glatte Oberflächen und
ein Minimum an freigelegten Fasern, Porosität sowie
Grenzflächen des Rohlings aufweisen.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
mehrschichtige Verbundform bereitzustellen, die den benötigten
Formgebungsdruck verringert und deshalb die Größe der Presse
verringert, was bei der Herstellung von großen Teilen besonders
wichtig ist.
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Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
mehrschichtige Verbundform bereitzustellen, die kurze
Zykluszeiten zur Folge hat und deshalb einen erhöhten Durchsatz
für jeden Formgebungsvorgang aufweist.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Form, die zwei
Formhälften umfaßt, zum Formpressen von vorerhitzten
thermoplastischem Harz zu Endproduktteilen bereit, bei der jede
Formhälfte mehrschichtig ist und einen Kern, der eine
Oberfläche mit einer Gestalt, die der Geometrie des
auszuformenden Teiles angepaßt ist, und Durchgangswege für
Kühlmittel aufweist; eine Isolierschicht, die an die
konturierte Oberfläche des Kerns gebunden ist, die anfängliches
Kühlen des vorerhitzten thermoplastischen Harzes während des
Formgebungsvorgangs verlangsamt, und eine Hautschicht, die an
die Isolierschicht gebunden ist und die Formoberfläche und die
Oberflächeneigenschaften bestimmt und eine Gestalt aufweist,
die der Kontur des auszuformenden Teiles folgt, umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Isolierschicht und dem Kern
eine Mehrzahl von Thermoelementen, die elektrisch in Reihe
geschaltet sind, wobei jedes Halbleiter vom P-Typ und vom N-Typ
umfaßt, und Einrichtungen zum Zuführen von Gleichstrom an die
Thermoelemente in unterschiedlicher Richtung gelegen sind, um
die Hautschicht jeweils entsprechend zu heizen bzw. zu kühlen.
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Die Erfindung kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungsfiguren verstanden werden.
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Figur 1 ist ein teilweiser Seitenriß, teilweise im Schnitt, von
oberen und unteren mehrschichtigen Formhälften;
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Figur 2 zeigt die Formhälften von Figur 1 mit einer
Schnittansicht einer thermoplastischen Verbundschicht, die
sich zwischen den Formhälften befindet;
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Figur 3 ist ein Diagramm, das die Berechnung des zeitlichen
Verlaufes der Wärmeübertragung durch die
Mehrschichtstruktur des Formgebungssystems, beginnend mit
dem Schließen der Form, zeigt;
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Figur 4 ist ein Diagramm, das die Berechnung des zeitlichen
Verlaufes der Wärmeübertragung für das Mehrschichtsystem
von Figur 3 zeigt, beginnend mit dem Schließen der Form,
wenn die metallische Hautschicht der Form vorerhitzt ist;
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Figur 5 ist ein Diagramm, das die Temperatur an der Oberfläche
eines Verbundstoffs kurz nach dem Schließen der Form für
drei verschiedene Formen, nämlich eine Form mit einer
vorerhitzten Haut auf einer Isolierschicht, eine Form mit
einer kalten Schicht auf einer Isolierschicht und eine
kalte Form ohne eine Isolierschicht zeigt, wobei die Form
auf 107ºC (225ºF) abgekühlt ist;
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Figur 6 ist ein Diagramm, das die Temperatur der Mittenlinie
des Verbundstoffs in jeder der drei Formen von Figur 5 10
bis 60 Sekunden nach der Formgebung zeigt;
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Figur 7 ist ein Diagramm, das die Temperatur an der Oberfläche
bei einem Verbundstoff bei den drei Formen von Figur 5
zeigt, wenn die Form auf 79ºC (175ºF) abgekühlt ist;
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Figur 8 ist ein Diagramm, das die Temperatur der Mittenlinie
des Verbundstoffs 10 bis 60 Sekunden nach Schließen der
Form für die drei Formen der Figur 5 zeigt, wenn die
Formtemperatur auf 79ºC (175ºF) gehalten wird;
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Figur 9 ist ein teilweiser Seitenriß im Schnitt von oberen und
unteren mehrschichtigen Formhälften in Übereinstimmung mit
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Figur 10 zeigt die Formhälften von Figur 9 mit einer
Schnittansicht einer thermoplastischen Verbundplatte, die
sich nach Schließen der Form zwischen den Formhälften
befindet;
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Figur 11 ist ein teilweiser Seitenriß im Schnitt von oberen und
unteren mehrschichtigen Formhälften in Übereinstimmung mit
einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung; und
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Figur 12 zeigt die Formhälften von Figur 11 mit einer
Schnittansicht einer thermoplastischen Verbundplatte nach
Schließen der Form.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen durchweg
gleiche Elemente bezeichnen, und besonders in den Figuren 1 und
2 ist ein teilweiser Seitenriß einer mehrschichtigen Form
dargestellt. Jede der Formhälften 11 umfaßt einen Kern 13 aus
einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wobei die
zusammenpassenden Formoberflächen mit einer dünnen thermisch
isolierenden Schicht 15 bedeckt sind. Die thermische
Isolierschicht kann aus einem Material mit geringer
Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, wie z.B. Kunststoffen,
Plastverbundstoffen, porösen Metallen, Keramiken und
Metallegierungen mit geringer Leitfähigkeit. Andere Materialien
mit geringer Wärmeleitfähigkeit, die für eine Isolierung
verwendet werden, könnten auch verwendet werden. Eine harte
Hautschicht 17 bedeckt die Isolierschicht. Die harte
Hautschicht umfaßt eine dünne Schicht aus glattem hartem
Metall, Keramik oder einem anderen harten Festkörper, der die
notwendige mechanische Festigkeit bereitstellt, während er dem
geformten Objekt eine glatte Oberfläche verleiht. Die harte
Hautschicht 17 und die Isolierschicht 15 können beispielsweise
durch Laminierung, Ablagerung oder Sinterung angebracht werden.
Das Kernmaterial 13 von hoher Leitfähigkeit stellt eine gute
Wärmeübertragung zur und von der Isolierschicht bereit. Das
Kernmaterial wird mit Hilfe von Durchgangswegen 21 gekühlt, die
Kühlflüssigkeiten aufnehmen können. Das Kernmaterial kann
Werkzeugstahl umfassen, aber weichere, weniger kostspielige
Metalle, wie z.B. Aluminium, können alternativ verwendet
werden. Die Kernteile der Formhälften kommen nicht mit dem
Verbundmaterial 12 in Berührung, das geformt wird, wodurch sie
keiner Abnutzung durch das Material, das geformt wird,
ausgesetzt sind.
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Ein Verfahren zur Herstellung der mehrschichtigen Form umfaßt
die Herstellung einer Replik des zu formenden Teils aus Graphit
oder Metall. Die beiden Metallkernhälften werden maschinell so
bearbeitet, daß sie der Kontur der Replik folgen. Eine harte
Hautschicht wird durch chemische Gasphasenabscheidung oder
Plasmaabscheidung von 0,25-2,54 mm (10-100 mils) Metall auf dem
Graphitteil hergestellt. Die Formhälften werden auf beiden
Seiten des Graphitteils angeordnet, wobei sie unter Abstand
angeordnet sind, um einen Raum für die Isolierschicht frei zu
lassen. Der Raum wird dann als Formhohlraum für einen
Hochtemperatur-Plastverbundstoff oder zum Bilden und Sintern
von porösem Metall oder Keramik verwendet. Die Graphitreplik
wird dann entfernt, und zwei mehrschichtige Formhälften bleiben
übrig. Ein anderes Verfahren besteht darin, asymmetrische
keramische Verbundstoffe mit einem Material von hoher Dichte
an der Oberfläche und porösen Materialien für die übrige
Isolierschicht herzustellen.
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Das Formgeben an heißen Oberflächen verringert signifikant
Oberflächenverunreinigungen auf preßgeformten Teilen von
Verbundstoffen mit Faseranteilen von 30 bis 40%. Die
Isolierschicht ermöglicht, daß geschmolzener Kunststoff, der
über die dünne Metallhaut mit der Isolierschicht in Verbindung
tritt, heiß bleibt und langsam abkühlt. Dies hat für eine kurze
Zeitspanne eine heiße Kunststoffoberfläche zur Folge. Wenn der
geschmolzene Kunststoff gepreßt wird, füllt das Harz die
geschmolzenen Oberflächen vollständig aus, was eine glatte
Oberflächenbeschaffenheit zur Folge hat.
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Um eine hohe Oberflächentemperatur des Harzes nach Berührung
mit der kalten Formoberfläche zu erhalten, ist ein Vorheizen
des Kunststoffs auf eine so hohe Temperatur wie möglich
erforderlich. Wenn dem Kunststoff genügend Wärme zugeführt
werden kann, ist es nicht notwendig, die Formoberfläche zu
erwärmen. Deshalb kann unter Verwendung einer Isolierschicht
ohne irgendeine zusätzliche Erwärmung der Formoberfläche eine
glatte Oberfläche hergestellt werden. Jedoch kann ein
geringfügiges Vorheizen der Formoberflächenschicht erforderlich
sein, um einen Kunststoff mit einer hohen
Glasübergangstemperatur oder einem hohen Schmelzpunkt zu
verarbeiten oder um ein stärkeres Fließen des Harzes bei
demselben Druck bereitzustellen. Ein Vorheizen der
Formoberfläche kann beispielsweise durch Infraroterwärmen,
Erwärmen durch einen elektrischen Strom, Erwärmen durch
Festkörperleitung, Induktionserwärmung, Hochfrequenzerwärmung,
Erwärmung mittels Mikrowellen oder thermischen Fluiden erreicht
werden. Die Dicke sowohl der harten festen Hautschicht als auch
der Schicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit werden durch die
Zyklusdauer, mechanische Festigkeit und Vorheiztemperatur des
Kunststoffes bestimmt. Bei der bevorzugten Bauart der
mehrschichtigen Form ist die Hautschicht und die Schicht von
geringer Wärmeleitfähigkeit dauerhaft am Kern befestigt. Jedoch
kann jede Schicht vom Kern oder können die Schichten
voneinander trennbar gemacht werden.
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Die Berechnung der Dynamik des Wärmeübergangs von
mehrschichtigen Systemen durch Simulation des Preßformens von
Verbundplatten auf isolierten Formoberflächen ohne Vorheizen
der Hautschicht ist in Figur 3 dargestellt. Die untersuchte
Mehrschichtstruktur umfaßt sieben Schichten: einen Metallkern,
eine Isolierschicht von 1,59 mm (1/16 inch), eine metallische
Hautschicht von 0,40 mm (1/64 inch), einen Verbundstoff von
3,17 mm (1/8 inch), eine metallische Hautschicht von 0,40 mm
(1/64 inch), eine Isolierschicht von 1,59 mm (1/16 inch) und
einen Metallkern. Das Diagramm verwendet als Ordinatenachse
eine dimensionslose Temperatur. Die dimensionslose Temperatur
ist als das Verhältnis (T-Tc)/(Ti-Tc) definiert, wobei T, Ti
und Tc für die Temperatur als Funktion von Zeit und Ort, die
Anfangstemperatur bzw. die Grenzbedingungs-Temperatur stehen.
Beispielsweise wird eine konstante Temperatur von 107ºC (225ºF)
6,35 mm (1/4 inch) von der Formoberfläche entfernt vorgesehen,
wie z.B. bei Verwendung eines Kühlfluids, das im Kern fließt.
Wie gezeigt, erhöht sich die Temperatur der Hautschicht zu
Beginn aufgrund der Wärme von der vorerhitzten Verbundplatte.
Ein Abkühlen der Oberfläche erfolgt langsam, und die Temperatur
des Kunststoffharzes an der Oberfläche ermöglicht, daß das Harz
fließt und Hohlräume, freigelegte Fasern und poröse Bereiche
füllt. Vorheizen der Hautschicht auf 288ºC (550ºF), wie im
Diagramm von Figur 4 dargestellt, wird die
Oberflächentemperatur des Verbundstoffs nach anfänglicher
Berührung mit der Formoberfläche erhöhen.
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Figur 5 zeigt die Temperatur an der Oberfläche des
Verbundstoffs direkt nach der Formgebung für drei verschiedene
Situationen, nämlich eine Form ohne eine Isolierschicht, eine
Form mit einer Isolierschicht sowie einer nichterwärmten
Metallschicht und eine Form mit einer Isolierschicht sowie
einer vorerhitzten Hautschicht. Die Abmessungen der
Isolierschicht der Form, der Hautschicht und der Verbundschicht
sind die gleichen wie in den Figuren 3 und 4. Die Formen werden
in jedem dieser Fälle auf 107ºC (225ºF) abgekühlt, und der
Verbundstoff wird auf 288ºC (550ºF) erwärmt. Die vorerhitzte
Hautschicht wurde auch auf 288ºC (550ºF) erwärmt. Während im
Fall ohne einen Isolator eine sofortige Kühlung an der
Oberfläche eintritt, wurde mit einem Isolator und einer
nichterwärmten metallischen Hautschicht eine höhere Temperatur
aufrechterhalten. Dies zeigt, daß das Harz mit einer
Glasübergangstemperatur von unter 177ºC (350ºF) die
Formoberflächen auffüllen wird, wodurch ohne Vorheizen der
Hautschicht glatte Oberflächen erzeugt werden. Vorheizen der
metallischen Hautschicht kann die Formtemperatur auf
irgendeinen gewünschten Anfangswert erhöhen.
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Wie aus der Figur 6 ersichtlich ist, ist in ihr die Temperatur
der Mittenlinie des Verbundstoffs der Figur 5 10 bis 60
Sekunden nach der Formgebung dargestellt. Die Abkühlung erfolgt
bei einer kalten Hautschicht schneller als bei einer
vorerhitzten Hautschicht. Bei einer vorerhitzten Hautschicht
auf einer Isolierschicht in einer Form von 107ºC (225ºF) und
bei der Form mit der kalten Hautschicht auf einer
Isolierschicht in einer Form von 107ºC (225ºF) kühlt sich das
Innere der Verbundplatte in weniger als 60 Sekunden nicht unter
121ºC (250ºF) ab. Eine Verbundplatte mit einem Matrixmaterial
mit einer Glasübergangstemperatur von 121ºC (250ºF) würde nicht
genügend kalt sein, um die Entfernung aus der Form zu
gestatten.
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Wie aus den Figuren 7 und 8 ersichtlich ist, wird die
Formoberfläche, wenn die Formen in den Darstellungen in den
Figuren 5 und 6 6,35 mm (1/4 inch) von der Isolierschicht
entfernt auf 79ºC (175ºF) abgekühlt sind und der Verbundstoff
wieder auf 288ºC (550ºF) erwärmt ist, für anfängliche 1,2
Sekunden oberhalb 177ºC (350ºF) gehalten, wenn Isolatoren
verwendet werden, und die Zeit, die für die Mittenlinie des
Verbundstoffs benötigt wird, um unter die
Glasübergangstemperatur von 121ºC (250ºF) abzukühlen, beträgt
für die vorerhitzte und kalte Hautschicht auf den Formen mit
einer Isolierschicht weniger als eine Minute.
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Wie aus den Figuren 9 und 10 ersichtlich ist, sind
Thermoelemente 24, die mittels des Peltiereffekts funktionieren
und an der Verbindung zwischen zwei verschiedenen Leitern
reversibel Wärme erzeugen, wenn ein Strom durch die Verbindung
hindurchtritt, als zusätzliche Schicht in der Form vom in Figur
1 beschriebenen Typ dargestellt. Die Thermoelemente sind aus
Halbleitern vom P-Typ 25 und N-Typ 26 hergestellt, die durch
elektrische Leitungen 27 in Reihe zusammengeschaltet und so
zwischen einer keramischen Isolatorplatte 28 angeordnet sind,
daß die Thermoelemente thermisch parallel liegen. Die
Außenoberflächen der keramischen Isolatorplatten sind
typischerweise metallisiert und verzinnt. Die Thermoelemente
liegen zwischen dem Kern 13 und der Isolierschicht 15. Zwischen
den Thermoelementen sind Verstärkungsrippen 29 dargestellt, die
die Druckfestigkeit der Form verbessern und die Moduln vor
übermäßigen Druckkräften schützen. Die Thermoelemente sind über
die Zuleitungen 31 und 33 elektrisch mit einer Stromquelle
verbunden, die wie gezeigt jeweils eine Hälfte der Form
versorgen. Einzelthermoelemente ermöglichen es der
thermoelektrischen Bauteilschicht, der Kontur der Form im
wesentlichen zu folgen. Die Thermoelemente sind beispielsweise
von Melcor Materials Electronic Products Corporation, Trenton,
New Jersey lieferbar.
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Im Betrieb, bevor der Verbundstoff in die in der Figur 9
gezeigten Form eingebracht ist, bewirkt die Polarität des
Gleichstroms, der der Form zugeführt wird, daß die
Thermoelemente 24 einen Temperaturgradienten über die
Thermoelemente annehmen, wobei die warme Verbindungsstelle an
die Isolierschicht 15 angrenzt. Die Isolierschicht schützt die
Thermoelemente vor Wärme, die von der heißen Verbundplatte
abgegeben wird, wenn sie in die Form eingebracht wird.
Typischerweise übersteigt die Temperatur der heißen
Verbundplatte die maximale Betriebstemperatur des
angeschlossenen Thermoelements, die ungefähr 127ºC (260ºF)
beträgt.
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Wie aus der Figur 10 ersichtlich, läßt man den Strom kurz nach
Schließen der Form, wenn der geschmolzene Kunststoff aufgehört
hat zu fließen, was typischerweise nach einer Sekunde der Fall
ist, durch die Thermoelemente in der umgekehrten Richtung
fließen, wodurch sich der Temperaturgradient über die
Thermoelemente umkehrt, so daß die Abkühlung der Verbundplatte
unterstützt wird und das Erreichen einer berechneten
Abkühlungszeit von weniger als einer Minute für eine
Verbundplatte von 3,17 mm (1/8 inch) gefördert wird.
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Die Figur 11 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Eine Form des in Figur 9 gezeigten Typs
weist eine zusätzliche Schicht auf, die Material 35 zur Strom-
oder Widerstandsheizung umfaßt, das sich zwischen der
Isolierschicht 15 und der äußeren Hautschicht 17 befindet, um
eine vorerhitzte Hautschicht bei erhöhten Temperaturen zu
erreichen. Zuleitungen 37 führen vom Material zur
Widerstandsheizung fort. Die Thermoelemente 24 und die
Widerstandsheizung 35 können beide während der Vorheizphase in
Betrieb sein und für eine kurze Zeit in Betrieb bleiben,
nachdem der vorerhitzte Verbundstoff zwischen die Formhälften
eingebracht ist und sich die Form schließt. Kurz nachdem sich
die Form schließt, wie in Figur 11 gezeigt, wird der Strom zur
Widerstandsheizung ausgeschaltet und wird die Polarität des den
Thermoelementen zugeführten Stroms umgekehrt. Die
Thermoelemente unterstützen dann die Abkühlung des
Verbundteils. Das Vorheizen ermöglicht das Fließen des
Verbundstoffs bei reduziertem Druck oder ein stärkeres Fließen
des Verbundstoffs bei demselben Druck. Die Isolierschicht 15
schützt die Thermoelemente während des Vorheizens indem die
Wärmeübertragung über die Isolierschicht gehemmt wird. Der
Kühlwasserfluß kann über den gesamten Zyklus aufrechterhalten
werden.
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Falls gewünscht, kann in den Ausführungsbeispielen der Figuren
8, 9 und 10 und 11 das Strömen des Kühlfluids durch die Form
unterbrochen werden, bevor der Verbundstoff in die Presse
eingebracht ist, und er kann nach Schließen der Form wieder in
Umlauf gesetzt werden.
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Die Hautschicht bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen
sollte eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 4,18x10&supmin;² bis
4,18x10&supmin;¹ J/cm² s C/cm (1x10&supmin;² bis 1x10&supmin;¹ cal/cm² s C/cm) und
eine Dicke von 0,025-0,25 cm (10 mil bis 100 mil) aufweisen.
Das Symbol C steht für die Temperatur in Grad Celsius. Die
Isolierschicht sollte eine Wärmeleitfähigkeit von 20,9x10&supmin;³ bis
4,18x10&supmin;&sup4; J/cm² s C/cm (5x10&supmin;³ bis 1x10&supmin;&sup4; cal/cm² s C/cm)
aufweisen.
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Der Kern der mehrschichtigen Form weist zwischen der
Isolierschicht und den Kühlfluiden eine Dicke von 0,5 cm -5 cm
(0,2 in - 2 in) und einen Bereich gleicher Leitfähigkeiten wie
die Hautschicht von 4,18x10&supmin;² bis 4,18x10&supmin;¹ J/cm² s C/cm
(1x10&supmin;² bis 1x10&supmin;¹ cal/cm² s C/cm) auf.
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Im vorhergehenden wurde eine mehrschichtige Verbundform zur
Preßformgebung eines Thermoplasten beschrieben, die ohne
größere Abwandlungen in allgemein üblichen Formgebungssystemen
verwendet werden kann und verstärkte thermoplastische
Verbundplatten in Endprodukte preßformen kann, die glatte
Oberflächen und ein Minimum an freigelegter Faser, Porosität
sowie Grenzflächen des Rohlings aufweist. Die mehrschichtige
Verbundform der vorliegenden Erfindung verringert den
erforderlichen Formgebungsdruck und verringert die Zykluszeit.