DE102004006162A1

DE102004006162A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperierung eines Sprietzgießwerkzeug

Info

Publication number: DE102004006162A1
Application number: DE200410006162
Authority: DE
Inventors: Andreas Kulke; Hubert Peick
Original assignee: Technotrans SE
Current assignee: Technotrans SE
Priority date: 2004-02-07
Filing date: 2004-02-07
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-02-08
Also published as: DE102004006162B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung eines Spritzgießwerkzeugs (14) durch einen Temperiermittel-Regelkreis (18), bei dem die Temperatur eines im Regelkreis (18) zirkulierenden Temperiermittels unter Verwendung der im Regelkreis (18) gemessenen Temperiermittel-Temperatur als Regelgröße geregelt wird. Erfindungsgemäß wird ferner die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperiermittel-Einlaß (24) und dem Auslaß (26) des Spritzgießwerkzeugs (14) durch Messung der Temperiermittel-Temperatur in der Vorlaufleitung (20) und in der Rücklaufleitung (22) des Regelkreises (18) und durch Regelung des Temperiermittel-Stroms durch den Regelkreis (18) unter Verwendung der Differenz zwischen der Vorlauf- und der Rücklauftemperatur als Regelgröße geregelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung eines Spritzgießwerkzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Vorrichtungen zur Temperierung der Formhälften von Spritzgießwerkzeugen, insbesondere zur CD- und DVD-Produktion, sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Derartige Temperiervorrichtungen umfassen Temperiermittel-Regelkreise, in denen ein flüssiges Temperiermittel wie beispielsweise Wasser zirkuliert und durch einen innerhalb einer Formhälfte des Werkzeugs verlaufenden Temperierkanal geleitet wird. Auf diese Weise wird das Werkzeug auf einer geeigneten Produktionstemperatur gehalten. Damit eine gleichbleibend gute Qualität der Spritzlinge und eine hohe Wiederholgenauigkeit beim Spritzvorgang gewährleistet wird, ist es erforderlich, die Temperaturverhältnisse innerhalb des Werkzeugs zu kontrollieren. Zu diesem Zweck wird die Temperatur des Temperiermittels geregelt, indem ein Temperaturfühler ständig die Temperatur im Regelkreis mißt und die Temperatur bei Abweichung von einer vorgegebenen Soll-Temperatur entsprechend erhöht oder gesenkt wird. Dies geschieht durch Heizelemente sowie Kühlwasser-Zuläufe, deren Leistung bzw.. Durchsatz in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur als Regelgröße geregelt wird.

Abhängig von der Art des herzustellenden Spritzlings kann es sich als erforderlich erweisen, zur unabhängigen Temperierung unterschiedlicher Teile des Spritzgießwerkzeugs mehrere Regelkreise vorzusehen. Insbesondere weisen Standard-Spritzgießwerkzeuge zur CD- oder DVD-Produktion eine größere Anzahl von Temperierkreisläufen pro Werkzeug auf, die dazu dienen, einerseits den Formhohlraum des Werkzeugs auf einem gewünschten Temperaturniveau und andererseits die Angießbuchse und die Stanzereinheit auf einem niedrigeren Niveau zu halten. Ferner ist es möglich, Angießbuchse und Stanzereinheit gemeinsam oder individuell zu temperieren. Daher ist es unumgänglich, mehrere Geräteeinheiten entsprechend der Zahl der einzusetzenden Regelkreise vorzusehen. Üblich ist der Einsatz von drei oder vier Temperiergeräten pro Werkzeug.

Die Möglichkeiten zur Kontrolle der Temperaturverteilung innerhalb des Werkzeugs bleiben jedoch darauf beschränkt, den Verlauf der unabhängigen Temperierkanäle in den Formhälften des Werkzeugs und die Temperatur des durchgeleiteten Temperiermittels vorzugeben. Tritt während des Spritzvorgangs innerhalb des Werkzeugs eine unerwünschte Temperaturverteilung auf, die das Produktionsergebnis negativ beeinflußt, sind die Möglichkeiten zur Prozeßsteuerung häufig unzureichend.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Temperierung eines Spritzgießwerkzeugs der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die die Möglichkeiten zur Einflußnahme auf die Temperaturverhältnisse innerhalb des Werkzeugs während des Herstellungsprozesses erweitern und auf diese Weise eine gleichbleibende Abformqualität der Spritzlinge und eine hohe Wiederholgenauigkeit gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt außer der bekannten Regelung der Temperatur des Temperiermittels eine Regelung der Temperaturdifferenz, die innerhalb des Werkzeugs auftritt, also zwischen dem Temperiermittel-Einlass und dem Auslass des Spritzgießwerkzeugs. Dies geschieht durch Messung der Temperiermittel-Temperaturen innerhalb der Vorlaufleitung sowie in der Rücklaufleitung des Regelkreises und durch Regelung des Temperiermittel-Stroms durch den Regelkreis, bei der die Differenz zwischen der gemessenen Vorlauf- und der Rücklauftemperatur als Regelgröße dient.

Die Temperaturdifferenz stellt also einen zusätzlichen Prozeßparameter des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, auf den während des Produktionsvorgangs Einfluß genommen werden kann. Die zusätzliche Regelung ermöglicht es, die Temperaturdifferenz innerhalb des Werkzeugs auf einen bestimmten Wert zu regeln und damit konstante Produktionsverhältnisse sicherzustellen. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen, in den Herstellungsprozeß einzugreifen.

Eine entsprechende Vorrichtung zur Temperierung des Spritzgießwerkzeugs umfaßt jeweils einen Temperaturfühler in der Vorlaufleitung und in der Rücklaufleitung. Ein im Regelkreis vorgesehenes Durchflußventil regelt den Temperiermittel-Strom unter Verwendung der Differenz zwischen den Temperaturwerten, die in der Vorlaufleitung und in der Rücklaufleitung gemessen werden, als Regelgröße.

Vorzugsweise umfaßt der Regelkreis ferner ein Heizelement, eine Pumpe und einen Anschluß an einen Kühlwasserkreislauf.

Der Anschluß an den Kühlwasserkreislauf umfaßt vorzugsweise einen Kühlwasser-Vorlauf, der in den Vorlauf des Regelkreises mündet, sowie einen Kühlwasserkücklauf, der vom Rücklauf des Regelkreises abzweigt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zweigt von dem Regelkreis ein Nebenkreis ab, der ein weiteres Spritzgießwerkzeug oder wahlweise eine weitere Formhälfte speist, die zu derjenigen komplementär ist, die durch den Regelkreis temperiert wird.

Diese Kombination von Regelkreis und daran angeschlossenem Nebenkreis bietet sich insbesondere in Fällen an, in denen die Temperaturniveaus der einzelnen Werkzeuge eng beieinander liegen. Der Regelkreis und der Nebenkreis können in diesem Fall bestimmte Betriebseinrichtungen wie etwa das oben erwähnte Heizelement, die Pumpe und den Kühlwasser-Anschluß gemeinsam nutzen, so daß sich ein vereinfachter, kostensparender Aufbau ergibt.

Vorzugsweise zweigt der Nebenkreis-Vorlauf stromaufwärts des Durchflußventils des Regelkreises ab. Der Nebenkreis umfaßt selbst ein Nebenkreis-Durchflußventil sowie einen im Nebenkreis-Rücklauf angeordneten Nebenkreis-Temperaturfühler. Der Temperaturfühler in der Vorlaufleitung des Regelkreises ist hierbei stromaufwärts des Abzweigs des Nebenkreis-Vorlaufs angeordnet, und der Temperaturfühler in der Rücklaufleitung des Regelkreises ist stromaufwärts der Einmündung des Nebenkreis-Rücklaufs angeordnet.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Temperierung eines Spritzgießwerkzeugs.
Die Figur zeigt eine Vorrichtung 10 zur Temperierung eines Spritzgießwerkzeugs 12, das eine obere und eine untere Formhälfte 14, 16 umfaßt. Jede der Formhälften 14, 16 weist in ihrem Inneren Temperiermittelkanäle auf, durch welche während des Produktionsvorgangs ein flüssiges Temperiermittel wie etwa Wasser geleitet wird, so dass die Formhälften 14, 16 auf einem gewünschten Temperaturniveau gehalten werden können. Die obere Formhälfte 14 wird durch einen Temperiermittel-Regelkreis 18 gespeist, der eine Vorlaufleitung 20 und eine Rücklaufleitung 22 umfaßt, von denen die Vorlaufleitung 20 in einen Temperiermittel-Einlass 24 der oberen Formhälfte 14 mündet, während die Rücklaufleitung 22 des Regelkreises 18 von einem Auslass 26 der Formhälfte 14 ausgeht. Der Einlass 24 und der Auslass 26 sind, wie bereits erwähnt, im Inneren der Formhälfte 14 durch den nicht dargestellten Temperiermittelkanal verbunden.
Ein Nebenkreis 28, der von dem Regelkreis 18 abzweigt und wieder in diesen mündet, dient in gleicher Weise zur Temperierung der unteren Formhälfte 16. Einzelheiten dieses Nebenkreises 28 sollen nachfolgend noch beschrieben werden.
Der Regelkreis 18 umfaßt ein Heizelement 30 in Form eines Durchlauferhitzers, in den die Rücklaufleitung 22 des Regelkreises 18 mündet und von welchem wiederum die Vorlaufleitung 20 ausgeht. Der Durchlauferhitzer 30 dient dazu, das durch die Rücklaufleitung 22 rückgeführte Temperiermittel erneut aufzuheizen und zum Temperieren der oberen Formhälfte 14 zur Verfügung zu stellen, zu der das Temperiermittel durch eine Pumpe 32 befördert wird, die in der Vorlaufleitung 20 angeordnet ist. Ferner ist der Regelkreis 18 über einen Kühlwasser-Vorlauf 34 und einen Kühlwasser-Rücklauf 36 an einen nicht dargestellten Kühlwasserkreislauf angeschlossen, so dass es möglich ist, die Temperatur des im Regelkreis 18 zirkulierenden Temperiermittels durch Zuführen von Kühlwasser bei Bedarf zu senken.
Die Kühlwasser-Vorlaufleitung 34 mündet zwischen dem Durchlauferhitzer 30 und der Pumpe 32 in die Vorlaufleitung 20, während die Kühlwasser-Rücklaufleitung 36 von der Rücklaufleitung 22 des Regelkreises 18 ausgeht.
Zur Regelung des Kühlwasser-Zustroms umfaßt die Kühlwasser-Vorlaufleitung 34 ein Kühlwasser-Durchflußventil 38. Sowohl der Öffnungsgrad dieses Kühlwasser-Durchflußventils 38 als auch die Leistung des Durchlauferhitzers 30 werden in Abhängigkeit von der Temperatur des im Regelkreis 18 zirkulierenden Temperiermittels geregelt. Zu diesem Zweck umfaßt der Regelkreis 18 zwei Temperaturfühler, nämlich einen Vorlauf-Temperaturfühler 40, der in der Vorlaufleitung 20 stromabwärts der Pumpe 32 angeordnet ist, und einen Rücklauf-Temperaturfühler 42 in der Rücklaufleitung 22. Als Regelgröße für die Leistung des Durchlauferhitzers 30 bzw. die Stellung des Kühlwasser-Durchflußventils 38 dient die vom Vorlauf-Temperaturfühler 40 gemessene Temperatur in der Vorlaufleitung 20. Damit konstante Produktionsbedingungen erzielt werden, ist es erwünscht, die Temperatur innerhalb des Spritzgießwerkzeugs 12 auf einem konstanten Niveau zu halten. Es wird daher eine gewünschte Soll-Temperatur im Vorlauf 20 vorgegeben, und entsprechend der Differenz zwischen der vom der Temperaturfühler 40 gemessenen Ist-Temperatur und dieser Soll-Temperatur wird die Leistung des Durchlauferhitzers 30 erhöht, oder es wird der Kühlwasser-Zustrom über die Kühlwasser-Vorlaufleitung 34 durch Öffnen des Kühlwasser-Durchflußventils 38 erhöht. Diese Anordnung und das entsprechende Regelungsverfahren zur Regelung der Temperatur des Temperiermittels sind allgemein bekannt.
Erfindungsgemäß umfaßt der Regelkreis 18 ein weiteres Durchflußventil 44, das bei der hier vorliegenden Ausführungsform in der Vorlaufleitung 20 zwischen der Pumpe 32 und dem Einlass 24 an der oberen Formhälfte 14 angeordnet ist und den Temperiermittel-Strom durch die Vorlaufleitung 20 regelt. Als Regelgröße dient die Differenz zwischen den Temperaturwerten, die von den jeweiligen Temperaturfühlern 40 und 42 in der Vorlaufleitung 20 und der Rücklaufleitung 22 gemessen werden. Es kann also eine gewünschte Soll-Temperaturdifferenz beim Produktionsvorgang vorgegeben werden, und bei einer Abweichung der Temperaturdifferenz von diesem Soll-Wert wird das Durchflußventil 44 entsprechend geöffnet oder geschlossen, so dass sich die Temperaturdifferenz wieder dem gewünschten Wert annähert.
Die Temperaturdifferenz in der Vorlaufleitung 20 und in der Rücklaufleitung 22 stellt somit einen weiteren Prozeßparameter zur Temperierung des Spritzgießwerkzeugs 12 dar.
Der Nebenkreis 28 umfaßt eine Nebenkreis-Vorlaufleitung 46, die in einen Temperiermittel-Einlass 48 der unteren Formhälfte 16 mündet, sowie einen Nebenkreis-Rücklauf 50, der von einem Temperiermittel-Auslass 52 der unteren Formhälfte 16 ausgeht. Einlass 48 und Auslass 52 der unteren Formhälfte 16 sind auf die bereits erwähnte Weise im Inneren der Formhälfte 16 durch einen Temperiermittelkanal verbunden. Der Nebenkreis-Vorlauf 46 zweigt an einer Stelle zwischen dem Vorlauf-Temperaturfühler 40 und dem Durchflußventil 44, also stromabwärts des Vorlauf-Temperaturfühlers 40, von der Vorlaufleitung 20 des Regelkreises 18 ab, während der Nebenkreis-Rücklauf 50 stromabwärts des Rücklauf-Temperaturfühlers 42 in die Rücklaufleitung 22 einmündet. Im Nebenkreis-Vorlauf 46 ist ein Nebenkreis-Durchflußventil 54 angeordnet, durch welches sich der Temperiermittel-Strom durch den Nebenkreis 28 regeln läßt, während der Nebenkreis-Rücklauf 50 einen Nebenkreis-Temperaturfühler 56 umfaßt, der zur Messung der Temperiermittel-Temperatur im Nebenkreis-Rücklauf 50 dient.
Mit Hilfe des Nebenkreises 28 läßt sich die Temperaturdifferenz zwischen Einlass 48 und Auslass 52 der unteren Formhälfte 16 unabhängig von der Regelung der Temperaturdifferenz an der oberen Formhälfte 14 regeln, indem die Differenz zwischen der vom Temperaturfühler 40 gemessenen Temperatur in der Vorlaufleitung 20 und der vom Nebenkreis-Temperaturfühler 56 gemessenen Temperatur als Regelgröße für das Nebenkreis-Durchflußventil 54 dient. Die Temperatur ist in der Vorlaufleitung 20 des Regelkreises 18 und im Vorlauf 46 des Nebenkreises 28 die gleiche und wird für Regelkreis 18 und Nebenkreis 28 gemeinsam geregelt, während innerhalb der oberen und der unteren Formhälfte 14, 16 unterschiedliche Temperaturgefälle auftreten können, so dass die vom Temperaturfühler 42 in der Rücklaufleitung 22 und die vom Nebenkreis-Temperaturfühler 56 gemessenen Temperaturwerte unterschiedlich sind. Dementsprechend sind unabhängige Regelungen für beide Formhälften 14, 16 erforderlich, damit ein optimales Spritzergebnis erzielt werden kann.
Die gezeigte Vorrichtung 10 bietet somit eine kostengünstige und platzsparende Lösung zur Temperierung mehrerer Spritzgießwerkzeuge 12 bzw. deren Formhälften 14, 16. Es versteht sich, dass weitere, hier nicht dargestellte Nebenkreise 28 zur Versorgung weiterer Formhälften vom Regelkreis 18 ausgehen können.

Claims

Verfahren zur Temperierung eines Spritzgießwerkzeugs (14) durch einen Temperiermittel-Regelkreis (18), bei welchem die Temperatur eines im Regelkreis (18) zirkulierenden Temperiermittels unter Verwendung der im Regelkreis (18) gemessenen Temperiermittel-Temperatur als Regelgröße geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ferner die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperiermittel-Einlass (24) und dem Auslass (26) des Spritzgießwerkzeugs (14) durch Messung der Temperiermittel-Temperaturen in der Vorlaufleitung (20) und in der Rücklaufleitung (22) des Regelkreises (18) und durch Regelung des Temperiermittel-Stroms durch den Regelkreis (18) unter Verwendung der Differenz zwischen der Vorlauf- und der Rücklauftemperatur als Regelgröße geregelt wird.
Vorrichtung (10) zur Temperierung eines Spritzgießwerkzeugs (14), mit einem Temperiermittel-Regelkreis (18) mit einer Vorlaufleitung (20) und einer Rücklaufleitung (22), die sich jeweils an einen Temperiermittel-Einlass (24) und einen Auslass (26) des Spritzgießwerkzeugs (14) anschließen, sowie mit einem in der Vorlauf- (20) oder der Rücklaufleitung (22) vorgesehenen Temperaturfühler (40) zur Messung der Temperiermittel-Temperatur, und Einrichtungen (30, 34, 36) zur Regelung der Temperiermittel-Temperatur unter Verwendung der gemessenen Temperatur als Regelgröße, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in der Vorlaufleitung (20) als auch in der Rücklaufleitung (22) jeweils ein Temperaturfühler (40, 42) vorgesehen ist, und dass der Regelkreis (18) ein Durchflußventil (44) zur Regelung des Temperiermittel-Stroms durch den Regelkreis (18) unter Verwendung der Differenz zwischen den in der Vorlaufleitung (20) und in der Rücklaufleitung (22) gemessenen Temperaturwerten als Regelgröße umfaßt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (18) ein Heizelement (30), eine Pumpe (32) und einen Anschluß an einen Kühlwasserkreislauf umfaßt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluß an den Kühlwasserkreislauf einen Kühlwasser-Vorlauf (34) umfaßt, der in den Vorlauf des Regelkreises (18) mündet, sowie einen Kühlwasser-Rücklauf (36), der vom Rücklauf des Regelkreises (18) abzweigt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vom Regelkreis (18) ein Nebenkreis (28) zur Temperierung eines weiteren Spritzgießwerkzeugs oder einer zu der vom Regelkreis (18) temperierten Formhälfte (14) komplementären Formhälfte (16) abzweigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenkreis-Vorlauf (46) stromaufwärts des Durchflußventils (44) des Regelkreises (18) abzweigt, dass der Nebenkreis (28) ein Nebenkreis-Durchflußventil (54) sowie einen im Nebenkreis-Rücklauf (50) angeordneten Nebenkreis-Temperaturfühler (56) umfaßt, dass der Temperaturfühler (40) in der Vorlaufleitung (20) des Regelkreises (18) stromaufwärts des Abzweigs des Nebenkreis-Vorlaufs (46) angeordnet ist und dass der Temperaturfühler (42) in der Rücklaufleitung (22) des Regelkreises (18) stromaufwärts der Einmündung des Nebenkreis-Rücklaufs (50) angeordnet ist.