DE202024106295U1

DE202024106295U1 - Anordnung zur Herstellung von Formteilen mit Mikrowellenerhitzung

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Publication number: DE202024106295U1
Application number: DE202024106295.7U
Authority: DE
Original assignee: Gerlach Maschb GmbH; Gerlach Maschinenbau GmbH
Current assignee: Gerlach Maschb GmbH; Gerlach Maschinenbau GmbH
Priority date: 2024-11-04
Filing date: 2024-11-04
Publication date: 2026-04-02
Anticipated expiration: 2034-11-05

Abstract

Anordnung (1) zur Herstellung von Formteilen mit einer Spritzvorrichtung (2), einem eine Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) aufweisenden Spritzformwerkzeug (3) und einer Mikrowellenvorrichtung, wobei die Spritzvorrichtung (2) eingerichtet ist, Formmasse (6) über mindestens einen Auslass (2.1) unter Druck in die Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) des Spritzformwerkzeugs (3) zu spritzen, wobei die Mikrowellenvorrichtung (4) einen Mikrowellenleiter, mindestens einen in dem Mikrowellenleiter angeordneten, mikrowellendurchlässigen Führungskanal (4.2) zur Führung der Formmasse (6) von dem Auslass (2.1) in die Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) sowie einen Mikrowellengenerator aufweist, wobei der Mikrowellenleiter eine Einkopplungsöffnung (4.4) aufweist, durch die vom Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in den Mikrowellenleiter zur Erhitzung der Formmasse (6) im Führungskanal (4.2) einkoppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellenleiter ein Monomode-Applikator ist (4.1).

Description

Anordnung zur Herstellung von Formteilen mit einer Spritzvorrichtung, einem eine Kavität aufweisenden Spritzformwerkzeug und einer Mikrowellenvorrichtung, wobei die Spritzvorrichtung eingerichtet ist, Formmasse über mindestens einen Auslass unter Druck in die Kavität des Spritzformwerkzeugs zu spritzen, wobei die Mikrowellenvorrichtung einen Mikrowellenleiter, mindestens einen in dem Mikrowellenleiter angeordneten, mikrowellendurchlässigen Führungskanal zur Führung der Formmasse von dem Auslass in die Kavität sowie einen Mikrowellengenerator aufweist, wobei der Mikrowellenleiter eine Einkopplungsöffnung aufweist, durch die vom Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in den Mikrowellenleiter zur Erhitzung der Formmasse im Führungskanal einkoppelbar sind. Die Erfindung betrifft auch eine Mikrowellenvorrichtung für eine solche Anordnung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen zur Herstellung von Formteilen mit einer Spritzvorrichtung bekannt. JPS58220715 A offenbart eine Vorrichtung mit einem Zylinder aus einem Keramikmaterial und einer Spritzgießform, wobei Formmasse, beispielsweise Kautschuk oder Kunststoff, mittels eines Kolbens unter Druck in die Spritzgießform eingespritzt wird. Die Formmasse wird zuvor im Zylinder mithilfe einer Mikrowellenvorrichtung aufgeschmolzen, die außerhalb des Zylinders angeordnet ist. Durch den Einsatz von Mikrowellen soll die für das Schmelzen der Formmasse benötigte Heizdauer gegenüber konventionellen Methoden signifikant reduziert werden.
Aus JPS63156719U ist eine weitere Vorrichtung bekannt, die eine Spritzpressvorrichtung mit einem Zylinder und einem Kolben, eine Spritzpressform und eine Vorerwärmungskammer aufweist. Zunächst wird die Formmasse, beispielsweise Kautschuk, in die Vorerwärmungskammer gegeben und in dieser mittels Mikrowellen erhitzt. Sobald die Formmasse ausreichend erhitzt und weich geworden ist, wird es mit dem Kolben in eine Kavität der Form gepresst. Dabei kann die Formmasse in der Vorerwärmungskammer bereits ausreichend erhitzt worden sein, so dass es in der Spritzpressform zu einem gleichmäßigen Bauteil vernetzt, indem es darin für eine bestimmte Dauer gehalten wird. Durch die Mikrowellenbestrahlung in der Vorerwärmungskammer soll die Formmasse vorteilhaft gleichmäßig von innen heraus erhitzt werden können, während die für die Erhitzung erforderliche Dauer reduziert wird.
Ferner ist aus US 7,604,473 B2 eine Spritzgießmaschine zur Herstellung von Bauteilen mit einer bestimmten Form aus Kautschuk- oder Kunststoffmaterial bekannt. Die Vorrichtung weist eine Beschickungseinrichtung auf, mit der eine pastöse, vulkanisierbare Formmasse einer Injektionskammer zugeführt wird. Von der Injektionskammer wird die Formmasse mittels eines Kolbens durch eine Düse gedrückt, wobei sich die Formmasse aufgrund der dabei entstehenden Reibung erhitzt. Ein mikrowellendurchlässiger, vorzugsweise aus Quarz bestehender Abschnitt der Düse verläuft durch eine Resonanzkammer, in die von einem Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen eingekoppelt werden. Die Formmasse wird in diesem Abschnitt der Düse mit Mikrowellen auf eine Vulkanisierungstemperatur erhitzt. Von der Düse wird die erhitzte Formmasse in eine Spritzgießform gespritzt, die mit Heizelementen erwärmt wird, wodurch eine stabile Vernetzung der Formmasse sichergestellt werden soll.
Es besteht gegenüber diesen Lösungen weiterhin ein Bedarf nach einer verbesserten Anordnung zur Herstellung von Formteilen, mit der insbesondere aus vernetzenden Formmassen qualitativ hochwertige Formteile hergestellt werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung zur Herstellung von Formteilen bereitzustellen, mit der qualitativ hochwertige Formteile aus einer Formmasse, insbesondere aus einer vernetzenden Formmasse, hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art einerseits gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Mikrowellenleiter ein Monomode-Applikator ist.
Dass der Führungskanal im Sinne des Anspruchs 1 mikrowellendurchlässig ausgeführt ist, bedeutet hier und im Folgenden, dass der Führungskanal einen Großteil der Mikrowellenstrahlung durchlässt und allenfalls einen untergeordneten Anteil davon absorbiert und/oder reflektiert.
Dass der Führungskanal im Sinne des Anspruchs 1 zur Führung von Formmasse von dem Auslass der Spritzvorrichtung in die Kavität eingerichtet ist, bedeutet, dass der Führungskanal zwischen Spritzvorrichtung und Spritzformwerkzeug angeordnet ist, sodass die Formmasse, bevor sie in die Kavität gelangt, durch das Mikrowellenfeld im Mikrowellenleiter erhitzt wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann insbesondere Bestandteil einer Spritzpresse oder einer Spritzgießmaschine sein.
Erfindungsgemäß ist der Mikrowellenleiter der Anordnung ein Monomode-Applikator. Der Monomode-Applikator ist derart ausgeführt, dass in diesem mindestens eine Mikrowelle als monomodale Welle ausbreitungsfähig ist. Das Hohlquerschnittsprofil des Monomode-Applikators kann im Prinzip beliebig gewählt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass sich die Ausbreitungsfähigkeit einer einzelnen Wellenmode in erster Linie aus der Geometrie des Monomode-Applikators und insbesondere aus der Geometrie von dessen Hohlquerschnitt bestimmt. So ist eine Wellenmode dann ausbreitungsfähig, wenn die zu übertragende Wellenlänge kleiner als die zur Mode gehörende Grenzwellenlänge für den jeweiligen Hohlquerschnitt ist. Insbesondere ist das Hohlquerschnittsprofil des Monomode-Applikators der erfindungsgemäßen Anordnung rechteckig oder rund.
Die erfindungsgemäße, einen Monomode-Applikator aufweisende Anordnung hat neben dem Vorteil, dass von der Spritzvorrichtung immer nur genau die Formmassemenge durch den Führungskanal gespritzt und durch die Mikrowellenbestrahlung erhitzt wird, die für die Herstellung des nächsten Bauteils erforderlich ist, sodass eine Erhitzung größerer Materialmengen in der Spritzvorrichtung vermieden wird und die Prozessparameter des Formteilherstellungsprozesses stabiler und besser zu kontrollieren sind, noch weitere Vorteile. So kann die Formmasse durch die Mikrowellenbestrahlung und daher vor dem Einspritzen in die Kavität bereits auf eine Temperatur nahe der Vernetzungstemperatur oder auf eine Vernetzungstemperatur erhitzt werden, wodurch die Herstellungsdauer der mit der erfindungsgemäßen Anordnung hergestellten Bauteile reduziert werden kann. Dies ist möglich, wenn die Formmasse derart erhitzt wird, dass die vollständige Vernetzung erst später einsetzt und die Formmasse daher noch problemlos in die Kavität eingespritzt werden kann. Die Verwendung eines Monomode-Applikators hat zudem den Vorteil, dass bei Einspeisung einer in ihren Eigenschaften bekannten monomodalen Mikrowelle das entstehende Monomodenwellenfeld präzise bestimmt werden kann. Auf diese Weise können Monomode-Applikator und Lage des Führungskanals innerhalb von diesem derart aufeinander abgestimmt werden, dass die Formmasse durch einen bestimmten Bereich des Mikrowellenfeldes geführt wird. Auf diese Weise kann die Energiemenge, die durch die Mikrowellenbestrahlung in die Formmasse eingebracht wird, im Vorhinein exakt bestimmt werden, sodass die Formmasse zuverlässig auf eine bestimmte Temperatur erhitzbar ist. Beispielsweise ist es mit dem Monomode-Applikator möglich, die Formmasse mit dem Führungskanal in einem Bereich eines Wellenmaximums durch den Monomode-Applikator zu führen, sodass die Formmasse der größtmöglichen Energiedichte ausgesetzt ist. Ebenso kann die Formmasse gezielt durch einen Bereich unterhalb der größtmöglichen Energiedichte geführt werden.
Durch die Verwendung eines Monomode-Applikators kann die energetische Gesamteffizienz der erfindungsgemäßen Anordnung erheblich gesteigert werden.
Ferner ist der Anteil der aus dem Monomode-Applikator durch eine gegebenenfalls vorhandene Auskopplungsöffnung abgestrahlten Wellenenergie gering, sodass klein ausgelegte Absorber ausreichen, um den abgestrahlten Wellenanteil zu absorbieren. Darüber hinaus hat die Verwendung des Monomode-Applikators den Vorteil, dass aufgrund des sehr effizienten Einsatzes der eingespeisten Energie auch schwach und sehr schwach polare Werkstoffe mit den Mikrowellen aufgeheizt werden können.
Vorzugsweise ist der Monomode-Applikator ein Hohlraumresonator. Bei einem Hohlraumresonator werden die durch die Einkopplungsöffnung eingekoppelten Mikrowellen an einer, insbesondere der Einkopplungsöffnung gegenüberliegenden, Wandung reflektiert, wobei die reflektierte Welle durch die Einkopplungsöffnung auch wieder ausgekoppelt wird. Dabei ist die Länge des Resonators derart auf die Wellenlänge der monomodalen Mikrowelle abgestimmt, dass sich eine stehende Welle ausbildet.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner mit einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß Anspruch 3 dadurch gelöst, dass der Mikrowellenleiter ein verschiebbares, mikrowellenreflektierendes Reflexionselement aufweist, mittels dessen eine Ausbreitungslänge zwischen Einkopplungsöffnung und Reflexionselement, entlang derer sich die Mikrowellen im Mikrowellenleiter ausbreiten können, einstellbar ist. Insbesondere ist das Reflexionselement innerhalb des Mikrowellenleiters angeordnet und kann innerhalb von diesem verschoben werden.
Die in den Mikrowellenleiter eingekoppelte Welle wird von dem Reflexionselement reflektiert, sodass sich im Mikrowellenleiter durch die Überlagerung der hin- und rücklaufenden Welle eine stehende Welle ausbildet. Dadurch, dass das Reflexionselement verschiebbar ist, ist auch der Punkt innerhalb des Mikrowellenleiters verschiebbar, an dem die Welle reflektiert wird. Mit der Verschiebbarkeit des Reflexionselements ist daher auch die Ausbreitungslänge einstellbar, entlang derer sich die Mikrowellen im Mikrowellenleiter ausbreiten können. Bei einer Verschiebung des Reflexionselements wird auch die Lage der stehenden Welle mit ihren Wellenbäuchen und -knoten im Mikrowellenleiter verschoben, wodurch sich die Energiedichte an einem festen Ort im Mikrowellenleiter und daher auch am Führungskanal verändert. Durch eine Verschiebung des Reflexionselement kann somit gezielt die Energiemenge verändert werden, die mittels der Mikrowellen in die Formmasse eingebracht wird, sodass die Energiemenge unter anderem an die Art der Formmasse, die eingespritzte Formmassemenge und/oder die Geschwindigkeit bzw. den Druck, mit der die Formmasse von der Spritzvorrichtung in den Führungskanal eingespritzt wird, angepasst werden kann.
In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Anordnung sowohl den Monomode-Applikator als auch das verschiebbare, mikrowellenreflektierende Reflexionselement wie vorab beschrieben auf, wobei der Monomode-Applikator in dieser Ausführungsform insbesondere auch ein Hohlraumresonator sein kann.
Zwar kann die Formmasse durch die Mikrowellenbestrahlung im Führungskanal vorzugsweise bereits auf die Vernetzungstemperatur erhitzt werden, sodass die Einbringung weiterer Energie in die Formmasse für dessen Vernetzung nicht zwingend erforderlich ist. Dennoch kann die erfindungsgemäße Anordnung in einer Ausführungsform mindestens eine Erhitzungseinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, Formmasse innerhalb der Kavität Energie zuzuführen. Insbesondere kann die Erhitzungseinrichtung an dem Spritzformwerkzeug angeordnete Heizelemente aufweisen, die das Spritzformwerkzeug aufheizen. Die Erhitzungseinrichtung hat den Vorteil, dass der Vernetzungsvorgang stabil und kontrolliert abläuft und eine vollständige Vernetzung auch bei größeren Spritzgussteilen mit Sicherheit erreicht wird. Außerdem kann diese dann verwendet werden, wenn die Formmasse durch die Mikrowellenbestrahlung auf eine Temperatur nahe der Vernetzungstemperatur erhitzt wird, sodass mit der Erhitzungseinrichtung zusätzliche Wärme für den Beginn des Vernetzungsvorgangs eingebracht wird.
Da es für die Herstellung eines Formteils erforderlich sein kann, die Formmasse mit sehr hohem Druck, beispielsweise 50 bis mindestens 200 MPa, in das Spritzformwerkzeug einzuspritzen, ist der Führungskanal und insbesondere dessen Material vorzugsweise in Abhängigkeit des maximalen Einspritzdrucks derart auszulegen, dass der Führungskanal auch nach einer Vielzahl hergestellter Formteile nicht beschädigt wird. In einer Ausführungsform kann der Führungskanal zumindest teilweise aus einem mikrowellentransparenten Material wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK), Glas und/oder Keramik, vorzugsweise aus Keramik, gebildet sein. Alle genannten Materialien haben den Vorteil, dass sie mikrowellendurchlässig im Sinne der erfindungsgemäßen Anordnung sind. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Keramik, da dieses Material unter anderem für sehr hohe Drücke geeignet ist.
Es ist bevorzugt, wenn die Spritzvorrichtung eingerichtet ist, die Formmasse auf eine Vorwärmtemperatur zu erwärmen und mit einer Temperatur von mindestens 55 °C und höchstens 90 °C, insbesondere mindestens 60 °C und höchstens 85 °C oder insbesondere mindestens 65 °C und höchstens 80 °C in den Führungskanal einzubringen. Eine entsprechende Mindesttemperatur ist vorteilhaft, damit die Formmasse ausreichend niedrigviskos ist, damit sie in den Führungskanal auf einfache Weise eingebracht und durch diesen hindurchgeführt werden kann. Gleichzeitig sollte die Temperatur nicht zu hoch sein, damit keine ungewollten chemischen Reaktionen ausgelöst werden und beispielsweise der Vernetzungsvorgang zu früh beginnt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Anordnung eine Zuführung auf, die eingerichtet ist, die erhitzte Formmasse der zumindest einen Kavität des Spritzformwerkzeugs zuzuführen. Insbesondere weist die Zuführung zur Formmassezuführung mindestens einen Zuführkanal, insbesondere mehrere Zuführkanäle auf.
In einer Ausführungsform weist das Spritzformwerkzeug mehrere Kavitäten auf. Insbesondere weist das Spritzformwerkzeug zwei, drei vier oder mehr Kavitäten auf. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der hergestellten Bauteile pro Einspritzvorgang entsprechend der Anzahl der Kavitäten erhöht werden kann, indem mittels der Spritzvorrichtung innerhalb eines Einspritzvorgangs alle Kavitäten gleichzeitig mit Material befüllt werden. Dadurch wird der Materialdurchsatz der erfindungsgemäßen Anordnung erhöht. In dieser Ausführungsform kann die Anordnung insbesondere eine Zuführung in Form eines Verteilers aufweisen, mit der die Formmasse auf jede der mehreren Kavitäten aufteilbar ist, beispielsweise ein Warmkanalverteiler oder ein Kaltkanalverteiler. Dabei kann der Verteiler insbesondere derart zwischen Führungskanal und Spritzformwerkzeug angeordnet sein, dass die Formmasse von dem Führungskanal in den Verteiler und von diesem in die Kavität eingebracht werden wird. So kann der Verteiler als Warmkanalverteiler ausgebildet sein, was bedeutet, dass er eingerichtet ist, die Formmasse nach deren Erhitzung durch die Mikrowellenvorrichtung auf die Kavitäten aufzuteilen, wobei der Formmasse im Warmkanalverteiler je nach Ausbildung des Verteilers noch zusätzlich Wärme zugeführt werden kann. Alternativ kann die Anordnung in dieser Ausführungsform auch mit einem Kaltkanalverteiler ausgebildet sein, was bedeutet, dass sie eingerichtet ist, die Formmasse vor deren Erhitzung durch die Mikrowellenvorrichtung auf die Kavitäten aufzuteilen. Sie kann dabei mehrere Führungskanäle aufweisen, wobei beispielsweise je Kavität insbesondere ein Führungskanal vorgesehen ist. In diesem Fall kann der Verteiler zwischen Spritzvorrichtung und Führungskanälen angeordnet sein, sodass die Formmasse von dem Auslass in den Verteiler und von diesem in die Führungskanäle eingebracht wird. Darüber hinaus ist die Formmasse insbesondere für jede Kavität in jedem Führungskanal mittels der Mikrowellenvorrichtung gesondert erhitzbar, wobei alle Führungskanäle im selben Mikrowellenleiter angeordnet sein können, aber auch mehrere Mikrowellenleiter für jeweils einen oder mehrere Führungskanäle vorgesehen sein können.
In einer Ausführungsform weist der Führungskanal einen Hohlquerschnitt auf, durch den die Formmasse führbar ist, und wobei ein Durchmesser des Hohlquerschnitts höchstens 25 mm, vorzugsweise mindestens 4 mm und höchstens 20 mm oder besonders bevorzugt mindestens 6 mm und höchstens 10 mm beträgt. Dies hat den Vorteil, dass eine durch ein Wellenmaximum in dem Führungskanal erzeugte maximale Energiedichte einer stehenden Mikrowelle über den Durchmesser des Führungskanals nicht zu stark abfällt. Dadurch ist der Energieeintrag in die Formmasse im gesamten Hohlquerschnitt im Wesentlichen konstant, sodass die Formmasse gleichmäßig erhitzbar ist. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Hohlquerschnitt aller Formmasse führenden Mittel, insbesondere des Führungskanals und/oder, falls vorhanden, des Zuführungskanals einer Zuführung, zwischen dem Auslass der Spritzvorrichtung und einer Einlassöffnung der Kavität des Spritzformwerkzeugs konstant. Auf diese Weise wird die Reibung zwischen Formmasse und den dieses führenden Mitteln und damit der Einfluss von Reibung auf die Temperatur der Formmasse minimiert.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann darüber hinaus eine Steuereinheit aufweisen. Die Steuereinheit ist eingerichtet, den Energieeintrag der Mikrowellen in die Formmasse in Abhängigkeit der Prozessparameter der Spritzvorrichtung, insbesondere dem Start- und Endzeitpunkt des Einspritzvorgangs, der einzuspritzenden Formmassemenge, des Formmassetyps, des Einspritzdrucks und/oder der Einspritzgeschwindigkeit, zu steuern. Dabei kann mittels der Steuereinheit insbesondere unter anderem der Start- und Endzeitpunkt der Mikrowellenbestrahlung, die Frequenz der Mikrowelle und/oder die Mikrowellenleistung eingestellt werden. Sofern die Anordnung ein vorab beschriebenes verschiebbares, mikrowellenreflektierendes Reflexionselement aufweist, kann dessen Verschiebung insbesondere ebenfalls durch die Steuereinheit gesteuert werden, beispielsweise indem diese einen Antrieb steuert, der eine Verschiebung des Reflexionselements bewirkt.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann insbesondere zur Herstellung von Bauteilen aus elastomeren Formmassen wie beispielsweise synthetische oder natürliche Kautschuke sowie Silikonwerkstoffe und auch andere vernetzende Werkstoffe wie Duroplaste, ebenso wie andere thermoplastische Kunststoffe, die durch Mikrowellen erhitzt werden können, verwendet werden.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Mikrowellenvorrichtung mit einem Mikrowellenleiter, mindestens einem in dem Mikrowellenleiter angeordneten, mikrowellendurchlässigen Führungskanal zur Führung von Formmasse sowie einem Mikrowellengenerator, wobei der Mikrowellenleiter eine Einkopplungsöffnung aufweist, durch die vom Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in den Mikrowellenleiter zur Erhitzung von Formmasse im Führungskanal einkoppelbar sind, wobei der Mikrowellenleiter ein vorzugsweise als Hohlraumresonator ausgebildeter Monomode-Applikator ist und/oder ein verschiebbares, mikrowellenreflektierendes Reflexionselement aufweist, mittels dessen eine Ausbreitungslänge zwischen Einkopplungsöffnung und Reflexionselement entlang derer sich die Mikrowellen im Mikrowellenleiter ausbreiten können, einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein einlassseitiges Ende des Führungskanals ausgebildet ist, mit einem Auslass einer Spritzvorrichtung einer Spritzgießvorrichtung und/oder einer Spritzpressvorrichtung zusammenzuwirken und ein auslassseitiges Ende des Führungskanals ausgebildet ist, mit dem Einlass eines Spritzformwerkzeugs verbunden werden zu können, wobei insbesondere Adapter vorgesehen sind, mit denen eine Verbindung zu verschiedenen Spritzvorrichtungen und/oder Spritzformwerkzeugen möglich ist. Mit einer solchen Mikrowellenvorrichtung können bestehende Spritzgießvorrichtungen und/oder Spritzpressvorrichtungen nachgerüstet werden, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern oder sie für die Herstellung von Formteilen aus vernetzbaren Materialien einzurichten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert.
Es zeigen

1 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer zweiten Ausführungsform; und
3 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer dritten Ausführungsform.

In 1 ist eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 in einer ersten Ausführungsform abgebildet, wobei die Anordnung vorliegend Bestandteil einer nicht vollständig dargestellten Spritzgießvorrichtung ist. Die Anordnung weist eine Spritzvorrichtung 2, die nur teilweise dargestellt ist, mit einem Auslass 2.1, ein Spritzformwerkzeug 3 und eine Mikrowellenvorrichtung 4, die ebenfalls nur teilweise dargestellt ist, auf. Das Spritzformwerkzeug 3 ist mehrteilig und vorliegend als Spritzgießform ausgeführt. Es weist eine obere Formhälfte 3.1 und eine untere Formhälfte 3.2 auf, die gemeinsam eine Kavität 3.3 begrenzen.
Die Mikrowellenvorrichtung 4 weist einen nicht dargestellten Mikrowellengenerator, einen Monomode-Applikator 4.1, der vorliegend als Hohlraumresonator ausgeführt ist, einen Führungskanal 4.2 sowie ein verschiebbares mikrowellenreflektierendes Reflexionselement 4.3 auf. An dem Monomode-Applikator 4.1 ist eine nicht näher dargestellte Einkopplungsöffnung 4.4. vorgesehen, durch die von dem Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in den Monomode-Applikator 4.1 einkoppelbar sind, die sich in der Richtung A in dem Monomode-Applikator 4.1 ausbreiten. Das Reflexionselement 4.3 ist vorliegend mit einem elektrischen Antrieb 4.5 derart verbunden, dass es von diesem entlang des Monomode-Applikators 4.1 verschiebbar ist, sodass die Ausbreitungslänge L, entlang derer sich Mikrowellen im Monomode-Applikator 4.1 ausbreiten können, mittels einer Verschiebung des Reflexionselements 4.3 einstellbar ist.
Der Führungskanal 4.2 ist zum einen zumindest teilweise innerhalb des Monomode-Applikators 4.1 angeordnet und besteht aus einem mikrowellendurchlässigen Material, sodass dieser von den in den Monomode-Applikator 4.1 eingekoppelten Mikrowellen durchdrungen werden kann. Zum anderen ist der Führungskanal 4.2 zwischen Spritzvorrichtung 2 und Spritzformwerkzeug 3 angeordnet bzw. steht mit diesen in Verbindung, wobei ferner eine Zuführung 5 vorgesehen ist, mittels derer Formmasse 6 der Kavität 3.3 zugeführt werden kann.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Anordnung 1 grob beschrieben. Als Formmasse 6 wird vorliegend Kautschuk verwendet, das in der Spritzvorrichtung 2, beispielsweise mittels eines Extruders, auf eine Vorwärmtemperatur zwischen 65 °C und 80 °C erwärmt wird, sodass es weich genug ist, um von der Spritzvorrichtung 2 und über den Auslass 2.1 unter Druck in den Führungskanal 4.2 gespritzt und durch diesen hindurchgeführt zu werden. Dies kann beispielsweise mit einem in der Spritzvorrichtung vorgesehenen und hier nicht dargestellten Stempel oder Kolben erfolgen. Gleichzeitig ist die Temperatur ausreichend gering, dass es noch nicht zu einer Vernetzung der Formmasse 6 kommt. Beim Hindurchführen durch den Führungskanal 4.2 ist die Formmasse dem Energiefeld einer monomodalen Mikrowelle im Monomode-Applikator 4.1 ausgesetzt, wodurch die Formmasse 6 auf eine Temperatur erhitzt wird, die zwischen der Vorwärmtemperatur und der benötigten Vernetzungstemperatur liegt und auch die Vernetzungstemperatur selbst sein kann. Wenn die Formmasse 6 auf die benötigte Vernetzungstemperatur erhitzt wird, sollte sichergestellt sein, dass die Formmasse 6 in die Kavität eingespritzt wird, bevor die Vernetzungsreaktion startet. Von dem Führungskanal 4.2 wird die Formmasse 6, immer noch durch den von der Spritzvorrichtung 2 aufgebrachten Druck, in den Zuführkanal 5.1 der Zuführung 5 geführt und von dort aus in die Kavität 3.3 des Spritzformwerkzeugs 3, in der es nachfolgend vollständig vernetzt.
In 2 ist eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 in einer zweiten Ausführungsform abgebildet. Im Unterschied zur in 1 dargestellten ersten Ausführungsform, weist das Spritzformwerkzeug 3 bei dieser Ausführungsform drei Kavitäten 3.31, 3.32, 3.33 auf, wobei die Zuführung 5als Verteiler 7 mit mehreren Verteilkanälen 7.1 ausgebildet ist. Der Verteiler 7 ist zwischen Führungskanal 4.2 und Spritzformwerkzeug 3 angeordnet, sodass die Formmasse 6 von der Mikrowellenvorrichtung 4 erhitzt wird, bevor sie vom Verteiler 7 auf die einzelnen Kavitäten 3.31, 3.32, 3.33 verteilt wird. Der Verteiler 7 ist somit als Warmkanalverteiler ausgebildet. Mit der Anordnung 1 der dargestellten zweiten Ausführungsform können mit einem Prozessdurchlauf drei Bauteile hergestellt werden. Natürlich kann die Zahl der Kavitäten deutlich größer sein als in der dargestellten Ausführungsform.
In 3 ist eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 in einer dritten Ausführungsform abgebildet. Im Unterschied zur in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform, ist je Kavität 3.31, 3.32, 3.33 ein Führungskanal 4.21, 4.22, 4.23 vorgesehen, wobei die Formmasse 6 in jedem Führungskanal 4.21, 4.22, 4.23 separat durch Mikrowellenbestrahlung erhitzt wird. Ferner ist der Verteiler 7 zwischen dem Auslass 2.1 und den Führungskanälen 4.21, 4.22, 4.23 angeordnet, sodass die Formmasse 6 erst nach dem Verteilen auf die einzelnen Kavitäten 3.31, 3.32, 3.33 durch die Mikrowellenvorrichtung 4 erhitzt wird. Der Verteiler 7 ist vorliegend somit als Kaltkanalverteiler ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
2: Spritzvorrichtung
2.1: Auslass
3: Spritzformwerkzeug
3.1: obere Formhälfte
3.2: untere Formhälfte
3.3: Kavität
3.31: Kavität
3.32: Kavität
3.33: Kavität
4: Mikrowellenvorrichtung
4.1: Monomode-Applikator
4.2: Führungskanal
4.21: Führungskanal
4.22: Führungskanal
4.23: Führungskanal
4.3: Reflexionselement
4.4: Einkopplungsöffnung
4.5: elektrischer Antrieb
5: Zuführung
5.1: Zuführkanal
6: Formmasse
7: Verteiler
7.1: Verteilkanal
A: Ausbreitungsrichtung
L: Ausbreitungslänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JPS58220715 [0002]
JPS63156719U [0003]
US 7,604,473 B2 [0004]

Claims

Anordnung (1) zur Herstellung von Formteilen mit einer Spritzvorrichtung (2), einem eine Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) aufweisenden Spritzformwerkzeug (3) und einer Mikrowellenvorrichtung, wobei die Spritzvorrichtung (2) eingerichtet ist, Formmasse (6) über mindestens einen Auslass (2.1) unter Druck in die Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) des Spritzformwerkzeugs (3) zu spritzen, wobei die Mikrowellenvorrichtung (4) einen Mikrowellenleiter, mindestens einen in dem Mikrowellenleiter angeordneten, mikrowellendurchlässigen Führungskanal (4.2) zur Führung der Formmasse (6) von dem Auslass (2.1) in die Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) sowie einen Mikrowellengenerator aufweist, wobei der Mikrowellenleiter eine Einkopplungsöffnung (4.4) aufweist, durch die vom Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in den Mikrowellenleiter zur Erhitzung der Formmasse (6) im Führungskanal (4.2) einkoppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellenleiter ein Monomode-Applikator ist (4.1).
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Monomode-Applikator (4.1) ein Hohlraumresonator ist.
Anordnung (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellenleiter ein verschiebbares, mikrowellenreflektierendes Reflexionselement (4.3) aufweist, mittels dessen eine Ausbreitungslänge (L) zwischen Einkopplungsöffnung (4.4) und Reflexionselement (4.3), entlang derer sich die Mikrowellen im Mikrowellenleiter ausbreiten können, einstellbar ist.
Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Erhitzungseinrichtung, die eingerichtet ist, Formmasse (6) innerhalb der Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) Energie zuzuführen.
Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (4.2) zumindest teilweise aus einem mikrowellentransparenten Material gebildet ist, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, Polyetheretherketon, Polyetherketonketon, Glas und/oder Keramik, vorzugsweise aus Keramik.
Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzvorrichtung (2) eingerichtet ist, Formmasse mit einer Temperatur von mindestens 55 °C und höchstens 90 °C, insbesondere von mindestens 60 °C und höchstens 85 °C oder insbesondere mindestens 65 °C und höchstens 80 °C in den Führungskanal einzubringen.
Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Spritzformwerkzeug (3) mehrere Kavitäten (3.3, 3.31, 3.32, 3.33), insbesondere mindestens zwei Kavitäten (3.3, 3.31, 3.32, 3.33), aufweist, wobei insbesondere je Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) ein Führungskanal (4.2) vorgesehen ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Verteilkanäle (7.1) aufweisende Verteilvorrichtung (7), die eingerichtet ist, Formmasse auf die einzelnen Kavitäten (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) des Spritzformwerkzeugs (3) aufzuteilen, und wobei die Verteilvorrichtung (7) insbesondere derart angeordnet und eingerichtet ist, dass sie die Formmasse entweder vor der Führung durch den Führungskanal (4.2) oder nach der Führung durch den Führungskanal (4.2) auf die Kavitäten (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) aufteilt.
Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen Führungskanal (4.2) und Spritzformwerkzeug (3) angeordnete Zuführung (5), die eingerichtet ist, die erhitzte Formmasse (6) der zumindest einen Kavität (3.3, 3.31, 3.32, 3.33) des Spritzformwerkzeugs (3) zuzuführen.
Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (4.2) einen Hohlquerschnitt aufweist, dessen Durchmesser höchstens 25 mm, vorzugsweise mindestens 4 mm und höchstens 20 mm oder besonders bevorzugt mindestens 6 mm und höchstens 10 mm beträgt.
Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, einen Energieeintrag der Mikrowellen in die Formmasse (6) in Abhängigkeit von Prozessparametern der Spritzvorrichtung (2), insbesondere dem Start- und Endzeitpunkt des Einspritzvorgangs, der einzuspritzenden Formmassemenge, des Formmassetyps, des Einspritzdrucks und/oder der Einspritzgeschwindigkeit, zu steuern.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil einer Spritzgießmaschine oder einer Spritzpresse ist.
Mikrowellenvorrichtung mit einem Mikrowellenleiter, mindestens einem in dem Mikrowellenleiter angeordneten, mikrowellendurchlässigen Führungskanal (4.2) zur Führung von Rohmasse (6) sowie einem Mikrowellengenerator, wobei der Mikrowellenleiter eine Einkopplungsöffnung (4.4) aufweist, durch die vom Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen in den Mikrowellenleiter zur Erhitzung von Formmasse (6) im Führungskanal (4.2) einkoppelbar sind, wobei der Mikrowellenleiter ein vorzugsweise als Hohlraumresonator ausgebildeter Monomode-Applikator ist und/oder ein verschiebbares, mikrowellenreflektierendes Reflexionselement (4.3) aufweist, mittels dessen eine Ausbreitungslänge (L) zwischen Einkopplungsöffnung (4.4) und Reflexionselement (4.3), entlang derer sich die Mikrowellen im Mikrowellenleiter ausbreiten können, einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein einlassseitiges Ende des Führungskanals ausgebildet ist, mit einem Auslass einer Spritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine und/oder einer Spritzpresse zusammenzuwirken und ein auslassseitiges Ende des Führungskanals ausgebildet ist, mit dem Einlass eines Spritzformwerkzeugs verbunden werden zu können, wobei insbesondere Adapter vorgesehen sind, mit denen eine Verbindung zu verschiedenen Spritzvorrichtungen und/oder Spritzformwerkzeugen möglich ist.