可加热的工具制造技术

本发明专利技术涉及用于加工塑料熔液或金属熔液的装置的可加热工具，它包括一个与熔液接触的表面，其中一个用于加热的导电陶瓷（１６，５４，１１６，１５４，２１６，２５４）至少在表面区域内设置在工具中或者与工具集成在一起。为了改进可加热工具，本发明专利技术建议在导电陶瓷（２１６）中形成用于流过冷却介质的冷却管道（２２０）。此外还建议导电陶瓷（１６，５４，１１６，１５４，２１６，２５４）被构造成插件，用于插入工具基础结构中，其中尤其是通过氧化，插件至少部分地具有电绝缘。最后，本发明专利技术建议在导电陶瓷上形成一个微结构布图，或者作为替代，提供由一种导电的和一种不导电的陶瓷构成的陶瓷组合系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及如权利要求1的前序部分所述的可加热工具。在塑料和金属加工工业中用于熔液成型或导流的工具是已经熟知的。塑料熔液不仅包括纯塑料熔液，而且也包括具有特定填充物成份一如玻璃纤维、陶瓷粉末、金属粉末或其它已知的填充物—的熔液。其中这些填充物成份可能占到90％甚至更多。例如，成型工具被应用在挤压机、PUR起渣机、硬塑料和热塑料喷铸机中，或者被应用在压铸机中用于产品的外形成型。通常为了形成成型腔，一个成型工具由两个工具半部或成型部件组成，它们被如此设计，使得在它们对缝结合时形成一个对应于加工成品的空腔，在其中可注入—例如灌铸—要加工的材料，如塑料熔液。然而这里所用的工具概念不仅涉及用于喷铸和挤压的成型工具，还包括加热管道和导热喷嘴以及其它装置，它们用于熔液在形成之后的加温和导流，以及用于缩短或省去冷却管道。作为可加热工具的应用实例，提到了一种用于喷铸机的工具。在加工注入腔内的熔液或被注入其中的产品材料时，重要的是腔表面能够被设置到特定的、与材料相协调的温度上。通常在制造过程的一个周期内需要改变腔表面的温度。例如可能要求在注入过程中保持相对高的温度，此后温度明显下降，以保证熔液快速凝固。通常，腔内和腔表面的温度对制造出的产品(光学产品，如光学数据载体或透镜)的质量和品质也有大的影响。为了在这种条件下保证快速的周期时间和高的产品质量，需要成型工具的迅速加热。然而也可设想需要对熔液进行升温或加热的其它应用领域。即在冷却管道的情况下以不降低质量的方式改变熔液的状态。若由于冷却改变了粘度，则可能在处理熔液时会有困难。但在成型喷嘴工具中，例如在挤压机的输出端上，通常也需要、甚至必须有最佳的温度。对于工具加热和成型，至今已知的方法是例如基于一个电阻丝的电阻加热。电阻加热可以借助电能完成，并且加热件也可适配于腔或腔表面的几何形状。此外能够很容易地提供不同的加热功率。加热成型工具的其它可能性由所谓的紧密层加热件给出，它主要用在加热管道
中。利用加热套筒的问题在于对被加热表面的外形缺乏适匹性。此外在改变温度水平时响应时间很长也是其缺点。这种加热件通常也不能加有机械负载，从而需要一个至少与表面之间的微小间隔，此间隔导致热功率的下降。功率容量也受到限制。因此在紧密层加热中与表面相关的热功率在约5.5W/cm2范围内，对于加热套筒则在约10W/cm2范围内。现有加热件的有限使用寿命也是其缺点。还已知了其它可能的加热方法。DE 3712128描述了一种用于铸造和喷铸工具的由工程陶瓷构成的成型注入件，它由氮化物和/或碳化物基础上的导电陶瓷或金属陶瓷构成。这种成型注入件特别适用于制造具有光学表面质量的塑料零件。DE 19942364给出了一种在压印成型过程中用于热变形的工具，其中直接在成型工具下面以与其有导热接触的方式安装一个由导电的、并通过它直接可加热的陶瓷构成的成型头。此成型头通过一个隔离板相对于变形机械隔热和电绝缘。WO 00/54949描述了一种可加热工具，其中加热通过置于陶瓷中的碳纤维实现。本专利技术的目的在于进一步优化DE 3712128所给出的可加热工具。上述任务由权利要求1，2，3和5所述的特征完成。在所有这些可选方案中，基本的想法是利用导电陶瓷代替通常使用的电阻丝或紧密层加热件作为加热元件。导电陶瓷可以具有优点地施加低电压和相对大的电流，从而可以在最短时间内达到高的温度。由于电压低，不需要考虑特殊的安全措施。此外这种陶瓷也可用一个简单的调节件来控制。硅—氮化物陶瓷适合于作为基于陶瓷的化合物，它不导电，但是很适合作为基底。这种基于陶瓷的化合物然后可以混合一种添加物，它形成导电能力。例如，所述添加物可以是钛—氮化物化合物，它相对较昂贵。混合量在10％至50％的范围内，尤其是在20％至40％的范围内选择。在特殊情况下混合量也可以非常高，例如高至100％。按照本专利技术的第一个可选方案，在导电陶瓷中设置冷却管道，用于流过冷却介质。这对于保证以特别好的方式调节温度是很有帮助的，尤其是不仅保证了成型工具的快速加热，而且也保证了其快速冷却。这种冷却管道例如可以通过腐蚀形成。在流过(气体的或液体的)冷却介质时，陶瓷中的温度以及成型工具中的温度以要求的方式被调节。这样加热和冷却可以通过同样的方式一起被给出。此外导电陶瓷也可设计成插件插入到工具的基础结构中。为了实现与其它构件和/或与熔液的电绝缘，导电陶瓷可至少部分地被氧化。如此敷设的氧化层在此用于绝缘。另一个可选方案是在导电陶瓷表面上形成一个结构布图，特别是一个微结构布图，尤其是当它在成型工具中与塑料熔液接触时。在这种情况下，在产品制造时微结构布图被传递并形成在产品的表面上。这种方法例如可以用来形成如光学数据载体(CD，DVD等)上的信息；或者用于在产品上实现特定的(例如物理的)效果，如透镜的去反光或在光学产品中改变光的传输。当然，所有类型的表面结构布图可通过导电陶瓷的相应表面构造来实现。表面结构布图的形成例如可以通过材料沉积工艺来实现。导电陶瓷可以通过三明治方式被置于成型工具中，例如在工具的两个部件之间。这里有意义的是导电陶瓷尽可能紧挨着安装在腔表面下面，从而可以在所希望的地点上产生热量。由于对于这种导电陶瓷也可选择一种具有良好机械性能(例如高耐压性)的材料，陶瓷不仅可以直接安装在一个与熔液接触的表面(例如腔表面或熔液管道)下面，而且导电陶瓷也可自身构成这种表面。然而为此应选择高耐磨材料用作导电陶瓷。在本专利技术的一个特别具有优点的实施方式中，导电陶瓷与工具或与工具的其它元件在材料上紧密关联地连接。这例如可以通过扩散熔焊实现。在这种情况下，导电陶瓷不仅集成在工具中，而且构成了工具的一部分。在本专利技术的一个特别具有优点的实施方式中，导电陶瓷被实现为工具装配件，它可被置于一个工具载体的安放空间中或工具载体上。如果这里应用具有相应安放空间的标准尺寸的工具载体和/或支架，则各个导电的、并且可电加热的陶瓷成形部件可简单地彼此互换，从而可以构成不同的腔。如果馈电导线也相应连接到导电陶瓷上，则单个的陶瓷件可以在一个连接单元打开后简单地被取出，并且用另一陶瓷件更换。当然这里决定性的是，陶瓷件的尺寸不超过或达到腔的尺寸。这种可互换的陶瓷件例如可用于制造如CD或DVD等光学数据载体，对于它们的制造，信息替代了至今所用的印戳被置于或敷设在导电陶瓷的腔表面上。为保证陶瓷足够稳定，它也可以安装在一个承载件上，例如标准的工具钢件上。具有优点的是，导电陶瓷的形状或表面匹配于与熔液接触的表面(例如腔表面或加热管道)的几何形状。用导电陶瓷可以在要加热表面上实现均匀的温度分布。这例如在腔表面的情况下是必要的，因为腔表面温度对所生产的产品的质量有影响。导电陶瓷的电源供给可以通过普通的接触方式、或者通过在一个或多个导电表面上覆盖陶瓷而实现。通过在一个或多个导电表面上覆盖陶瓷，不需要自己单独的电源输入和输出导线。在这种情况下可以省去导电陶瓷在接触区的绝缘。按照本专利技术的另一个替代方案，可以应用由一种导电的和一种不导电的陶瓷组成的陶瓷组合系统。在这种情况下，此陶瓷整体组合可由一种较为廉价的陶瓷(例如硅一氮化物化合物)和一种价格较贵的导电陶瓷(例如添加钛—氮化物的硅—氮化物化合物)组成。导电陶瓷在某些情况下应当不超过本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于加工塑料熔液或金属熔液的装置的可加热工具，它包括一个与熔液接触的表面，其中一个用于加热的导电陶瓷（１６，５４，１１６，１５４，２１６，２５４）至少在表面区域内设置在工具中或者与工具集成在一起，其特征在于，在导电陶瓷（２１６）中形成用于流过冷却介质的冷却管道（２２０）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥古斯特伯尔，安德列斯穆勒尔，马丁赫特斯彻尔，俄文比尔克勒，
申请(专利权)人：卡劳斯马菲塑料工业股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]