包括具有热可控阵列的模具腔体表面的注塑设备和方法_2

文档序号:8416829阅读:来源:国知局
5和第二模具部件放在一起时,构件62可提供通过模具部件(例如,图1的部件5)的承载路径的至少一部分。
[0026]每个主体70还可包括换热模块63,其侧向地邻近承载构件62 (并且一体化地连接到该构件)并且可能未必具有与腔体外皮3紧密接触的表面。在此上下文中,所谓侧向地是指在与通过外皮3的厚度(最短尺寸)的热能传导方向至少大体垂直的方向(该方向通常也可至少大体垂直于通过构件62的承载通路)。如下文详细讨论的,在图2-4的示例性布置中,热能可从外源传递到换热模块63中和/或从换热模块63中移除,并且可以然后从换热模块63侧向地传导到承载构件62中,以便使整个主体70 ( S卩,模块63和构件62两者)达到所需温度。这将使构件62的前表面61达到该所需温度并且将因此根据需要允许热能从前表面61传递到外皮3或从外皮3移除。
[0027]所谓温度可控是指温度可控阵列的各个元件的温度可被监测(例如,不论以足以实现所需控制的频率连续地或间歇地),并且该监测温度可被控制器用来指导热能到该元件或自该元件的传递,以改变该元件的温度,例如,使其达到所需的设定点;即,使得该元件经受闭环温度控制。这样的温度监测可以例如通过使用温度感测装置来实现。虽然将所谓的热阻温度检测器(RTD)用于此目的可能是便利的,但可以使用任何合适的温度感测装置。可能有利的是,此温度感测装置被定位成紧邻元件的正面(即,最靠近元件热联接到的腔体外皮的一侧)。因此,在图2的示例性实施例中,每个元件60提供有可接纳温度感测装置(例如,如由图3的温度感测装置13表示)的腔体64,通过该温度感测装置可单独地监测该元件60的温度。在图2的图示实施例中,提供有进入窗口 65,使得温度感测装置可连接到线路(例如,图3的线52)。然而,可以使用与此温度感测装置通信的任何合适的方法(例如,光纤、无线等)。
[0028]每个元件60可通过至少第一传热机构来加热和/或冷却。在一些实施例中,此类第一传热机构可包括静态机构,这意味着它不涉及移动的传热流体,该流体通过在阵列50外部或模具部件5外部的加热或冷却单元来加热或冷却。(因此,在一些实施例中,此类第一传热机构涵盖包括加热或冷却流体的所谓的热管,该流体完全包含在不移动的端部封闭容器内部并且完全在该容器内部再循环。然而,在其他实施例中,在阵列内或在其带有的模具部件内不存在热管。)在一些实施例中,此类第一静态传热机构可包括通过电加热/冷却元件(例如,由线55供电的元件14,两者在图4中均以通用表示形式示出)进行电加热或冷却。此类元件可热联接到元件60的主体70 ;例如,它可以插入如图4的后视图中示出的元件60的端部向后开口的腔体69中,其中元件14与元件60的主体70紧密接触。(在图4的特定设计中,加热/冷却元件14热联接到换热模块63,使得传递到其中的热能可侧向传导到承载构件62中)。虽然可以使用能够加热或冷却的电气装置(例如,Peltier装置),但在许多情况下,可能便利的是使用第一电气传热机构以仅用于加热。在此类实施例中,电驱动的静态元件14可以是加热器(例如,通常已知的电阻加热器)。然而,只要提供足够的热联接,任何合适类型的加热或冷却元件就都可以任何合适的方式与元件60接触并且通过任何合适的紧固机构抵靠元件60保持。例如,此元件可通过外部压力保持就位;或者,可使用传导粘合剂、焊料等将该元件附接到主体70。
[0029]每个元件60也可通过第二传热机构来加热和/或冷却,在一些实施例中,第二传热机构可能不同于第一机构(当然,应当理解,第一和第二的命名是任意的)。不同于另一个传热机构的传热机构包括通过不同的物理原理操作的机构,例如,如本文所述的动态机构与静态机构。然而,不同于另一个传热机构的传热机构也包括这样的情况:其中两个机构均通过相同的原理操作(例如,两者均可涉及经由移动的传热流体进行动态热传递,或者两者均可涉及例如通过Peltier装置进行加热或冷却),但其中这两个机构能够彼此相对地至少大体同时地应用到相同的温度可控元件(即,使得一个机构的效果可至少部分地抵消另一机构的效果)。因此,在一般意义上,相同的温度可控元件可热联接到热源并且也可热联接到散热器,该热源和散热器可以大体同时或同时的方式分别操作以将热能添加到元件以及从元件移除热能。具体的例子可能是这样的:其中温度可控元件例如同时经受通过第一传热流体进行的加热和通过独立于第一传热流体受控的第二传热流体进行的冷却。一般来讲,在任何特定时间,元件60都可单独地通过第一机构、单独地通过第二机构、通过组合地使用两者来加热或冷却,或者可不通过任一机构来加热或冷却,如本文稍后详细讨论的。
[0030]如在图2-6中例示的,在一些实施例中,此类第二传热机构可为通过移动的传热流体(其温度由位于阵列50和模具部件5之外的控制单元控制)实现的动态传热机构,该传热流体将热能传递到元件60的主体70或从其移除热能。此类动态传热能力可通过假设元件60的主体70包括至少一个动态传热结构来实现,该动态传热结构能够直接或间接地将热能传递至此类移动的传热流体或从其接收热能,该流体可以是气态的(例如,空气、氮气、蒸汽等)或液态的(例如,水、油等)。在图2-6的特定实施例中,此动态传热结构可采用一个或多个动态传热翅片66的形式,如在图3和图5中最清楚地示出。本文中术语动态传热翅片被广义定义为意指下述任何结构,该结构从元件60的主体70突起(例如,作为其整体突起的部分),并且其翅片高度(突起距离)与翅片厚度(意指翅片沿着其最短轴线的平均距离,该最短距离通常将是沿着大体垂直于翅片高度轴线和流体流向的轴线)的纵横比高(在传热翅片的具体上下文中,意味着至少2:1)。在各种实施例中,此翅片的纵横比可以为至少3:1或5:1。翅片可具有任何合适的形状和尺寸,并且可以任何合适的数量存在。
[0031]在图2-6的示例性实施例中,温度可控阵列50可由一个或多个支撑块51支撑。在示例性设计中,第一支撑块51可附接到第一组元件60的主体70 (例如,附接到其换热模块63的侧向向外部分)。此类附接可以通过螺栓59,该螺栓可穿过支撑块51中的螺栓孔58 (如图6所示),并且可以然后进入每个元件60的主体70中的螺栓孔68 (如例如图5所示)中,以便将主体70附接到支撑块51,如图2-4所示。类似的第二支撑块51可附接到相背对的第二组元件60的主体,同样如图2-4所示。支撑块51可然后附接到例如由台板支撑的模具基座,如本领域的普通技术人员熟知的(模具部件5通常可附接到相同的模具基座)。除了支撑和稳定阵列50的元件60,图2-6中图示的支撑块也可起到使移动的传热流体就位以与元件60的主体70交换热能的作用。因此,如在图6示出的支撑块51的分离视图中最容易看到的,支撑块51可包括一个或多个(在图示实施例中,两个)流体流动通道53,其延伸穿过支撑块51的内部并且将移动的传热流体导向进入并穿过空间54,元件60的主体70的传热结构(例如,翅片)66可位于该空间54中,使得移动的流体可以接触翅片66。(此类流体流动通道可连接到流体供应导管56和流体排放导管57,两者在图4中以通用表示形式示出。)应当理解,此类设计可能特别适合其中希望阵列50的所有元件60的所有动态传热结构(例如,翅片)均暴露于共用传热流体的情况。(所谓共用流体是指处于相同标称温度的流体,例如由加热/冷却单元控制到设定点,但随着流体行进经过元件60的后续传热结构,流体的温度可能发生一些变化。)在一些实施例中,支撑块51可由例如具有小于80W/m-°C的热导率的低热导率材料组成。在另外的实施例中,支撑块51可包括小于约60、40或30W/m-°C的热导率。在另外的实施例中,支撑块51可以是例如具有小于约25W/m-°C的热导率的热绝缘材料。此布置可有利地增强元件60彼此之间的下述侧向地热隔离。
[0032]温度可控阵列的温度可控元件中的至少一些(例如其主体)可彼此侧向地热隔离。即,任何特定元件都可以至少与其相邻的一个或多个元件侧向地热隔离。此类侧向地热隔离可从热能在元件主体内传导的能力相对于热能从该元件的主体传导到相邻元件的主体(g卩,横跨将该元件的主体与相邻元件的主体分离的居间距离(空间))的能力的角度来观察。为了实现此类侧向地热隔离,前一种能力必须胜过后一种能力。元件彼此之间的侧向地热隔离可以任何合适的方式提供,并且多种隔离方法可用于单个元件。一般来讲,此类方法可依赖于在相邻元件主体表面之间的居间空间中(具体地讲,在彼此最紧密面对的相邻元件主体表面之间)提供具有相对低的热导率的一种或多种材料。因此,在图2所示的实施例中,在相邻元件60的换热模块63之间设置有气隙。由于空气的热导率为小于0.1ff/m-°C,这可以提供有效的热隔离(例如,只要气隙为至少约0.1mm或更大以使相邻主体表面之间的辐射传热的无法接受地高的速率的机会最小化)。在各种实施例中,在元件(例如,元件的主体)彼此最接近的点处,此类气隙可以为至少约0.2、0.5、1.0或2.0_。应当理解,术语气隙是通用的,并且在此类间隙中可存在具有适当低的热导率的任何气态流体(例如,氮气)或甚至部分真空。在一些实施例中,相邻元件之间的间隙的至少一部分可填充有非气态的低热导率流体(例如,具有小于约25W/m-°C的热导率的热绝缘油或油脂)。
[0033]在一些实施例中,可使用低热导率的固体(即,非流体)材料以用于此目的。此类材料在本文中被称为热绝缘隔离物,并且只要表现出足够低的整体热导率,就可由任何非流体材料构成。此类材料可以是具有低的固有热导率的固体材料,和/或该材料可以是多孔的、蜂窝状的等,以便包括可有助于材料的低整体热导率的空隙体积。因此,在图2和图4的示例性实施例中,在相邻的承载构件62彼此最接近的点处,在元件60的相邻承载构件62之间存在热绝缘隔离物71。在各种实施例中,此类绝缘隔离物可由具有小于约25、10或5W/m-°C的热导率的材料组成。在一些实施例中,此类隔离物可由钛组成。在各种实施例中,隔离物的厚度(即,在隔离物的最短侧向尺寸上)可以为至少约0.05、0.1或0.2mm。在各种实施例中,隔离物的厚度(即,在隔离物的最短侧向尺寸上)可以为至多约5、2、1或0.5mm。此类隔离物的厚度可以为大体或严格恒定的,或者它可以在隔离物的长度和/或宽度上变化。在特定实施例中,可以使用任何上述方法的组合。因此,在图5中,提供了围绕气隙的画框边界形式的示例性热绝缘隔离物71。这种布置可能是特别有用的,前提条件是在例如阵列50的元件的相邻前表面61之间(如图2所示)设置隔离物材料的固体部分,使得可以向腔体外皮3提供最大支撑,同时还假设相邻元件之间的相当大的区域包括气隙,以便提供尽可能高的在相邻元件之间传导热能的整体屏障。
[0034]如上所述,为了在两个温度可控元件之间实现侧向地热隔离,热能在每个元件主体内传导的能力必须胜过热能从该元件的主体传导到相邻元件的主体的能力,以便每个元件的温度可以大体独立于相邻元件的温度而被合格地控制。在许多情况下,普通技术人员也许能够通过定性评估设置在模具部件中的任何加热和冷却布置而确定是否提供此类侧向地热隔离。然而,在一些情况下,至少半定量地表征此类侧向地热隔离可能是有用的。
[0035]可以表征元件的侧向地热隔离的一种便利的方法是通过使用被称为热阻(即,热导率的倒数)的熟知的参数。对于沿着材料的任何给定的传导通路来说,热阻(R)由公式
(I)获得:
[0036](I)R = L/(k*A)
[0037]其中L为路径长度,k为材料的热导率(例如,以W/m_°C计),并且A为沿着通路的横截面积(使得R的单位为例如。C /ff)。
[0038]熟知的是,对于并联的传导通路,组合通路的总R可通过对单独的传导通路的各个R’求倒数、将求倒数后的R’相加并且对和求倒数来获得。同样,熟知的是,对于串联的传导通路,组合通路的总R可通过对各个R’求和来获得。因此,可使用公式I来计算元件60的主体内的侧向热流的热阻,其在本文中将被称为!U。由于此类元件的侧向地热隔离最有用地用热联接到腔体外皮的元件(即,为将在其中执行模塑操作的构型)来计算,因此腔体外皮的任何贡献都应被考虑。因此,Rmb可便利地包括由元件的主体和由该主体热联接到的腔体外皮提供的(并联的)侧向传导通路的组合贡献。因此,为了表征元件与最近的相邻元件沿着它们之间的所有显著传导通路侧向地热隔离的程度,可以
当前第2页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1