CH643774A5

CH643774A5 - Angussbuchse mit eingebautem elektrischem heizelement fuer eine spritzgussmaschine.

Info

Publication number: CH643774A5
Application number: CH1069279A
Authority: CH
Inventors: Jobst Ulrich Gellert
Original assignee: Gellert Jobst U
Priority date: 1978-12-14
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1984-06-29
Also published as: NL183877C; NL7907655A; PT70591A; IT7928082A0; GB2044162A; FR2443919B1; DE2948561A1; IL58614A; GB2044162B; DE2948561C2; IT1127737B; FR2443919A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Angussbuchse mit einem eingebauten elektrischen Heizelement für eine Spritzgussmaschine.

Angussbuchsen der genannten Art werden im Zusammenhang mit Spritzgussmaschinen verwendet, die keine Durchlaufkanäle für die unter Druck stehende Schmelze aufweisen. Bei solchen Spritzgussmaschinen ist die unter Druck stehende Schmelze zunächst durch kalte Angussbuchsen der Form zugeführt worden. Diese haben den Nachteil, dass die geformten Gegenstände Angüsse aufweisen, die nach dem Spritzguss entfernt werden müssen. Weiterhin ist es bei einer solchen Anordnung erforderlich, dass ein grösserer Kanal für die Schmelze vorhanden ist, um Verstopfungen durch den Anguss zu vermeiden. Das macht längere Zeiten zur Kühlung des Angusses erfoderlich, was wiederum die Verringerung der Zeitdauer eines Arbeitszyklus begrenzt.

Kürzlich sind auch beheizte Angussbuchsen zur Überwindung dieser Nachteile vorgesehen worden. Bei einer Art solcher beheizten Angussbuchsen fliesst die Schmelze um ein mittiges, torpedoartiges Heizelement herum. Bei dieser Anordnung bleiben viele Nachteile der kalten Angussbuchsen erhalten; zusätzlich dazu entsteht über die Buchse ein unzulässiger Druckabfall. Weiterhin ist dabei die Temperatur der Schmelze ungleichförmig, und es müssen an dem mittigen torpedo-artigen Element überhöhte Temperaturen vorgesehen werden um sicherzustellen, dass die Buchse betriebsbereit bleibt.

Kürzlich sind weitere Angussbuchsen entwickelt worden, die ein schraubenförmig gewundenes elektrisches Heizelement aufweisen, das eine Buchse umgibtt, die den zentralen Kanal für den Durchfluss der Schmelze begrenzt. Diese Buchse wiederum ist aussen von einer länglichen Hülse oder einem entsprechenden Glied umgeben. Während dadurch gewisse Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden, hat dieser Aufbau immer noch einige Nachteile. Um den momentanen Einspritzdrucken zu widerstehen, die 2800 bar (40 000 psi) übersteigen können, werden diese Buchsen aus sogenannten hochfesten Materialen wie H13-Stahl oder rostfreiem Stahl gebildet. Weiterhin muss die innere Buchse oder das innere Glied eine Mindestwandstärke besitzen, die ausreicht, um diesen wiederholt auftretenden Kräften Stand zu halten. Das Heizelemente befindet sich in einem Luftraum zwischen den beiden Hülsen, und die Luft, die die Windungen des Heizelementes umgibt, wirkt als Isoliermittel. Dies in Verbindung mit der erforderlichen Stärke des Stahls für das Innenglied zur Erzielung der geforderten Festigkeit verlangt, dass das Heizelement auf höheren Temperaturen gehalten werden muss, um der Schmelze Wärme in ausreichender Menge zuzuführen. Da auf diese Weise die Wärme nicht rasch von dem Heizelement abgeführt wird, brennt dieses durch, was die wirksame Lebensdauer der Angussbuchse begrenzt.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die vorgenannten Nachteile wenigstens teilweise zu überwinden und eine Angussbuchse der genannten Art mit einem, z.B. schraubenförmig, gewundenen Heizelement zu schaffen, die bessere Wärmeleitfähigkeit besitzt und bessere Festigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird für die Angussbuchse der eingangs genannten Art erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Angussbuchse nach der Erfindung können mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 9 erreicht werden.

Die Erfindung ist nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Angussbuchse,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Angussbuchse,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines zweiadrig gebauten Heizelementes für die Angussbuchse nach Fig. 1 oder 2;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Heizelementes von einadrigem Aufbau für die Angussbuchse nach Fig. 1 oder 2 und

Fig. 5 eine Schnittansicht des Heizelementes nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Angussbuchse 10 mit einem Mittelkanal 12, durch den die Schmelze von der Düse der Spritz5

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gussmaschine dem Formhohlraum 13 zugeführt wird. Die Angussbuchse 19 hat einen inneren Kern 14, ein schraubenförmig gewundenes Heizelement 16 und einen äusseren Mantel 18. Der innere Kern 14 begrenzt den Mittelkanal 12, der einen mit einer Ausnehmung versehenen Einlass 20 zur Aufnahme der Düse der Spritzgussmaschine aufweist, sowie eine verengte Düse 22, die zu dem Formhohlraum 13 führt. Die Aussenfläche 24 des inneren Kerns 14 ist so geformt, dass sie einen schraubenförmig gewundenen Rücken 26 bildet, der im Querschnitt gesehen gleichförmige Krümmung besitzt. Im Querschnitt ändert sich daher die Aussenfläche 24 nach einem regelmässigen, gewellten Muster ohne scharfe Ecken oder Spitzen.

Das elektrische Heizelement 16 ist ein einziges Heizelement, das eine ganze Anzahl schraubenförmiger Windungen 28 bildet. Es ist oberhalb des inneren Kerns 14 angeordnet und erstreckt sich über den grössten Teil der Länge des inneren Kerns 14 und in der Weise, dass jede Windung 28 des Heizelementes 16 von den benachbarten Windungen getrennt ist. Der innere Kern 14 der Angussbuchse 10 hat im Einlass eine Schulter 30 mit einem herunterhängenden Umfangsteil 32; die Anschlussmittel 34 des Heizelementes 16 verlaufen durch den Umfangsteil 32 und sind mit Zuleitungen 36 verbunden. Ein in dem Umfangsteil 32 vorgesehener Schlitz dient zur Einführung eines Thermoelementes 38 zur Überwachung der Temperatur der Angussbuchse 10. Während der Schraubendurchmesser des Heizelementes 16 ausreicht, um gerade eben Abstand von der Aussenfläche 24 des inneren Kerns 14 zu halten, ist das Heizelement 16 in einer und der schraubenförmige Rücken 26 an der Aussenfläche 24 des inneren Kerns 14 in der entgegengesetzten Richtung gewunden, so dass, falls sich beide berühren, diese Berührung nur an den Stellen erfolgt, an denen sich die Schraubenwinidungen überschneiden.

Nach Anordnung des Heizelementes 16 um den inneren Kern 14 werden diese mit dem äusseren Mantel 18 umgössen, der allgemein zylinderförmig ist, jedoch zur Erleichterung des Gussvorgangs geringfügig verjüngt ausgebildet sein kann. Der innere Kern 14 besteht aus hochfestem, korrosionsfestem, wärmeleitendem Metall, bei dieser Ausführung aus einer Beryllium-Nickel-Legierung aus ca. 2% Beryllium, 0,5% Chrom und dem aus Nickel bestehen Rest. Der äussere Mantel 18 besteht aus einem hochleitfähigen Metall, bei dieser Ausführung aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung mit ca. 1% Beryllium, 4% Kobalt und dem Rest aus Kupfer. Beim Guss des äusseren Mantels 18 über das Heizelement 16 und den inneren Kern 14 fliesst das Material zwischen die getrennten Windungen 28 des Heizelementes 16 und verbindet sich mit den Oberflächen beider. Da die Windungen 28 getrennt und das Heizelement 16 und der schraubenförmig gewundene Grat 26 in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, umgibt die Beryllium-Kupfer-Legierung die Windungen 28 des Heizelementes 16 vollu ständig, wobei, wenn überhaupt, nur wenige isolierende Leerstellen oder Luftlöcher verbleiben. Es wird daher die Wärme rasch von dem Heizelement 16 abgeführt, weil das Metall des äusseren Mantels 18 sehr hohe Leitfähigkeit besitzt. Des weiteren stellt die gewellte Aussenfläche 24 des inneren Kerns 14 einen maximalen Oberflächenkontakt zu dem äusseren Mantel 18 her, wodurch die Wirksamkeit der Wärmeübertragung vergrössert und die Schmelze im Mittelkanal 12 auf einer eher konstanten Temperatur gehalten wird. Ausserdem bewirken der integrale Aufbau der Angussbuchse 10 und die umlaufende Anordnung des Rük-kens 26 und des Heizelementes 16 einen erhöhten Widerstand gegen die wiederholte Hochdruckbelastung, so dass die Wandstärke des inneren Kerns 14 verringert werden kann, wodurch wiederum die Wärmeleitung vom Heizelement 16 zur Schmelze vergrössert wird.

Das aus einem einzigen Element gebildete Heizelement 16 kann einadrig oder zweiadrig aufgebaut sein. In Fig. 3 5 ist das zweiadrige Heizelement 16 mit einem biegsamen metallischen Mantel 60 versehen, der aus einem Material wie Inconel oder rostfreiem Stahl besteht. In dem Mantel 60 ist ein Widerstanddraht 62 eingeschlossen, der aus einem Material wie einer Nickel-Chrom-Legierung besteht und io von einem hitzefesten, pulverförmigen, elektrischen Isoliermaterial 64, z.B. vedichtetem Magnesiumoxidpulver, umgeben ist. Wie man sieht, verläuft der Widerstandsdraht 62 bis zum Ende des Heizelements 16 und wird dann in sich selbst zurückgeführt, um über die Länge des Heiz-15 dementes 16 die Wärmeerzeugung zu bewirken.

Fig. 4 und 5 zeigen ein einadriges Heizelement 16 von ähnlichem Aufbau, ausser dass nur ein Widerstandsdraht 62 in dem Isoliermaterial 64 innerhalb des Mantels 60 angeord-„„ net ist. Dieser Aufbau entsteht dadurch, dass die zusam-

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mengebaute Einheit in sich selbst zurückgeführt wird und dann die beiden' Teile miteinander verlötet werden. Dies hat den Vorteil einer sehr viel wirtschaftlicheren Herstellung.

25 Im Gebrauch wird die Angussbuchse 10 zwischen der Spritzgussmaschine und dem Formhohlraum 13 angeordnet und die Zuleitungen 36 werden an eine geeignete Stromquelle angeschlossen. Nach Aufheizung der Angussbuchse 10 kann der Betrieb aufgenommen werden. Von der Spritz-30 gussmaschine her wird die Schmelze unter sehr hohem Druck in den Mittelkanal 12 eingebracht und darin durch die von dem Heizelement 16 ausgehende Wärme im geschmolzenen Zustand gehalten. Nach jedem Druckstoss aus der Maschine zur Füllung des Formhohlraums 13 ver-35 festigt sich die Schmelze im Bereich der verjüngten Öffnung 22 und gleichzeitig tritt von der Spritzgussmaschine her ein leichter Druckabfall auf, der mindestens einen gewissen Teil der Schmelze aus diesem Bereich des Mittelkanals 12 zurücksaugt. Die Kühlung 54 der Hohlraumplatte 40 44 wird dann eingeschaltet, und nach Erstarrung des Formteils wird die Form geöffnet, das Formteil ausgestossen und die Form wieder geschlossen und der ganze Ablauf wiederholt. Dadurch, dass bis dicht an dem Bereich der Zufuhröffnung genügend Wärme zur Verfügung steht und die An-45 saugwirkung der Spritzgussmaschine ausgenutzt wird, kann ein angussfreies Formteil hoher Qualität erhalten werden, das ohne wiederholten Ausfall der Maschine hergestellt werden kann.

In Fig. 2 ist die zweite Ausführung einer Angussbuchse 50 10 dargestellt. Darin sind viele Teile identisch mit den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform, und diese, beiden Ausführungsformen gemeinsamen Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. In dieser Ausführungsform hat die Angussbuchse 10 ebenfalls einen Mittelkanal 12, der durch 55 einen inneren Kern 14 begrenzt wird, ein schraubenförmig gewundenes Heizelement 16 und einen äusseren Mantel 18. Der Unterschied zu ersten Ausführungsform besteht darin, dass der innere Kern 14 zu einer punktförmigen Spitze 40 geformt ist, die sich benachbart zu der Zufuhröffnung 42 in fio der Formplatte 44 erstreckt. Wie man sieht, ist der Durchlaufkanal 12 in zwei Arme 46 gespalten, die die Schmelze einem Bereich 48 von halbkreisförmigem Querschnitt zuführen, der die Spitze 40 umgibt und von dem aus sie an der Spitze 40 vorbei in den Formhohlraum 13 eintritt. 65 Der innere Kern 14 hat auch noch einen Randflansch 52, der in der Formplatte 44 mindestens über eine Breite von ca. 0,1 cm (0,04 Zoll) in Berührung steht, um diesen festzustellen und eine Dichtung gegen die Schmelze zu be

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wirken. Der hochleitfähige äussere Mantel 18 ist von einem Luftraum 56 umgeben, um Wärmeverluste zur Formplatte 44 zu verringern.

Der Aufbau des Heizelementes 16 und des schraubenförmig gewundenen Grates 26, sowie die Betriebsweise sind bei dieser Ausführung ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und brauchen daher hier nicht weiter beschrieben zu werden. Die gewellte Aussenfläche 24 des inneren Kerns 14 der Angussbuchse 10 kann auch von Graten an-5 derer Form und Anordnung gebildet werden.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Angussbuchse mit einem eingebauten Heizelement für eine Spritzgussmaschine, gekennzeichnet durch

(a) einen länglichen inneren Kern (14) aus Metall und mit einem durch diesen hindurch verlaufenden Mittelkanal (12), der an seinem einen Ende einen Einlass (20) und an seinem anderen Ende eine Düse (22) aufweist,

(b) ein elektrisch isoliertes Heizelement (16), das den inneren Kern (14) mit einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Windungen (28) umgibt und mit Anschlussmitteln (34) zur Verbindung mit einer äusseren Stromquelle versehen ist, wobei der Innendurchmesser der Windungen (28) grösser ist als der grösste Aussendurchmes-ser der gewellten äusseren Oberfläche des inneren Kerns (14), und

(c) einen länglichen äusseren Mantel (18) aus Metall mit einer einen raschen Wärmeabfluss gewährleistenden Wärmeleitfähigkeit, der den inneren Kern (14) und das Heizelement (16) über deren Länge umgibt und fest mit diesen verbunden ist.

2. Angussbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des inneren Kerns (14) geriffelt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Angussbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des inneren Kerns (14) einen schraubenförmig verlaufenden Rücken (26) aufweist, der im Querschnitt gesehen gleichförmige Krümmung besitzt.

4. Angussbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenwindungen des Heizelementes (16) und des Rückens (26) entgegengesetzt gerichtet sind.

5. Angussbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kern (14) aus einer Beryllium-Nickel-Legierung und der äussere Mantel (18) aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung besteht.

6. Angussbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) einen Widerstandsdraht (62) mit einer ersten Teillänge, die von den Anschlussmitteln (34) ausgeht, und einer zweiten Teillänge, die zu den Anschlussmitteln (34) zurückgeführt ist, aufweist und dass die Teillängen in Isoliermaterial (64) und in einen gemeinsamen leitenden Mantel (60) eingeschlossen sind.

7. Angussbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) einen Widerstandsdraht (62) mit einer ersten Teillänge, die von den Anschlussmitteln (34) ausgeht, und einer zweiten Teillänge, die zu den Anschlussmitteln (34) zurückgeführt ist, aufweist und dass die Teillängen unter Ausbildung eines einzigen Elementes miteinander verdreht sind.

8. Angussbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) vom äusseren Mantel (18) umgössen ist.