DE10025588A1

DE10025588A1 - Einrichtung zur Verarbeitung von geschmolzenem Material, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE10025588A1
Application number: DE10025588A
Authority: DE
Inventors: Jonathon Fischer; Dan Zuraw
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2001-11-29
Also published as: CN1430549A; US20060243412A1; EP1283768A1; WO2002028615A1; US20040011495A1; AU2001286167A1; JP2004510599A; US7044191B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verarbeitung von geschmolzenem Material mit wenigstens einem länglichen thermischen Element, insbesondere einem Heizelement, einem Thermoelement, einem Sensor, einer Heizleitung und einer Kühlleitung, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das längliche thermische Element in einer Vertiefung angeordnet ist, die in einer Oberfläche der Verarbeitungseinrichtung vorgesehen ist. Diese Vertiefung umfaßt einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, dessen Querschnitt größer als der Querschnitt des thermischen Elementes ist, wodurch ein Freiraum zwischen dem thermischen Element und der Oberfläche der Verarbeitungseinrichtung gebildet ist. Der Freiraum, der vom ersten Bereich und dem thermischen Element begrenzt ist, ist mit einem thermisch aufgesprühten Material aufgefüllt. Der zweite Bereich, der an den Querschnitt des thermischen Elementes angepaßt ist, umgibt diese teilweise und steht in direktem Kontakt mit dem selbigen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verarbeitung von geschmolzenem Material mit einem länglichen thermischen Element, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Einrichtung.

Eine solche Einrichtung zur Verarbeitung von geschmolzenem Material ist aus der US- 5,051,086 bekannt.

Thermische Elemente wie beispielsweise Heizelemente werden in dieser Verarbeitungs einrichtung eingesetzt, um die Wärme bereitzustellen, die erforderlich ist, um die Pro zeßtemperatur zu erreichen und zu haften.

Aufgrund der kurzen Zykluszeiten, die in modernen Spritzgußsystemen verwirklicht wer den müssen, ist es wichtig, daß die Verarbeitungseinrichtung ein hervorragendes Tem peratur/Zeit-Ansprechverhalten aufweist. Das Heizelement muß deshalb schnell und gleichmäßig Wärme auf den Körper der Verarbeitungseinrichtung übertragen. Dazu muß das Heizelement mit der Verarbeitungseinrichtung ausreichend fest verbunden sein, um mechanischen Kräften zu widerstehen, die auf die Verarbeitungseinrichtung und das Heizelement während des Betriebes wirken. Dasselbe gilt für andere thermische Ele mente, wie beispielsweise Thermoelemente, Sensoren, Heizleitungen oder Kühlleitun gen, unabhängig davon, ob Wärme auf das oder von dem thermischen Element übertra gen wird.

Die obengenannte US-5,051,086 beschreibt eine Einrichtung zur Verarbeitung von ge schmolzenem Material in Form einer Spritzgußdüse. Diese Einrichtung weist ein ländli ches thermisches Element wie beispielsweise ein Heizelement auf, das direkt um den Düsenkörper gewunden ist. Die Windungen des Heizelementes werden mit dem Düsen körper verlötet. Dabei fließt eine Nickellegierung in alle Zwischenräume um die Windun gen herum, wodurch diese mit dem Düsenkörper metallurgisch verbunden werden. Der Lötvorgang wird in einem Vakuumofen durchgeführt. Zur Isolierung des äußeren Berei ches der Windungen des Heizelementes, welcher bezüglich der Düse nach außen weist, werden die Windungen schichtweise aus nichtrostendem Stahl und einem keramischen isolierenden Werkstoff durch Plasmasprühen abwechselnd bedeckt.

Die US-4,557,685 schlägt eine Spritzgußdüse mit spiralförmigem Kanal um deren zylin drische Außenoberfläche vor. Ein gewundenes Heizelement ist einteilig in diesen Kanal gelötet, wobei das Löten in einem Vakuumofen stattfindet. Das Lot, in diesem Fall eine Nickelpaste, schmilzt und fließt aufgrund der Kapillarwirkung in den Kanal um das Heiz element, wodurch das Heizelement und der Kanal verbunden werden und eine einteilige Konstruktion bilden.

In beiden obengenannten US-Patenten erfolgt das Verbinden des Heizelementes mit dem Düsenkörper durch Verlöten in einem Vakuumofen. Der Einsatz eines solchen Va kuumofens ist jedoch kostspielig und senkt die Produktionsrate.

US-5,226,596 schlägt eine beheizte Düse vor, die eine spiralförmig ausgebildete Nut auf ihrem Außenumfang aufweist, die ein Heizelement aufnimmt. Die Nut und das Heizele ment sind durch einen Metallstreifen abgedeckt, der um die Oberfläche auf dem Außen umfang des Hauptkörpers der beheizten Düse gewunden ist. Dieser Metallstreifen ist mit dem Düsenkörper verschweißt. Diese Konstruktion schafft jedoch luftgefüllte Leerräume zwischen dem Metallstreifen und dem Heizelement, wodurch die Oberfläche des Heiz elementes teilweise isoliert wird. Daraus folgt, daß die Temperatur des Heizelementes an diesen isolierten Stellen nachteilhafterweise ansteigt, wodurch das Heizelement zer stört werden kann.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Verarbeitung von geschmolzenem Material mit einem länglichen thermischen Element zu schaffen, die schnell und zu geringen Kosten hergestellt werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein leicht zu automatisierendes Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe dieses Verfahren ausgeführt wird.

Diese Aufgabe ist durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung dieser Einrichtung wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 15 und 22 gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß für deren Herstellung kein Vakuumofen erforderlich ist. Dadurch werden die Produktionskosten gesenkt und die Produktionsrate gesteigert. Darüber hinaus wird der Wärmeübergang vom thermi schen Element auf den Körper der Verarbeitungseinrichtung weiter verbessert, weil bei de Teile nunmehr in direktem Kontakt miteinander stehen. Dadurch wird das Tempera turansprechverhalten der erfindungsgemäßen Einrichtung weiter verbessert, so daß noch kürzere Zykluszeiten möglich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann leicht automatisiert werden, was vorteilhafter weise die Produktionskosten senkt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin die Möglichkeit, eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe mit verschiedenen Schmelz punkten für das thermische Sprühen einzusetzen. Schließlich werden das thermische Element und die Verarbeitungseinrichtung nur in geringem Maße in der Nähe des ther mischen Elementes erwärmt, so daß keine Verspannungen auftreten, die den Kontakt und somit den Wärmeübergang zwischen dem thermischen Element und der Verarbei tungseinrichtung beeinträchtigen könnten.

Die Verarbeitungseinrichtung kann eine Spritzgußdüse, ein Formverteiler, ein Anschnitt einsatz, eine Düsenspitze, ein Ventilschaft, ein Torpedo, ein Heizkörper oder eine An gußbuchse sein. Die in der Oberfläche der Verarbeitungseinrichtung vorgesehene Ver tiefung oder Vertiefung ist vorzugsweise eine Nut.

Der erste Bereich dieser Vertiefung kann eine V-förmige Öffnung sein. Diese Konfigura tion erleichtert und verbessert das Füllen des Freiraumes zwischen dem thermischen Element und der Oberfläche der Verarbeitungseinrichtung. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform liegt der Öffnungswinkel des ersten Bereiches in einem Bereich von 30° bis 120°.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt des zweiten Berei ches bogenförmig, so daß der Querschnitt des zweiten Bereiches an den Querschnitt eines rohrförmigen thermischen Elementes angepaßt ist, welches beispielsweise ein Heizelement oder eine Heiz/Kühlleitung sein kann. Der Winkel, mit dem der zweite Be reich das thermische Element umgibt, beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform 180°, so daß eine maximale Fläche des thermischen Elementes in direktem Kontakt mit der Verarbeitungseinrichtung steht. Der Winkel kann selbstverständlich kleiner als 180° sein.

Vorzugsweise ist eine nutförmige Ausnehmung in wenigstens einer Wandung der Nut ausgebildet, die parallel zum Nutgrund verläuft. Die nutförmige Ausnehmung wirkt in vorteilhafter Weise als Feder, wenn das thermische Element in die Nut gepreßt wird. Die nutförmige Ausnehmung kann im ersten Bereich der Nut ausgebildet sein. Ferner kann die nutförmige Ausbildung symmetrisch in gegenüberliegenden Wandungen der Nut ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist der thermisch aufgesprühte Werkstoff ein wärmeleitender Werkstoff. Der Werkstoff kann Aluminium, Bronze, Kupfer, Nickel oder deren Legierungen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das thermische Sprühen in Form von Plasmasprühen durchgeführt. Vorteilhafterweise können dadurch Ausgangsmaterialien mit einem hohen Schmelzpunkt verarbeitet wer den, weil die Temperatur des Plasmastrahles hoch genug ist, solche Materialien zu schmelzen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das thermische Sprühen als Lichtbogensprühen durchgeführt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß das Ausgangsmaterial auf einfa che Weise in Form eines Drahtes bereitgestellt werden kann. Schließlich ist es möglich, das thermische Sprühen als Flammsprühen durchzuführen.

Vorzugsweise wird die Oberfläche, in welcher das thermische Element eingebettet ist, plan bearbeitet. Dies kann durch Fräsen, Drehen und/oder Schleifen erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Freiraum mit einem Material gefüllt, indem auf das thermische Element abwechselnd Schichten thermisch aufgesprüht werden. Da durch wird der Freiraum gleichmäßig aufgefüllt. Die Haftung des thermisch aufgesprüh ten Materiales an der Oberfläche des Heizelementes und an der Oberfläche der Vertie fung kann dadurch verbessert werden, indem die besagten Oberflächen vor dem Auffül len gereinigt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert:

In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Ausführungsform der erfindungs gemäßen Verarbeitungseinrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil der Ausführungsform, nachdem das Heizelement in die Vertiefung eingesetzt ist;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil der Ausführungsform, wobei der Frei raum teilweise mit einem thermisch gesprühten Material aufgefüllt ist;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil der Ausführungsform, nachdem der Freiraum zwischen der Oberfläche und dem Heizelement vollständig mit thermisch gesprühtem Material aufgefüllt ist;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Teil der Ausführungsform mit plan geschlif fener Oberfläche;

Fig. 6 einen teilweise vergrößerten Querschnitt durch eine andere Ausführungs form der erfindungsgemäßen Verarbeitungseinrichtung;

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Verarbeitungsvorrichtung;

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Verarbeitungsvorrichtung;

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Verarbeitungsvorrichtung;

Fig. 10 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Verarbeitungsvorrichtung vor dem Einsetzen des thermischen Elementes;

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Verarbeitungsvorrichtung;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer er findungsgemäßen Verarbeitungseinrichtung; und

Fig. 13 eine Ausführungsform der Vorrichtung aus Fig. 12.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform der Verarbeitungsvorrichtung 1, die beispielsweise eine Spritzgußdüse, ein Formverteiler, ein Anschnitteinsatz, eine Dü senspitze, eine Angußbuchse, ein Ventilschaft, ein Torpedo oder ein Heizkörper sein kann. Diese Einrichtung 1 kann bei der spritzgießenden Verarbeitung verschiedener Materialien wie beispielsweise Kunstharz, Metall und Pulver eingesetzt werden.

Fig. 1 zeigt insbesondere den Ausschnitt der Ausführungsform der Verarbeitungsvor richtung 1 im Bereich einer Vertiefung 3, die in wenigstens einer Oberfläche 6 der Verar beitungseinrichtung 1 ausgebildet ist. Diese Vertiefung 3 erstreckt sich entlang der Ober fläche 6 in zu erwärmende Bereiche der Verarbeitungseinrichtung 1. Ein Heizdraht kann beispielsweise als thermisches Element 2 eingesetzt werden, welcher dem Verlauf der Vertiefung 3 entlang der Oberfläche 6 folgt. Obwohl nur eine in einer Oberfläche 6 ausgebildete Vertiefung 3 in Fig. 1 gezeigt ist, können selbstverständlich zusätzliche Vertiefungen in anderen Oberflächen der Verarbeitungseinrichtung 1 ausge bildet sein.

In dieser Ausführungsform ist die Vertiefung 3 als Nut ausgeführt, die geeignet ist, rohr förmige thermische Elemente aufzunehmen, wie beispielsweise Heizleitungen, Kühllei tungen oder Heizelemente in Form von Heizdrähten. Die Vertiefung 3 kann eine andere Form aufweisen, die geeignet ist, andere nicht rohrförmige thermische Elemente aufzu nehmen. Fig. 1 zeigt, daß die Vertiefung 3 einen Querschnitt aufweist, der größer als der Querschnitt des thermischen Elementes 2 ist, welches in Fig. 2 gezeigt ist. Die Vertie fung 3 umfaßt einen ersten Bereich 4 und einen zweiten Bereich 5. Der erste Bereich 4 der Vertiefung 3 ist in dieser Ausführungsform als V-förmige Öffnung ausgeführt, wo durch das thermische Aufsprühen des Materials 8 auf das Element 2 erleichtert wird.

Darüber hinaus erleichtert die V-förmige Öffnung das Einlegen des thermischen Ele mentes 2 in die Vertiefung 3. Der zweite Bereich 5 weist einen bogenförmigen Quer schnitt auf, der an den Querschnitt des thermischen Elementes 2 angepaßt ist. In diesem Fall umgibt der zweite Bereich 5 das thermische Element mit dem maximal möglichen Winkel von 180°. Andere Winkel, die geringer als 180° sind, sind auch möglich.

Ferner kann der Fig. 1 entnommen werden, daß nutähnliche Ausnehmungen 9 in den Wandungen der Vertiefung 3 ausgebildet sind. Diese nutähnlichen Ausnehmungen 9 erstrecken sich parallel zum Grund der Vertiefung 3 und wirken als Federn, wenn bei der Montage das thermische Element 2 in die Vertiefung 3 gepreßt wird. In dieser Ausfüh rungsform sind die nutähnlichen Ausnehmungen 9 symmetrisch in gegenüberliegenden Wandungen des ersten Bereiches 4 der Vertiefung 3 angeordnet. Andere Anordnungen, beispielsweise mit nur einer nutähnlichen Ausnehmung 9, sind ebenfalls möglich.

Gemäß Fig. 2 ist das thermische Element 2 in die Vertiefung 3 eingelegt. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß durch das Einlegen des thermischen Elementes 2 in die Vertiefungen 3 ein Freiraum 7 zwischen der Oberfläche 6 der Verarbeitungseinrichtung 1 und dem thermischen Element 2 gebildet ist. Durch die V-förmige Öffnung der Vertiefung 3 er weitert sich der Freiraum 7 zur Oberfläche 6 hin, so daß das thermische Element 2 gut zugänglich ist. Dadurch wird das Aufsprühen des Materials 8 auf das thermische Element 2 erleichtert.

Fig. 3 zeigt, daß der Freiraum 7 teilweise mit einem Material 8 durch thermisches Sprü hen gefüllt ist. Heiße Teilchen des Materials 8 werden in Richtung des Freiraums 7 hin beschleunigt, die mit hoher Geschwindigkeit auf die freie Oberfläche, d. h. auf die Ober fläche des thermischen Elementes 2, die zum Freiraum 7 hinweist, auftreffen. Auf diese Weise wird das Material 8 auf das thermische Element 2 gesprüht, bis der Freiraum 7 aufgefüllt ist. Die heißen Teilchen sind in Fig. 3 nicht gezeigt. Vorteilhafterweise wird das Material 8 auf das thermische Element 2 lagenweise aufgesprüht, so daß der Freiraum 7 sich gleichmäßig füllt. Das Material 8 erstarrt dabei, wodurch eine Schicht gebildet wird, die das thermische Element 2 vollständig bedeckt. Auf diese Schicht werden weitere Schichten nacheinander aufgesprüht, bis der Freiraum 7 vollständig gefüllt ist. Die V- förmige Öffnung der Vertiefung 3 gestattet es, daß eine größere Menge an Material 8 den Freiraum 7 erreicht, um auf dem thermischen Element 2 abgeschieden zu werden.

Fig. 4 zeigt einen Freiraum 7, der vollständig mit thermisch aufgesprühtem Material 8 gefüllt ist. Die erstarrten Schichten, die auf das thermische Element 2 gesprüht sind, haften sowohl auf der freien Oberfläche des thermischen Elements 2 als auch auf der Wandung der V-förmigen Öffnung 7 der Vertiefung 3. Das thermische Element 2 wird dadurch in der Vertiefung 3 so fixiert, daß die erforderliche feste Bindung und gute Wär meübertragung zwischen der Verarbeitungseinrichtung 1 und dem thermischen Element 2 gewährleistet sind. Um die Haftung des erstarrten, thermisch aufgesprühten Materiales 8 auf dem thermischen Element 2 und an den Wandungen der Vertiefung 3 zu verbes sern, können die Oberflächen des thermischen Elementes 2 und der Wandung vor dem Besprühen gereinigt werden. Das Reinigen kann beispielsweise mittels Sandstrahlen durchgeführt werden.

Obwohl es sich gezeigt hat, daß das lagenweise Auffüllen des Freiraumes 7 zu hervor ragenden Ergebnissen führt, sind auch andere Vorgehensweisen hinsichtlich des Auf füllens des Freiraums 7 möglich. Nach dem Auffüllen des Freiraums 7 wird die Oberflä che 6 der Verarbeitungseinrichtung 1 plan bearbeitet, die dann die in Fig. 5 gezeigte Form aufweist.

Als thermisches Element 2 kann ein Heizdraht eingesetzt werden, wobei ein Heizleiter den Kern des Heizdrahtes bildet. Dieser Heizleiter, der während des Heizbetriebes stromdurchflossen ist, ist von einer Isolationsschicht umgeben, die wiederum von einem rohrförmigen Heizelement umschlossen ist. Dieses rohrförmige Heizelement bildet die Außenfläche des thermischen Elementes 2, auf die heiße Teilchen mit hoher Geschwin digkeit gesprüht werden. Das rohrförmige Heizelement kann beispielsweise aus Stahl hergestellt sein.

Andere Elemente, wie beispielsweise ein Sensor, ein Thermoelement, eine Heizleitung und eine Kühlleitung, können als längliches thermisches Element 2 verwendet werden.

Die in der Fig. 6 gezeigte Ausführungsform ist eine Spritzgußdüse mit einem beheizten Einsatz, der die Verarbeitungseinrichtung 1 darstellt. Dieser beheizte Einsatz umfaßt eine Vertiefung 3 in seiner Außenfläche mit einem ersten Bereich 4 und einem zweiten Bereich 5. Die Vertiefung 3 nimmt das Heizelement 2 auf. Der Freiraum 7 zwischen dem Heizelement 2 und der Oberfläche 6 ist mit dem thermisch aufgesprühten Material 8 ge füllt. Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, daß die Oberfläche 6 plan bearbeitet ist, so daß die Verarbeitungseinrichtung 1 in die Düse eingesetzt werden kann.

Fig. 7 zeigt eine beheizte Buchse als Verarbeitungseinrichtung 1, die an einer Spritzguß düse gemäß Fig. 8 angebracht werden kann.

In Fig. 9 ist die Verarbeitungseinrichtung 1 ein Formverteiler mit einer oberen Platte 11, die das eingebettete Heizelement 2 umfaßt. Schmelzkanäle 10 sind in einer unteren Platte 12 vorgesehen. Der Verlauf der Vertiefung 3 und somit des Heizelementes 2 in der oberen Platte 11 entspricht dem Verlauf der Schmelzekanäle 10 in der unteren Platte 12.

Fig. 10 zeigt eine Spritzgußdüse mit einer Vertiefung 3, in deren Außenfläche 6 die Ver tiefung 3 als spiralförmige Nut ausgebildet ist. Diese Düse ist ohne Heizelement 2 ge zeigt. Fig. 11 stellt eine Spritzgußdüse 1 mit einem Heizelement 2 dar, das im wesentli chen longitudinal zur Düse 1 verläuft.

Die Erfindung kann somit bei unterschiedlichen Arten von Verarbeitungseinrichtungen 1 verwirklicht werden. Ferner gestattet die Erfindung das Einbetten länglicher thermischer Elemente 2 unabhängig von deren Längsform.

Fig. 1 bis 5 zeigen die Abfolge der Herstellung einer Einrichtung 1 zur Verarbeitung ge schmolzenen Materials, die ein längliches thermisches Element 2 aufweist. Die Einrich tung 1 mit einer Vertiefung 3 in deren Oberfläche 6 ist in Fig. 1 gezeigt. Die Vertiefung 3 weist einen Querschnitt auf, der größer als der Querschnitt des thermischen Elementes 2 ist. Ferner umfaßt diese Vertiefung 3 einen ersten Bereich 4 und einen zweiten Bereich 5, deren Form teilweise dem Querschnitt des thermischen Elementes 2 entspricht. Die Vertiefung 3 kann durch Fräsen ausgebildet werden.

Fig. 2 zeigt das Einsetzen und Pressen des thermischen Elementes 2 in den zweiten Bereich 5, wodurch zwischen dem thermischen Element 2 und der Oberfläche 6 der Verarbeitungseinrichtung 1 ein Freiraum gebildet wird, der durch den ersten Bereich 4 und das thermische Element 2 begrenzt ist. Indem das thermische Element 2 in die Vertiefung 3 gepreßt wird, wird der gewünschte gleichmäßig enge Kontakt zwischen der Wandung der Vertiefung 3 und des thermischen Elementes 2 erreicht. In den Fig. 3 und 4 ist zu sehen, wie der Freiraum 7 mit Material 8 durch thermisches Sprühen gefüllt wird, wodurch das thermische Element 2 in die Verarbeitungseinrichtung 1 eingebettet wird.

Das Auffüllen des Freiraums 7 wird durch thermisches Sprühen durchgeführt. Ein bei spielsweise metallisches Ausgangsmaterial wird dabei aufgeschmolzen und zerstäubt. Die dabei entstehenden heißen Teilchen werden beschleunigt und auf das Heizelement 2 aufgesprüht, bis der Freiraum 7 aufgefüllt ist. Der Vorteil dieses Herstellungsschrittes besteht insbesondere darin, daß die heißen Teilchen an der Wandung der Vertiefung 3 beim Auffüllen des Freiraums 7 haften, so daß nach der Erstarrung der aus den Teilchen bestehenden Schicht, die das Heizelement 2 bedeckt, dieses fest in der Vertiefung 3 fixiert ist.

Das thermische Sprühen kann in Form von Plasmasprühen, Flammsprühen oder Licht bogensprühen durchgeführt werden.

Beim Plasmasprühen wird der metallische Ausgangswerkstoff pulverförmig in einen Plasmastrahl eingeführt, der dieses Pulver aufschmilzt und in Richtung des Freiraumes 7 beschleunigt. Die so entstandenen heißen und beschleunigten Teilchen werden dadurch auf das Heizelement 2 gesprüht, bis der Freiraum 7 aufgefüllt ist. Zur Erzeugung des Plasmastrahles wird zwischen zwei nicht abschmelzenden Elektroden ein Lichtbogen gezündet, dem ein Stabilisierungsgas zugeführt wird. Das zugeführte Stabilisierungsgas, beispielsweise N₂, N₂ + ≦ 10% H₂, Ar, He oder Ar + N₂, wird zu Plasma ionisiert, das mit hoher Geschwindigkeit als Strahl aus einer Düse austritt. In diesen Plasmastrahl wird mit Hilfe eines Trägergases das Pulver geblasen, das aufgeschmolzen und auf die freie Oberfläche des Heizelementes 2 geschleudert wird. Auf diese Weise kann das Heizele ment 2 solange besprüht werden, bis der Freiraum 7 vollständig aufgefüllt ist. Um ein möglichst gleichmäßiges Auffüllen zu erreichen, können die Teilchen lagenweise auf das Heizelement 2 gesprüht werden. Aufgrund der hohen Temperatur des Plasmastrah les können die meisten metallischen Pulver, aber auch andere geeignete Pulver verar beitet werden.

Beim Lichtbogensprühen liegt der metallische Ausgangswerkstoff in Drahtform vor. Zur Erzeugung der heißen beschleunigten Teilchen treffen zwei stromführende Drähte zu sammen, die aus dem Ausgangswerkstoff hergestellt sind. Nach dem Zünden bildet sich zwischen diesen beiden Drähten ein Lichtbogen und die beiden Drähte schmelzen konti nuierlich ab. Das Schmelzgut wird durch einen Druckluftstrom zerstäubt, beschleunigt und auf die freie Oberfläche des Heizelementes geschleudert. Auf diese Weise kann das Heizelement solange besprüht werden, bis der Freiraum 7 vollständig aufgefüllt ist. Um ein möglichst gleichmäßiges Auffüllen zu erreichen, können auch hier die Teilchen la genweise auf das Heizelement 2 gesprüht werden.

Wie in Fig. 5 gezeigt, kann die Oberfläche 6, in die das thermische Element 2 eingebettet ist, beispielsweise durch Fräsen und/oder Schleifen, plan bearbeitet werden.

Als Ausgangswerkstoff haben sich Aluminium, Bronze, Kupfer oder Nickel sowie deren Legierungen bewährt.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer Einrichtung zur Verarbeitung eines geschmolzenen Materials mit einem länglichen thermischen Ele ment 2. Diese Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung 100 zum thermischen Sprühen, be stehend beispielsweise aus einer Plasmakanone. Diese Einrichtung 100 ist beweglich angeordnet. Ferner umfaßt diese Vorrichtung eine Halteeinrichtung 110 zum Halten der Verarbeitungseinrichtung 1 und einer Preßeinrichtung, die nicht in Fig. 12 gezeigt ist. Diese Preßeinrichtung preßt das thermische Element 2 in die Vertiefung 3, um einen engen Kontakt zwischen dem thermischen Element 2 und der Verarbeitungseinrichtung 1 während des thermischen Sprühens aufrechtzuerhalten. Eine Steuereinrichtung 130 steuert die Halteeinrichtung 110 ebenso wie einen Antriebsmechanismus 140, der dies Einrichtung 100 zum thermischen Sprühen bewegt.

Fig. 13 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, bei der zwei Plasmakanonen vorgesehen sind, die jeweils ein anderes Material auf das thermische Element 2 sprühen können. Ein erstes Material könnte beispielsweise die Haftung eines zweiten thermisch leitfähigen Materiales auf dem thermischen Element 2 verbessern.

Claims

1. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material mit wenigstens einem länglichen thermischen Element (2), insbesondere einem Heizelement, einem Ther moelement, einem Sensor, einer Heizleitung und einer Kühlleitung, dadurch gekennzeichnet, daß
das längliche thermische Element (2) in einer Vertiefung (3) angeordnet ist, die in einer Oberfläche (6) der Einrichtung (1) vorgesehen ist;
die Vertiefung (3), die einen ersten Bereich (4) und einen zweiten Bereich (5) umfaßt, einen Querschnitt aufweist, der größer als der Querschnitt des thermi schen Elementes (2) ist, wodurch ein Freiraum (7) zwischen dem thermischen E lement (2) und der Oberfläche (6) der Verarbeitungseinrichtung (1) vorgesehen ist;
der Freiraum (7), der durch den ersten Bereich (4) und das thermische Element (2) begrenzt ist, mit einem thermisch aufgesprühten Material (8) gefüllt ist; und
der zweite Bereich (5), der an den Querschnitt des thermischen Elementes (2) angepaßt ist, teilweise dasselbe umgibt und direkt berührt.

2. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) eine Spritzgußdüse, ein Formvertei ler, ein Anschnitteinsatz, eine Düsenspitze, eine Angußbuchse, ein Ventilschaft, ein Torpedo und ein Heizkörper ist.

3. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (3) eine Nut ist.

4. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (4) eine V-förmige Öffnung ist.

5. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß ein Öffnungswinkel des ersten Bereiches (4) im Bereich von 30° bis 120° liegt.

6. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (4) zwei geradlini ge Wandungen aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.

7. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des zweiten Berei ches (5) bogenförmig ist.

8. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (5) das thermi sche Element (2) mit einem Winkel von weniger als 180° umgibt.

9. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut wenigstens eine Wandung aufweist, in der eine nutförmige Ausnehmung (9) parallel zum Nutgrund ausgebildet ist.

10. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß die nutähnliche Ausnehmung (9) im ersten Bereich (4) der Nut ausgebildet ist.

11. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß nutähnliche Ausnehmungen (9) symmetrisch in sich gegenüberliegenden Wandungen der Nut ausgebildet sind.

12. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der Anspr üche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch aufgesprühte Material (8) plasmagesprüht, flammgesprüht oder lichtbogengesprüht ist.

13. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (8) wärmeleitfähig ist.

14. Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material nach einem der An sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (8) Aluminium, Bronze, Kupfer, Nickel oder deren Legierungen ist.

15. Verfahren zum Herstellen einer Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolzenem Material mit einem länglichen thermischen Element (2), insbesondere einem Heiz element, einem Thermoelement, einem Sensor, einer Heizleitung und einer Kühllei tung, umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer Verarbeitungseinrichtung (1) mit einer Vertiefung (3) in deren Oberfläche (6), wobei die Vertiefung (3) einen Querschnitt aufweist, der größer als der Querschnitt des thermischen Elementes (2) ist, wobei die Vertiefung (3) einen ersten Bereich (4) und einen zweiten Bereich (5) umfaßt, wobei die Form des zweiten Bereichs (5), teilweise dem Querschnitt des thermischen Elementes (2) entspricht;
Einsetzen und Pressen des thermischen Elementes (2) in den zweiten Bereich (5), wodurch zwischen dem thermischen Element (2) und der Oberfläche (6) dar Verarbeitungseinrichtung (1) ein Freiraum (7) gebildet wird, der vom ersten Be reich (4) und dem thermischen Element (2) begrenzt wird; und
Auffüllen dieses Freiraumes (7) mit Material (8) durch thermisches Sprühen, wo durch das thermische Element (2) in der Verarbeitungseinrichtung (1) eingebettet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (6) in der das thermische Element (2) eingebettet ist, plan bearbeitet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten durch Fräsen, Drehen und/oder Schleifen erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Sprühen Plasmasprühen, Flammsprühen oder Lichtbogensprühen ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiraum (7) mit Material (8) aufgefüllt wird, indem abwechselnd Schichten auf das thermische Element (2) gesprüht werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (3) gereinigt wird, bevor das thermische Element (2) eingesetzt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine nutähnliche Ausnehmung (9) in wenigstens einer Wandung der Vertiefung (3) ausge bildet wird.

22. Vorrichtung zur Herstellung einer Einrichtung (1) zur Verarbeitung von geschmolze nem Material mit einem länglichen thermischen Element (2), insbesondere einem Heizelement, einem Thermoelement, einem Sensor, einer Heizleitung und einer Kühlleitung, umfassend:
eine Einrichtung (100) zum thermischen Sprühen;
eine Halteeinrichtung (110) zum Abstützen der Verarbeitungseinrichtung (1);
eine Preßeinrichtung (120) zum Pressen des thermischen Elementes (2) in die Vertiefung (3); und
eine Steuereinrichtung (130);
wobei die Einrichtung (100) zum thermischen Sprühen und die Halteeinrichtung (110) beweglich angeordnet und durch die Steuereinrichtung (130) koordiniert ge steuert sind.