DE10218608B4

DE10218608B4 - Heat transfer medium for closed heating systems

Info

Publication number: DE10218608B4
Application number: DE2002118608
Authority: DE
Inventors: Petra Neske; Ursula Piehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: DE10218608A1

Abstract

Verwendung eines Wärmeträgers in Metall verarbeitenden Druck- oder Spritzgussmaschinen, bestehend aus einem Material, das einen Schmelzpunkt < 400°C, insbesondere zwischen 50 und 320°C, aufweist und in abgedichteter Form in beheizbare Mundstücke (1) oder Düsen (14) der Druck- bzw. Spritzgussmaschine eingebracht ist, wobei das zum Einsatz gelangende Material zumindest im beheizten Zustand der Maschine einen nicht festen Aggregatzustand aufweist.use a heat carrier in metal processing printing or injection molding machines, consisting of a Material having a melting point <400 ° C, in particular between 50 and 320 ° C, and in sealed form in heated mouthpieces (1) or nozzles (14) of the pressure or injection molding machine is introduced, wherein the used material reaching at least in the heated state of Machine has a non-solid state of matter.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Wärmeträgers in Metall verarbeitenden Druck- oder Spritzgussmaschinen.The The invention relates to the use of a heat carrier in metal processing Printing or injection molding machines.

Durch die DE-C 44 39 872 ist ein Mundstückkörper für eine Warmkammer-Druckgußmaschine bekannt geworden, der von einem das zu fördernde Gut leitenden Kanal in Längsrichtung durchdrungen ist und der zumindest teilweise in Längsrichtung den Kanal umgebend mit einem oder mehreren Rohrheizkörpern spiralförmig umwickelt und von einem Wärmeträgermaterial umgeben ist sowie wärmeleitend mit einem Thermoelement in Verbindung steht. Das Wärmeträgermaterial, das vorzugsweise aus Messing gebildet ist, wird auf den Mundstückkörper aufgegossen, wobei der bzw. die Rohrheizkörper in dem Wärmeträgermaterial eingebettet ist/sind. In das Wärmeträgermaterial ist im Bereich der Düsenspitze eine Gewindeaufnahme eingebracht, in welche eine Klemmschraube eingeschraubt ist, die ein Thermoelement in Kontakt zu dem Wärmeträgermaterial hält.By DE-C 44 39 872 a mouthpiece body for a hot chamber die casting machine is known become, that of a good to be promoted conducting channel in the longitudinal direction is penetrated and at least partially in the longitudinal direction Surrounding the channel spirally wrapped with one or more tubular heaters and a heat transfer material is surrounded and thermally conductive with a thermocouple is in communication. The heat transfer material, preferably is formed of brass, is poured onto the mouthpiece body, wherein the or the tubular heater in the heat transfer material is / are embedded. In the heat transfer material is in the area of the nozzle tip one Threaded introduced, in which screwed a clamping screw is that holds a thermocouple in contact with the heat transfer material.

Messing ist eine Legierung im Wesentlichen bestehend aus den Elementen Kupfer und Zink, wobei auch Anteile an Zinn, Nickel und bedarfsweise Blei in geringen Mengen enthalten sein können. Messing hat – je nach Zusammensetzung – einen Schmelzpunkt oberhalb von 900°C, insbesondere jedoch oberhalb von 1000°C und wird bei einer Gießtemperatur oberhalb der Schmelztemperatur in den Mundstückkörper – den Rohrheizkörper umgebend – eingefüllt. Bei der anschließenden Erstarrung kann nicht ausgeschlossen werden, daß Spalte, Lunker oder sonstige Hohlräume innerhalb des Wärmeträgers bzw. im Verbindungsbereich mit dem Rohrheizkörper gebildet werden, durch welche letztendlich ein unzureichender Wärmeübergang in Richtung des zu beheizenden Mundstückkörpers gegeben ist. Ferner kann nicht ausgeschlossen werden, daß partielle Überhitzungen im Bereich des Rohrheizkörpers sich einstellen, die unter Umständen die Lebensdauer des Heizelementes beeinträchtigen können. Schließlich ist ein Austausch eines möglicherweise defekten Rohrheizkörpers bei den gegebenen Schmelztemperaturen des Wärmeträgers eher nicht möglich, so daß ein neuer Mundstückkörper samt Rohrheizkörper und Wärmeträgermaterial erzeugt werden muß.Brass is an alloy consisting essentially of the elements copper and zinc, wherein also amounts of tin, nickel and, if necessary, lead may be present in small quantities. Brass has - depending on Composition - a melting point above 900 ° C, but especially above 1000 ° C and at a casting temperature above the melting temperature in the mouthpiece body - surrounding the tubular heater - filled. at the subsequent Solidification can not be excluded that column, voids or others cavities within the heat carrier or be formed in the connection area with the tubular heater through which ultimately an insufficient heat transfer in the direction of the heated Mouthpiece body given is. Furthermore, it can not be excluded that partial overheating in the area of the tubular heater to adjust, under certain circumstances can affect the life of the heating element. Finally is an exchange of a possible defective tubular heater at the given melting temperatures of the heat carrier rather not possible, so the existence new mouthpiece body velvet Tubular heaters and Heat transfer material must be generated.

In der US-A 3,335,459 wird ein Heizelement für eine Kunststoff verarbeitende Extrusionsform beschrieben, beinhaltend mindestens eine Patrone die in eine einen größeren Durchmesser aufweisende Bohrung eingesetzt wird. Der verbleibende Spalt wird mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gefüllt. Das Material wird bevorzugt gebildet durch eine Blei-Zinn-Legierung, wobei der Bleianteil bei etwa 70 % liegen soll. Hierbei handelt es sich um Lötzinn mit einer Schmelztemperatur von ~ 170°C.In US-A 3,335,459 is a heating element for a plastic processing Extrusion form described, including at least one cartridge in a larger diameter having bore is used. The remaining gap is with a material with good thermal conductivity filled. The material is preferably formed by a lead-tin alloy, the lead content should be about 70%. This acts it is solder with a melting temperature of ~ 170 ° C.

Der US-A 2,743,347 ist ein Wärmeübertragungselement zu entnehmen, wie es in der Kunststoff verarbeitenden Industrie zum Einsatz gelangt. Das zum Einsatz gelangende Material ist ein Gemisch aus Woodschem Metall und Bronze in etwa gleichen Anteilen. Hierbei handelt es sich um ein Gemisch aus Bismuth, Blei, Zinn und Cadmium.Of the US-A 2,743,347 is a heat transfer element to see how it works in the plastics processing industry used. The material used is a Mixture of Wood's metal and bronze in approximately equal proportions. This is a mixture of bismuth, lead, tin and Cadmium.

Schließlich offenbart die DE-C 196 33 121 ein Verfahren zur Erwärmung eines Formwerkzeuges für die Herstellung von Formkörpern aus Kunststoff, wobei die Erwärmung des Formwerkzeuges durch Kontaktierung mit einem temporären Wärmeträger erfolgt, der aus einem feinkörnigen Material besteht. Zum Einsatz gelangt ein Nitrid-Pulver, wie beispielsweise Aluminiumnitrid.Finally revealed DE-C 196 33 121 a method for heating a molding tool for the Production of moldings made of plastic, with heating the mold is made by contacting with a temporary heat carrier, made of a fine-grained Material exists. Used is a nitride powder, such as Aluminum nitride.

Abweichend zu Metall verarbeitenden Druck- oder Spritzgussmaschinen arbeiten Kunststoff verarbeitende Maschinen in Temperaturbereichen < 300°C, da Kunststoffe wesentlich geringere Schmelzpunkte als Metalle, wie beispielsweise Zink oder Magnesium, aufweisen. Insofern liegen hier andersartige Voraussetzungen zum Einsatz von Wärmeträgerelementen vor.deviant work to metal processing printing or injection molding machines Plastic processing machines in temperature ranges <300 ° C, because plastics much lower melting points than metals, such as Zinc or magnesium. In this respect, here are different Conditions for the use of heat transfer elements before.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, einerseits einen alternativen Wärmeträger für Druck- oder Spritzgussmaschinen für Metall bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr beinhaltet. Darüber hinaus soll eine Maschine der Metall verarbeitenden Industrie dahingehend optimiert werden, dass auch ein Austausch eines möglicherweise defekten Heizelementes mit vertretbarem Aufwand möglich ist.aim the subject of the invention is, on the one hand, an alternative Heat transfer medium for printing or Injection molding machines for To provide metal, the disadvantages of the prior art no longer included. About that In addition, a machine of the metalworking industry is said to do so be optimized, that too an exchange of a possibly defective heating element with reasonable effort is possible.

Dieses Ziel wird erreicht durch die Merkmale des Anspruches 1.This The aim is achieved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Wärmeträgers sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.advantageous Further developments of the heat carrier are the associated dependent claims refer to.

Dieses Ziel wird auch erreicht durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruches 8.This The goal is also achieved by the characteristics of the sibling claim 8th.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Maschine sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.advantageous Further developments of the machine according to the invention are the associated dependent claims remove.

Als bevorzugtes Wärmeträgermaterial wird eine Legierung mit geringer Schmelztemperatur angesehen, wobei das Material ein Schwermetall, beispielsweise Blei oder eine Bleilegierung, sein kann. Blei hat im Gegensatz zu Messing einen niedrigen Schmelzpunkt, der unterhalb von 330°C liegt und in Zusammenwirken mit weiteren Legierungselementen, wie Wismut, Zinn oder dergleichen, bedarfsweise noch reduziert werden kann. Auch hier wird der Fachmann die geeignete Zusammensetzung des Bleis bzw. der Bleilegierung dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Im Hinblick auf den niedrigen Schmelzpunkt von Blei bzw. der Bleilegierung ist der Wärmeträger im beheizten Zustand der Druck- bzw. Spritzgußmaschine in Abhängigkeit von der Verarbeitungstemperatur flüssig, so daß keine Spalte oder Hohlräume gebildet werden. Die Bildung von Lunkern oder dergleichen ist somit ausgeschlossen. Im Gegensatz zu Messing greift das Blei auch nicht das Heizelement bzw. dessen Schutzmantel an, so daß mit einer längeren Standzeit gerechnet werden kann.The preferred heat transfer material is considered to be an alloy having a low melting temperature, wherein the material may be a heavy metal, for example lead or a lead alloy. Lead, in contrast to brass has a low melting point, which is below 330 ° C and in combination with other alloying elements, such as bismuth, tin or the like, if necessary, can still be reduced. Again, the skilled person will be the appropriate composition of Lead or lead alloy to suit the particular application. In view of the low melting point of lead or the lead alloy, the heat transfer medium in the heated state of the pressure or injection molding machine, depending on the processing temperature is liquid, so that no gaps or cavities are formed. The formation of voids or the like is thus excluded. In contrast to brass, the lead also does not attack the heating element or its protective jacket, so that a longer service life can be expected.

Alternativ besteht die Möglichkeit, anstelle des Bleis bzw. der Bleilegierung Zinn oder eine Zinnlegierung als Wärmeträger zu verwenden. Wesentlich ist auch hier, daß geringe Schmelztemperaturen gegeben sind.alternative it is possible, tin or a tin alloy instead of the lead or the lead alloy to use as a heat transfer medium. It is essential here, too, that low Melting temperatures are given.

Im Gegensatz zum Stand der Technik zeichnet sich der Erfindungsgegenstand im Rahmen seiner nebengeordneten Patentansprüche dadurch aus, daß durch den Wärmeträger eine weitaus bessere und gleichmäßigere Wärmeübertragung von dem Heizelement, vorzugsweise einer Heizspirale, in Richtung des Mundstückkörpers oder des Düsenelementes herbeigeführt werden kann.in the Contrary to the prior art, the subject invention is characterized in the context of its independent claims characterized in that by the heat carrier one much better and more even heat transfer from the heating element, preferably a heating coil, in the direction of the mouthpiece body or of the nozzle element brought can be.

Vorteilhafterweise kommen Materialien zum Einsatz, deren Schmelzpunkt < 400°C, vorzugsweise zwischen 50 und 320°C, ist. Das Material wird flüssig in den Bereich des Heizelementes eingebracht. Im Betriebszustand, d.h. im beheizten Zustand, kann das Wärmeträgermaterial flüssig sein, was bedarfsweise, nämlich abhängig von der Betriebstemperatur der Maschine, jedoch nicht zwangsläufig gegeben sein muß.advantageously, materials are used whose melting point <400 ° C, preferably between 50 and 320 ° C, is. The material becomes liquid in introduced the area of the heating element. In the operating state, i. in the heated state, the heat transfer material can liquid be what is needed, namely dependent from the operating temperature of the machine, but not necessarily be given got to.

Eine weitere Verbesserung durch den erfindungsgemäßen Wärmeträger wird in einem reduzierten Energieverbrauch gesehen, der, z.B. verglichen mit einer handelsüblichen Mündstückheizung ohne Wärmeträger, einsetzbar in Druckgußmaschinen, bis zu 50% sein kann. Partielle Überhitzungen und Wärmeverluste sind, bedingt durch den bei Betriebstemperatur in der Regel flüssigen oder pulverförmigen Wärmeträger, ebenfalls ausgeschlossen.A Further improvement by the heat carrier according to the invention is in a reduced Energy consumption seen, the, e.g. compared with a commercial one Mündstückheizung without heat carrier, can be used in die-casting machines, can be up to 50%. Partial overheating and heat losses are due to the liquid at operating temperature usually or powdered heat carrier, as well locked out.

Zur weiteren Verbesserung des Wärmeüberganges wird vorgeschlagen, den zu beheizenden Bereich außen mit einer Isolierung, beispielsweise aus Keramikfaserelementen, zu ummanteln. Durch diese Maßnahme kann der Energiebedarf noch weiter reduziert werden, ohne die Standzeit des vorteilhafterweise spiralförmig ausgebildeten Heizelementes zu beeinträchtigen.to further improvement of the heat transfer It is suggested that the area to be heated outside with an insulation, for example of ceramic fiber elements, to coat. By this measure The energy requirement can be further reduced without the service life advantageously helical to impair trained heating element.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:Of the Subject of the invention is based on an embodiment in the drawing and is described as follows. Show it:

1 Prinzipskizze eines Mundstückes für eine Druckgussmaschine. 1 Schematic diagram of a mouthpiece for a die-casting machine.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Mundstückes 1 einer nicht weiter dargestellten Druckgußmaschine. Lediglich angedeutet ist der Zuführkanal 2 im Gießbehälter 3 sowie ein Formteil 4. Das Mundstück 1 beinhaltet eine Bohrung 5, in welche der Kanal 2 einmündet. Das Mundstück 1 wird konzentrisch von einem Mantel 6 umgeben. Selbiges hat in diesem Beispiel eine Betriebstemperatur von 440°C. Zwischen dem Außenumfang 7 des Mundstückes 1 und dem Innenumfang 8 des Mantels 6 erstreckt sich ein spiralförmig ausgebildetes Heizelement 9. Die elektrischen Anschlüsse sind mit den Bezugszeichen 10, 11 und die Thermoelemente mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Das nur angedeutete Thermoelement 10' kann beispielsweise analog zum Stand der Technik gemäß DE-C 44 39 872 zum Einsatz gelangen. Der zwischen dem Außenumfang 7, dem Innenumfang 8 und dem Heizelement 9 gebildete Freiraum 12 ist in diesem Beispiel mit einer Bleilegierung, hier bestehend aus den Elementen Blei und Zinn in vorgebbarer Zusammensetzung, befüllt und mittels eines Abschlußelementes 13 dicht verschlossen. Der Wärmeträger soll in diesem Beispiel eine Schmelztemperatur von 320°C haben, ist also im Betriebszustand der Druckgussmaschine flüssig. 1 shows the basic structure of a mouthpiece 1 a die casting machine, not shown. Only indicated is the feed channel 2 in the casting container 3 as well as a molded part 4 , The mouthpiece 1 includes a hole 5 into which the canal 2 opens. The mouthpiece 1 becomes concentric of a coat 6 surround. The same has an operating temperature of 440 ° C in this example. Between the outer circumference 7 of the mouthpiece 1 and the inner circumference 8th of the coat 6 extends a helically shaped heating element 9 , The electrical connections are denoted by the reference numerals 10 . 11 and the thermocouples with the reference numeral 10 Mistake. The only hinted thermocouple 10 ' can be used, for example, analogously to the prior art according to DE-C 44 39 872. The between the outer circumference 7 , the inner circumference 8th and the heating element 9 formed space 12 is filled in this example with a lead alloy, consisting here of the elements lead and tin in a predeterminable composition, and by means of a closure element 13 tightly closed. The heat transfer medium should in this example have a melting temperature of 320 ° C, so it is liquid in the operating condition of the die casting machine.

Blei als Wärmeträger genießt insbesondere in Verbindung mit weiteren niedrigschmelzenden Elementen den Vorzug einer geringen Schmelztemperatur. Die Siedetemperatur ist jedoch so hoch, daß keine giftigen Dämpfe freigesetzt werden, da Druckgußmaschinen in Temperaturbereichen unterhalb der Siedetemperatur von Blei betrieben werden. Eine Gesundheitsgefährdung ist weiterhin ausgeschlossen, da ein abgedichtetes System vorliegt. Da der Wärmeträger im beheizten Zustand des Mundstückes 1 flüssig ist, können sich auch keine Hohlräume, Spalte oder dergleichen bilden, so daß ein guter Wärmeübergang in Richtung des Mundstückes 1, respektive der das zu fördernde Material aufnehmenden Bohrung 5, gegeben ist. Partielle Überhitzungen im Bereich des Elementes 9, respektive des Wärmeträgers 12, sind ebenfalls ausgeschlossen.Lead as a heat carrier enjoys the advantage of a low melting temperature, in particular in conjunction with other low-melting elements. However, the boiling temperature is so high that no toxic fumes are released, since die casting machines are operated in temperature ranges below the boiling point of lead. A health hazard is still excluded because of a sealed system. As the heat transfer medium in the heated state of the mouthpiece 1 is liquid, no cavities, gaps or the like can form, so that a good heat transfer in the direction of the mouthpiece 1 , respectively, the bore receiving the material to be delivered 5 , given is. Partial overheating in the area of the element 9 , respectively the heat carrier 12 , are also excluded.

In 1 ist des Weiteren ein Düsenelement 14 angedeutet, das mit dem Mundstück 1 in geeigneter Form in Wirkverbindung bringbar ist und zum Einbringen des zu fördernden Metalls in den Bereich der Druckgußform 4 dient. Auch hier ist ein die Düse 14 umgebender Mantel 15 vorgesehen, wobei im verbleibenden Freiraum 17 ebenfalls ein Heizelement 16 eingebracht ist. Im Bereich des Düsenelementes 14 soll eine Betriebstemperatur von 440°C gegeben sein. Analog zum Mundstück 1 kann der Freiraum 17 durch ein geeignetes Material, beispielsweise Blei, ausgefüllt werden, so daß hier gleiche Bedingungen wie im Bereich des Mundstückes 1 gegeben sind. Da gleiche Bedingungen wie beim Mundstück 1 gegeben sind, ist der Wärmeträger auch hier flüssig. Mit den Bezugszeichen 18, 19 sind die elektrischen Leitungen zum Heizelement 16 bezeichnet. Das Bezugszeichen 18' betrifft das nur angedeutete Thermoelement.In 1 is further a nozzle element 14 hinted that with the mouthpiece 1 in suitable form can be brought into operative connection and for introducing the metal to be conveyed in the region of the die 4 serves. Again, one is the nozzle 14 surrounding coat 15 provided in the remaining free space 17 also a heating element 16 is introduced. In the area of the nozzle element 14 should be given an operating temperature of 440 ° C. Analogous to the mouthpiece 1 can the free space 17 be filled by a suitable material, such as lead, so that here the same conditions as in the mouthpiece 1 given are. There Same conditions as with the mouthpiece 1 are given, the heat transfer medium is also liquid here. With the reference numerals 18 . 19 are the electrical wires to the heating element 16 designated. The reference number 18 ' concerns the only hinted thermocouple.

Je nach Verarbeitungstemperatur der jeweiligen Maschine kann es geschehen, daß der Wärmeträger im festen Aggregatzustand verbleibt. Dies ist in keiner Weise nachteilig, da er in flüssigem Zustand lunker- und blasenfrei in den Bereich des Heizelementes eingebracht worden ist.ever after the processing temperature of the respective machine it can happen that the Heat transfer medium in solid Physical state remains. This is in no way disadvantageous since he is in liquid Condition void and bubble free in the area of the heating element has been introduced.

Claims

Use of a heat carrier in metal-processing pressure or injection molding machines, consisting of a material which has a melting point <400 ° C, in particular between 50 and 320 ° C, and in sealed form in heatable mouthpieces ( 1 ) or nozzles ( 14 ) of the pressure or injection molding machine is introduced, wherein the material used has at least in the heated state of the machine has a non-solid state of matter.

Use according to claim 1, characterized that the material is a heavy metal.

Use according to claim 1 or 2, characterized that the material is formed by lead or a lead alloy.

Use according to claim 1, characterized that the material is formed by tin or a tin alloy.

Use according to one of claims 1 to 4, characterized in that the material in the respective area to be heated ( 12 . 17 ) of the machine in the non-solid state can be filled.

Use according to one of claims 1 to 5, characterized that the material is used in the absence of oxygen.

Use according to one of claims 1 to 6, characterized in that the material the available space ( 12 . 17 ) in the area of the mouthpiece ( 1 ) or the nozzle ( 14 ) completely fills the printing or injection molding machine.

Mouthpiece or nozzle for a metal-working pressure or injection molding machine, comprising a closed heatable area ( 12 . 17 ), in which a heat carrier is provided, which consists of a material having a melting point <400 ° C, in particular between 50 and 320 ° C, wherein the material used at least in the heatable state of the mouthpiece and / or the nozzle not one has solid state of aggregation.

mouthpiece or nozzle according to claim 8, characterized in that the material by a heavy metal, in particular lead or a lead alloy formed is.

mouthpiece or nozzle according to claim 8, characterized in that the material by Tin or a tin alloy is formed.

Mouthpiece or nozzle according to one of claims 8 to 10, characterized in that the heat transfer material in the non-solid state in the respective heatable area ( 12 . 17 ) and the area ( 12 . 17 ) by at least one end element ( 13 ) is tightly closed.

mouthpiece or nozzle according to one of the claims 8 to 11, characterized in that the area to be heated Outside with an insulation, in particular of ceramic fiber material, is sheathed.