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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießdüse mit einem inneren Kern,
in dem eine zentrale Schmelzebohrung vorgesehen ist, einer äußeren Buchse
und einem dazwischen vorgesehenen Raum, in dem ein Heizelement angeordnet
ist, wobei der Raum um das Heizelement mit einem leitenden Material
ausgegossen ist, einer äußeren Hülse und
einem Verschlusselement zur Aufnahme von Anschlussabschnitten des Heizelementes.
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Daneben
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer integral
beheizten Spritzgießdüse, die
ein hinteres Ende, ein vorderes Ende, einen länglichen inneren Kernabschnitt
mit einem Schmelzendurchgang, welcher sich durch diesen hindurch vom
hinteren Ende her erstreckt, einen äußeren Hülsenabschnitt, der an den inneren
Kernabschnitt angrenzend das hintere Ende umgibt, einen äußeren Buchsenabschnitt,
der sich vom äußeren Hülsenabschnitt
in Richtung zum vorderen Ende hin erstreckt, ein elektrisches Heizelement,
dessen schraubenförmiger
Abschnitt um den inneren Kernabschnitt herumgewunden ist, und dessen
Zuleitungsabschnitt sich nach außen durch den äußeren Hülsenabschnitt erstreckt,
einen leitenden Abschnitt, der sich um den schraubenförmigen Abschnitt
des Heizelementes zwischen dem inneren Kernabschnitt und dem äußeren Buchsenabschnitt
erstreckt, aufweist, mit den Schritten des Formens einer Anordnung
durch Anbringen einer äußeren Hülse und
des Heizelementes auf einen inneren Kern, Anbringen einer länglichen äußeren Buchse
in einer Stellung, um einen Raum um den schraubenförmigen Abschnitt
des Heizelementes zwischen der äußeren Buchse
und dem inneren Kern zu bilden, Aufbringen von Hartlötmaterial
an den Verbindungen zwischen dem inneren Kern, der äußeren Hülse und
der äußeren Buchse
und durch Hartlöten
zusammenlöten
der Anordnung in einer im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre in einem Vakuumofen,
um den Raum gegen Leckage abzu dichten, wenn die Anordnung sich in
einer aufrechten Stellung befindet, wobei das vordere Ende direkt über dem
hinteren Ende angeordnet ist, Gießen eines geschmolzenen leitenden
Materiales in den Raum, wobei sich die Anordnung in der aufrechten Stellung
in einer im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre in einem
Vakuumofen befindet, um den leitenden Abschnitt integral mit dem
inneren Kernabschnitt, dem äußeren Hülsenabschnitt,
dem Heizelement und dem äußeren Buchsenabschnitt
zu verbinden, und Bearbeiten der gegossenen Düse, um eine gewünschte Form
und Finish zu erhalten.
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Das
Herstellen einer ein integrales elektrisches Heizelement auf weisenden
Spritzgießdüse weist
viele Vorteile auf, wie z.B. verbesserte Wärmeübertragung, reduzierte Korrosion
und längere
Lebensdauer.
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Es
ist allgemein bekannt, Integraldüsen
herzustellen, indem zuerst die Komponenten gegeneinander abgedichtet
werden, um einen schraubenförmigen
Abschnitt eines elektrischen Heizelementes einen Raum zu bilden,
was üblicherweise
durch Hartlöten
in einem Vakuumofen erfolgt.
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Die
Düse wird
dann nochmals in den Vakuumofen eingesetzt, um ein leitendes Material
wie z.B. Kupfer in den abgedichteten Raum um den schraubenförmigen Abschnitt
des Heizelementes zu gießen.
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Bei
den bisherigen Verfahren wurde ein leitendes Material, wie z.B.
Berylliumkupferaluminium ausgesucht, da dies einen niedrigeren Schmelzpunkt als
das Hartlötmaterial
aufweist. Verschiedene Varianten dieses Verfahrens sind in der
US 4,355,460 , der
US 4,403,405 , und der
US 4,771,164 , beschrieben.
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Obgleich
diese vorbekannten Verfahren viele Vorteile aufweisen, haben sie
alle den Nachteil, daß das
Abdichten des Raumes um den schraubenförmigen Abschnitt des Heizelementes
und das Gießen des
Kupfers in diesen Raum zwei separate Schritte darstellen, die zwei
verschiedene Zyklen des Vakuumofens erfordern. Darüber hinaus
hat in der Vergangenheit das integrale Gießen des Heizelementes in das
leitende Material den extrem kritischen Faktor der thermischen Leitfähigkeit
durch die Reduktion von Hohlräumen
in der Düse
um das Heizelement verbessert. Es wurde nun herausgefunden, daß die thermische
Leitfähigkeit
zusätzlich
verbessert werden kann, durch Kühlen
der Düse
in einer Weise, um eine gerichtete Verfestigung des leitenden Materiales von
unten nach oben bereitzustellen, um die Bildung von Hohlräumen aufgrund
von Schrumpfung zu verhindern.
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In
den genannten US-Patenten sind jeweils unterschiedliche Spritzgießdüsen dargestellt.
Eine Spritzgießdüse der eingangs
genannten Art ist beispielsweise aus der
US 4,771,164 bekannt.
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Hierbei
werden, wie in den 2 und 3 dargestellt, die Anschlussabschnitte 106 des
Heizelementes 66 durch einen Anschlussabschnitt (Hülse 114)
aus der Spritzgießdüse nach
außen
abgeführt. Dieses
Verschlußelement 114,
das in einer Bohrung 112 in einer Kopfplatte 62 gehaltert
wird, haltert seinerseits in seinem Inneren einen verdickten Bereich 78 des
Heizelementes 66.
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Eine
derartige Halterung ist sehr aufwendig herzustellen und daher fertigungstechnisch
sehr teuer. Auch muß das
Heizelement im Bereich seiner Anschlüsse 106 eine spezielle
Verdickung aufweisen, da nur so eine hinreichende Stabilität zur Sicherung der
Heizdrähte
im Übergangsbereich
zwischen der Düse
und der freien Umgebung gewährleistet
werden kann. Dies wiederum beschränkt die Anordnungsmöglichkeiten
der Spritzgießdüse.
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Eine
weitere Spritzgießdüse ist in
der
US 4,403,405 gezeigt,
bei der ebenfalls das Heizelement
26 integral um einen
inneren Kern
24 der Spritzgießdüse herum eingegossen ist. Hierbei
wird ein An schlussbereich des Heizelementes
26 in einem
hinteren Bereich der Spritzgießdüse aus dieser
herausgeführt,
wie beispielsweise in den
4 und
5 dargestellt.
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Damit
beim Eingießen
des Heizelementes 26 in die Spritzgießdüse das leitende Material 14 im Bereich
der Anschlusselemente des Heizelementes 26 nicht aus der
Spritzgießdüse austreten
kann, sind in diesem Bereich geteilte Scheiben 58, 60 und 62, 64 in
einen Sitzbereich 52 eingepaßt, nachdem der Anschlussterminal 34 des
Heizelementes durch diese mit den Scheiben verschließbare Öffnung hindurchgeführt worden
ist.
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Die
Abdichtung des Öffnungsbereiches
mit Hilfe von vier halb versetzten Scheiben 58, 60 und 62, 64 ist
jedoch wiederum sehr aufwendig und kann darüber hinaus eine zufriedenstellende
Dichtigkeit nicht in jedem Fall sicherstellen.
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Schließlich ist
in der
US 4,355,460 eine
weitere integral vergossene Spritzgießdüse gezeigt, bei der anstelle
eines Verschlusselementes eine langgestreckte Hülse
42 zur Aufnahme
der Anschlüsse
des Heizelementes vorgesehen ist. Bei dieser Spritzgießdüse füllt das
um das Heizelement
26 herum gegossene Material
66 den
Bereich
56 um das Heizelement
26 herum auf, ebenso
wie einen weiteren Bereich
58, der von der Hülse
42 gebildet
ist, in der ein Anschlussabschnitt
30 des Heizelementes
26 angeordnet
ist, und der seitlich weit von der Spritzgießdüse nach außen wegragt.
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Bei
dieser Anordnung hat sich gezeigt, daß insbesondere im Bereich 58 der
Anschlusshülse 42 es
zur Lunkerbildung kommen kann. Nicht zuletzt dadurch besteht eine
erhöhte
Gefährdung
des Abbrechens der Anschlusselemente des Heizelementes während unterschiedlichen
Temperaturen während des
Betriebs, so daß ein
sicherer Betrieb der Spritzgießdüse nicht
gewährleistet
ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießdüse der eingangs
genannten Art, bei der der Raum um das Heizelement mit einem leitenden
Material ausgegossen ist, derart zu verbessern, daß eine sichere
Herausführung
der Anschlussabschnitte des Heizelementes aus der Spritzgießdüse mit konstruktiv
und fertigungstechnisch geringem Aufwand gegeben ist.
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Daneben
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen integral beheizten Spritzgießdüse zu schaffen, das kostengünstiger
und zuverlässiger
als bisher realisierbar ist.
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Für eine Spritzgießdüse der eingangs
genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der innere
Kern, die äußere Buchse,
die äußere Hülse und
das Verschlusselement mittels des leitenden Materials metallurgisch miteinander
verbunden sind.
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Indem
das Verschlusselement zur Aufnahme der Anschlussabschnitte des Heizelementes
mit dem inneren Kern und der äußeren Hülse metallurgisch miteinander
verbunden sind, ist eine dauerhafte und sichere Halterung der Anschlussabschnitte
des Heizelementes passgenau geschaffen.
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Durch
das Vorsehen eines Verschlusselementes, das direkt in Ausführöffnung der äußeren Hülse aufgenommen
ist, kann das um das Heizelement gegossene leitende Material nicht
aus dem Hauptbereich der Spritzgießdüse austreten, wodurch eine
stabile Konstruktion ohne Vorsprünge
oder Überhänge, in
denen Lunkerbildung entstehen könnte,
führt.
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Durch
die metallurgische Verbindung des Verschlusselementes ist auch einem
Herausfallen sicher vorgebeugt.
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Vorzugsweise
sind Verschlusselemente, Anschlussabschnitte und äußere Hülse auch
noch zusätzlich
mittels eines Hartlötmaterials
miteinander verbunden, was zu einer Stabilisierung der einzelnen Elemente
untereinander zusätzlich
beiträgt
und die Herstellung der Spritzgießdüse, insbesondere das Eingießen des
leitenden Material, vereinfacht.
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Für ein Verfahren
der eingangs genannten Art wird die Aufgabe daneben erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß das
leitende Material eine Schmelztemperatur aufweist, die höher ist
als die Schmelztemperatur des Hartlötmaterials, daß die Anordnung
durch Hartlöten
zusammengelötet
ist und das leitende Material in den Raum in einen einzigen gesteuerten
Zyklus des Vakuumofens gegossen wird, welcher Zyklus zuerst das
Anheben der Temperatur in dem Vakuumofen auf eine erste vorherbestimmte
Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Hartlötmateriales
und unterhalb der Schmelztemperatur des leitenden Materiales umfaßt, Erniedrigen
der Temperatur in dem Vakuumofen auf eine zweite vorbestimmte Temperatur
unterhalb der Verfestigungstemperatur des Hartlötmateriales, Halten der zweiten
Temperatur für
einen ausreichend langen Zeitraum, um die Anordnung durch Hartlöten zusammenzulöten, und
dann Anheben der Temperatur in dem Vakuumofen auf eine dritte vorherbestimmte Temperatur,
die genügend
oberhalb der Schmelztemperatur des leitenden Materiales liegt, um
das leitende Material in den Raum um den schraubenförmigen Abschnitt
des Heizelementes zwischen der äußeren Buchse
und dem inneren Kern zu gießen, ohne
das Hartlötmaterial
aufzuschmelzen.
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Durch
diese Verfahrensschritte kann die Herstellung einer integralen Spritzgießdüse erheblich vereinfacht
werden, wodurch die Fertigungszeiten und die Fertigungskosten reduziert
werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen mit weiteren Einzelheiten
anhand beigefügter
Zeichnungen näher
beschrieben. Darin zeigt:
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1 in
einer teilweise geschnittenen Ansicht in Explosionsdarstellung,
wie die Komponenten einer Spritzgießdüse zu einer Anordnung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
montiert werden.
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2 eine
Schnittansicht einer zusammengefügten
Anordnung dieser Komponenten, wobei eine Isolierkappe sich gemäß einer
ersten Ausführungsform
in einer Stellung zum Einsetzen in einen Vakuumofen befindet,
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3 eine
Charge dieser Anordnungen in einer Stellung zum Einsetzen in den
Vakuumofen,
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4 eine
Ansicht des rückwärtigen Endes einer
fertiggestellten Spritzgießdüse.
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5 eine
Vorderansicht der fertiggestellten Spritzgießdüse,
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6 eine
geschnittene Ansicht entlang der Linie 6-6 aus 4 und 5,
und
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7 eine
Schnittansicht einer Anordnung dieser Komponenten, wobei eine Isolierkappe
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
sich in einer Stellung zum Einsetzen in einen Vakuumofen befindet.
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Es
soll zunächst
auf die 1 und 2 Bezug
genommen werden, um zu erläutern,
wie die Komponenten einer Spritzgießdüse mit einem integralen elektrischen
Heizelement gemäß der Erfindung
montiert werden.
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Ein
elektrisches Heizelement 10 wird um einen länglichen
inneren Kern 12 gewunden, der aus einem geeigneten Material,
wie z.B. hitzebeständigem
Werkzeugstahl hergestellt ist. Bei dieser Aus führungsform weist der innere
Kern 12 einen vergrößerten Kopf 14 an
seinem oberen Ende 16 (wie gezeigt) auf, um dessen Außenseite
sich eine Anzahl von zu einander beanstandeter Nuten 18 längs erstreckt,
um, wie im folgenden beschrieben, einen Durchfluß des geschmolzenen leitenden
Materiales durch diese hindurch, zu ermöglichen.
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Das
elektrische Heizelement 10 ist gewunden ausgebildet, wobei
ein schraubenförmiger
Abschnitt 20 um den inneren Kern 12 gewickelt
ist, und zwei Anschlußabschnitte 22 sich
nahe des unteren Endes 24 des inneren Kerns 12 nach
außen
hin erstrecken. Das Heizelement 10 ist in einer vorherbestimmten
Anordnung gewickelt, wobei es weniger Wicklungen im Bereich der
Mitte des inneren Kernes 12 aufweist, in dem ein geringerer
Wärmeverlust stattfindet.
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In
dieser Ausführungsform,
weist das Heizelement 10 einen feinen gewickelten Widerstandsdraht
auf, der sich durch ein elektrisch isolierendes Material, wie z.B.
Magnesiumoxidpulver, welcher sich in einem äußeren Stahlgehäuse befindet,
erstreckt. In anderen Ausführungsformen
können
andere passende Typen und Anordnungen von Heizelementen, abhängig von
den thermischen Erfordernissen der Anwendung, verwendet werden.
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Als
nächstes
wird eine hohle äußere Hülse 26 auf
dem unteren Ende 24 des inneren Kernes 12 angebracht,
wobei sich die beiden Anschlußabschnitte 22 des
Heizelementes 10 nach außen durch eine radiale Öffnung 28 der äußeren Hülse 26 hindurch
erstrecken.
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Ein
Verschlußelement 30,
das ein Paar von Löchern 32 aufweist,
um die Anschlußabschnitte 22 des
Heizelementes 10 durch diese hindurch aufzunehmen, wird
dann in die radiale Öffnung 28 eingesetzt.
In dieser Ausführungsform
weist die äußere Hülse 26 einen
isolierenden Flanschabschnitt 34 auf, welcher die fertiggestellte
Düse 36 ohne
exzessiven Wärmeverlust
haltert, wenn diese in einer kalten Gießform (nicht gezeigt) angebracht
wird.
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Sodann
wird eine längliche äußere Buchse 38,
die aus einem geeig neten schützenden
Material, wie z.B. aus rostfreiem Stahl besteht, angebracht, wobei
ihr unteres Ende 40 in die äußere Hülse 26 eingesetzt
wird, um so einen Raum 42 um den schraubenförmigen Abschnitt 20 des
Heizelementes 10 herum zwischen dem inneren Kern 12 und
der ihn umgebenden äußeren Buchse 38 zu
bilden.
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Wie
am besten in 2 ersichtlich ist, erstreckt
sich bei dieser Ausführungsform
die äußere Buchse 38 nach
oben über
das obere Ende 16 des inneren Kernes 12 hinaus,
um so einen zylindrischen Fülltrichter 44 oberhalb
des Kopfes 14 des inneren Kernes 12 zu bilden.
Während
ihres Anbringens werden der innere Kern 12, die äußere Hülse 26,
der Verschluß 30 und
die äußere Buchse 38 durch
einen Laser in ihrer Stellung festgeschweißt, um so eine Anordnung 46 zu
bilden.
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Ein
geeignetes Hartlötmaterial,
wie z.B. eine Nickel(aluminium)legierung, wird dann entlang der Verbindungen
zwischen dem inneren Kern 12, dem Heizelement 10,
dem Verschluß 30 und
der äußeren Hülse 26 aufgebracht,
wie dies durch die Bezugszeichen 48 in 2 dargestellt
ist.
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Dies
erfolgt in Form einer Wulst entlang der äußeren Verbindungen und als
Pulver entlang der inneren Verbindungen. Ein Strang eines geeigneten leitenden
Materials 50 wird dann in den Fülltrichter 44 durch
dessen obere offene Mündung 52 eingebracht. In
dieser Ausführungsform
ist das leitende Material im wesentlichen reines Kupfer, das eine
Schmelztemperatur von ungefähr
1980°F (1082.22° Celsius) aufweist,
und somit im wesentlichen höher
als die Schmelztemperatur des Nickelaluminiumhartlötmateriales 48 ist,
die ungefähr
1850°F (1010° Celsius) beträgt.
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Andere
Kombinationen geeigneter Materialien können verwendet werden, solange
das leitende Material 50 eine Schmelztemperatur oberhalb
der Schmelztempteratur des Hartlötmateriales 48 aufweist,
und die hartgelötete
Abdichtung durch die Gießtemperatur
nicht wieder aufgeschmolzen wird.
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Nachdem
der Strang aus leitendem Material 50 in den Fülltrichter 44 geladen
wurde, wird eine längliche
Isolierkappe 54 auf der Anordnung 46 angebracht.
Wie aus 2 ersichtlich klar ist, weist
die Isolierkappe 54 bei dieser Ausführungsform eine sich verjüngende zentrale Öffnung 56 mit
einer nach unten offenen Mündung 58 auf,
durch welche die Anordnung 46 aufgenommen wird. Die zentrale Öffnung 56 weist
eine Schulter 60 auf, welche sich nach innen zu einer kleinen
Lüftungsbohrung 62 verjüngt, die sich
nach oben zum oberen Ende 64 der Isolierkappe 54 hin
erstreckt. Die Isolierkappe 54 wird in dieser Stellung
durch die schräge
Schulter 60 abnehmbar unterstützt, die auf dem oberen Ende 66 der äußeren Buchse 38 aufliegt.
Wie dargestellt, erstreckt sich bei dieser Ausführungsform der äußere Mantel 68 der Schutzkappe 54 nach
unten um den Flanschabschnitt 34 der äußeren Hülse 26 herum, wobei
ein unterer Abschnitt 69 der Anordnung 46 nicht
durch die Isolierkappe 54 abgedeckt ist.
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In
anderen Ausführungsformen
kann ein größerer oder
kleinerer Abschnitt oder die gesamte Anordnung durch die Isolierkappe 54 abgedeckt
werden, je nach Erfordernis, um dadurch eine gerichtete Verfestigung
des leitenden Materiales 50 zu erzeugen, wie nachfolgend
erörtert,
zu erzeugen. Die wiederverwendbare Isolierkappe 54 ist
vorzugsweise aus einem geeigneten keramischen Material hergestellt,
jedoch kann sie auch aus anderen geeigneten Materialien, wie z.B.
rostfreier Stahl, hergestellt sein.
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Die
Anordnungen 46, die jeweils in einem Gestell 70 in
der in 3 dargestellten aufrechten Stellung aufgenommen
und durch eine Isolierkappe 54 abgedeckt sind, werden dann
in Chargen in einen Vakuumofen 72 eingesetzt.
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Obwohl
jede Anordnung 46 mit einer separaten Kappe 54 dargestellt
ist, kann eine gemeinsame Kappe, die verschiedene Öffnungen
darin aufweist, auf einer Anzahl von Anordnungen in einer Charge angebracht
werden. Während
eines einzigen gesteuerten Zyklus des Vakuumofens 72, wie
nachfolgend beschrieben, wird jede Anordnung 46 zunächst durch Hartlöten zusammengelötet, um
den Raum 42 um das Heizelement 10 abzudichten,
und wird dann das leitende Material 50 in den Raum 42 eingegossen, um
so eine integrale beheizte Spritzgießdüse 36 auszubilden.
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Sobald
der Ofen 72 graduell erhitzt wird, wird er zu einem relativ
hohen Vakuum evakuiert, um im wesentlichen den gesamten Sauerstoff
herauszunehmen. Die Lüftungsbohrungen 62 in
den Isolierkappen 54 stellen sicher, daß kein Sauerstoff innerhalb
der Kappen 54 eingeschlossen wird. Das Vakuum wird dann
reduziert durch teilweises Wiederauffüllen des Ofens 72 mit
einem Schutzgas, wie z.B. Argon oder Nitrogen verringert, um ein
Spratzen zu verhindern.
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Der
Ofen 72 wird auf eine erste Temperatur von ungefähr 1950°F (1065.56° Celsius)
aufgeheizt, welche oberhalb des Schmelzpunktes des Nickelaluminiumhartlötmateriales 48 und
unterhalb des Schmelzpunktes des leitenden Kupfermateriales 50 liegt.
Dies führt
dazu, daß das
Nickelaluminiumhartlötmaterial 48 geschmolzen
wird, welches entlang der Verbindungen verläuft, an denen es zwischen dem
Heizelement 10, dem inneren Kern 12, dem Verschluß 30 und
der äußeren Buchse 38 aufgebracht war.
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Die
Temperatur des Vakuumofens wird dann abgesenkt auf eine zweite Temperatur
von 1800°F (982.22° Celsius),
welche unterhalb der Verfestigungstemperatur des Nickelaluminiumhartlötmateriales 48 liegt.
Diese Temperatur wird für
einen genügend
langen Zeitraum von ungefähr
30 Minuten gehalten, um so die Anordnung 46 durch Hartlöten zusammenzulöten und
den Raum 42 um den schraubenförmigen Abschnitt 20 des
Heizelementes 10 gegen Leckage abzudichten. Dies erzeugt
eine Art von Diffusionslötung
mit dem Stahl entlang der Verbindungen, die eine Schmelztemperatur
aufweist, die noch größer als
die Schmelztemperatur des leitenden Kupfermateriales 50 ist.
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Die
Temperatur des Vakuumofens 72 wird dann auf eine dritte
Temperatur von ungefähr
2035°F (1112.78° Celsius)
angehoben, die genügend
oberhalb der Schmelztemperatur des leitenden Kupfermateriales 50 liegt,
um es zu schmelzen, jedoch nicht hoch genug, um die Diffusionslötung entlang
der Verbindungen, welche den Raum 42 abdichten, aufzuschmelzen.
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Sobald
das leitende Kupfermaterial 50 schmilzt, fließt es nach
unten aus dem Fülltrichter 44 durch
die von einander beabstandeten Nuten 18 im Kopf 14 des
inneren Kernes 12, um den Raum 42 um den schraubenförmigen Abschnitt 20 des
Heizelementes 10 zwischen dem inneren Kern 12 und
der äußeren Buchse 38 zu
füllen.
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Wie
oben erwähnt,
ist es möglich,
das geschmolzene leitende Kupfermaterial 50 in den Raum 42 zu
gießen,
ohne daß die
hartgelöteten
Verbindungen herauslecken, da die Schmelztemperatur der Hartlötungen oder
des Hartlötmateriales 48 entlang der
Gelenke nach dem Hartlöten
beträchtlich
höher ist,
als es vorher war.
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Der
gesteuerte Zyklus des Vakuumofens 72 wird dann durch graduelles
Abkühlen
komplettiert, wobei eine Zufuhr von Schutzgas, wie z.B. Nitrogen vor
dem Herausnehmen der integral gegossenen Düsen 36 zugeführt wird.
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Der
Isoliereffekt der umgebenden Isolierkappe 54 stellt sicher,
daß sich
das leitende Kupfermaterial 50 von unten angefangen abkühlt, und
somit eine gerichtete Verfestigung von unten nach oben erzeugt.
Dies verhindert die Bildung von Hohlräumen aufgrund von Schrumpfen
des leitenden Kupfermaterials 50 während des Abkühlens und
erzeugt daher eine effizientere und einheitliche thermische Leitfähigkeit
von dem Heizelement 10 zu der Schmelze, welche durch die
Düse 36 fließt.
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Gießen des
leitenden Kupfermateriales 50 innerhalb eines Teilvakuums
erzeugt eine metallurgische Verbindung des leitenden Kupfermateriales 50 mit
dem Stahlgehäuse
des Heizelementes 10 und dem inneren Stahlkern 12,
der äußeren Hülse 26, und
der äußeren Buchse 38.
Kombiniert mit der gerichteten Verfestigung des leitenden Kupfermateriales 54 wird
eine integral geheizte Spritzgießdüse 36 hergestellt,
die stark verbesserte thermische Eigenschaften auf weist.
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Nach
dem Herausnehmen aus dem Vakuumofen 72, wird jede Düse 36 bearbeitet,
um den oberen Abschnitt 74 der äußeren Buchse 38, welche
den Fülltrichter 44 bildet,
zu entfernen, und die fertiggestellte Düse 36 wird mit einem
sauberen Finish zu versehen. Wie aus 6 ersichtlich,
wird die Düse
auch gebohrt, um eine zentrale Schmelzebohrung 76 zur Verfügung zu
stellen, die sich durch die Düse
hindurch von dem hinteren Ende 78 zum vorderen Ende 80 erstreckt
und, um eine Bohrung 82 für ein Thermoelement zu bilden,
die sich nach vorne von einer Nut 84 im hinteren Ende 78 aus
erstreckt. Gewindelöcher 86 sind
ebenso im hinteren Ende 78 vorgesehen, zur Aufnahme von
Befestigungsschrauben.
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Während das
vordere Ende 80 der Düse 36 in
dieser Ausführungsform
bearbeitet wurde, um einen zylindrischen Sitz 88 zu bilden,
um einen Einlaßeinsatz
(nicht gezeigt) aufzunehmen, kann es bei anderen Ausführungsformen
bearbeitet werden, um verschiedene andere Einlaßanordnungen vorzusehen.
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Wie
aus 5 ersichtlich, weist die fertiggestellte Düse 36 einen
inneren Kernabschnitt 90 auf, durch welchen sich die zentrale
Schmelzbohrung 76 erstreckt. Der leitende Abschnitt 92,
welcher durch das leitende Kupfermaterial 50 gebildet ist,
ist integral um den inneren Kernabschnitt 90 ausgebildet,
sowie mit dem Heizelement 10, dem äußeren Hülsenabschnitt 94 mit
dem Verschluß 30 und
dem äußeren Buchsenabschnitt 96 metallurgisch
verbunden. Das leitende Kupfermaterial 50 füllt auch
die Nuten 18 um den Kopf 14 des inneren Kernes 12 integral
aus, was die thermische Leitfähigkeit
nahe dem vorderen Ende 80 der Düse verbessert.
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Im
Einsatz wird die erhitze Düse 36 in
einer gekühlten
Form angeordnet, und Schmelze fließt durch die zentrale Schmelzbohrung 76 zu
einem Einlaß,
der zu einer Gießhöhlung führt. Während die Verwendung
der von existierenden geheizten Spritzgießdüsen entspricht, ist die thermische
Leistungsfähigkeit
der Düsen,
welche gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt sind, deutlich verbessert.
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Es
wird nun auf 7 Bezug genommen, welche eine
Isolierkappe 98 mit einem anderen Aufbau aufweist, zeigt,
welcher bei der im folgenden beschriebenen zweiten Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird. Da die meisten der Elemente den oben
beschriebenen entsprechen, werden Elemente, die beiden Ausführungsformen
gemeinsam sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen beschrieben
und erläutert.
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Bei
dieser Ausführungsform
weist die Isolierkappe 98 einen länglichen hohlen äußeren Abschnitt 100,
mit einem Deckel 102 auf, durch welchen sich eine Belüftungsbohrung 104 erstreckt.
Der äußere Abschnitt 100 weist
eine sich nach innen erstreckende Schulter 106 auf, welche
auf dem oberen Ende 66 auf der äußeren Buchse 38 sitzt.
Wie ersichtlich, bildet in diesem Fall die Isolierkappe 98 anstelle
der äußeren Buchse 38 einen
Fülltrichter 108,
in welchen der Strang aus Kupfer 50 vor dem Einsetzen in
den Vakuumofen 72 eingesetzt wird. Der Strang aus Kupfer 50 liegt
auf sich nach innen verjüngenden
Rippen 110 auf, um ein angemessenes Entlüften des
Raumes 112 unterhalb des Stranges aus Kupfer 50 sicherzustellen.
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Ansonsten
ist das Herstellungsverfahren das gleiche wie das oben beschriebene,
außer,
daß es dort
keinen oberen Abschnitt der äußeren Buchse 38 gibt,
welcher nach dem Gießen
entfernt werden muß. Die
Isolierkappe 98 wird lediglich entfernt und die Düse 36 bearbeitet,
um das notwendige Finish zu erzeugen. Die Isolierkappe 98 besteht
vorzugsweise aus Keramik und kann besprüht werden, so daß geschmolzenes
Kupfer nicht an ihr haften bleibt, um die Wiederverwendung zu vereinfachen.
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Während die
Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen einer geheizten Spritzgießdüse 36 gemäß der Erfindung
mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt wurde, ist es offensichtlich, daß verschiedene andere Modifikationen
möglich
sind, ohne den Rahmen der Erfindung, wie er durch einen Fachmann
verstanden wird und in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben ist, zu verlassen.