DE20122253U1

DE20122253U1 - Kompakter Angussverteilerdüseneinsatz

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Publication number: DE20122253U1
Application number: DE20122253U
Authority: DE
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: CA2580974C; CA2402170A1; US20070148279A1; ATE280025T1; US20020054932A1; US7438551B2; US6561789B2; DE60135123D1; EP1302296A3; US20060292256A1; EP1302295A2; US7108502B2; DE60106579T2; US20030228390A1; JP2003525781A; EP1263563B1; EP1302295B1; US6761557B2; EP1302295A3; CA2692246A1

Abstract

Ein Spritzgießsystem, das aufweist:
einen Einspritz-Verteiler (16) mit mindestens einem Verteiler-Schmelzekanal (10);
mindestens eine Spritzgießdüse (22) mit einem Düsenkörper (68) und einer Düsenspitze (74), der Düsenkörper (68) weist einen Düsenschmelzkanal (24) auf; und
einen ersten elektrischen Heizer (80) der durchgängig um einen Abschnitt des Düsenkörpers (68) herum gewickelt ist, um Wärme für den Düsenschmelzekanal (24) bereitzustellen, der Abschnitt weist ein erstes Ende angrenzend an den Verteilers (16) auf und erstreckt sich zu einem zweiten Ende angrenzend an die Düsenspitze (74);
dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elektrischer Heizer (90) vorgesehen ist, der durchgängig um den Abschnitt des Düsenkörpers (68) herum gewickelt ist, um Wärme für den Düsenschmelzekanal (24) bereitzustellen, und sich von dem ersten Ende angrenzend an den Verteilers (16) zu dem zweiten Ende angrenzend an die Düsenspitze (74) erstreckt, wobei der zweite Heizer (90) elektrisch unabhängig von dem ersten Heizer (80) ausgebildet ist.

Description

SACHGEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Spritzgießen, und, insbesondere, auf eine Spritzgießdüse, die ein integrales, elektrisches Heizelement, umgeben durch eine geschichtete, dielektrische Isolation, besitzt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Heizeinrichtungen für Spritzgieß- und für Angussverteiler-Anwendungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie dies umfangreich durch die folgenden US-Patente gezeigt ist: 2,991,423, 2,522,365, 2,769,201, 2,814,070, 2,875,312, 2,987,300, 3,062,940, 3,550,267, 3,849,630, 3,911,251, 4,032,046, 4,403,405, 4,386,262, 4,557,685, 4,635,851, 4,644,140, 4,652,230, 4,771,164, 4,795,126, 4,837,925, 4,865,535, 4,945,630 und 4,981,431.

Heizeinrichtungen sind natürlich auch umfangreich für Nicht-Spritzgieß-Anwendungen bekannt, wie dies zum Beispiel in den US-Patent-Nr.'n 2,088,586, 2,378,530, 2,794,504, 4,438,322 und 4,621,251 gezeigt ist.

Allgemein sind drei Typen von Heizeinrichtungen zur Verwendung in Angussverteilerdüsen bekannt. Der erste sind so genannte "integrale Heizeinrichtungen", die in den Düsenkörper eingebettet und eingegossen sind. Beispiele solcher Düsen sind in den nachfolgenden Patenten offenbart: US 4,238,671 , US 4,386,262 , US 4,403,405 und EP 765728 . Der zweite sind die so genannten "unabhängigen, externen Heizeinrichtungen", die deren eigenen Träger haben und die entfernt und ersetzt werden können. Im Wesentlichen ist, in einem solchen Design, wie es in 1a dargestellt ist, das Heizelement H extern zu dem Düsenkörper N angeordnet. Das Heizelement H weist einen Widerstandsdraht W auf, der durch elektrisches Isolierungsmaterial E umgeben ist, und ist in einem Stahlgehäuse C eingeschlossen. Beispiele solcher Düsen sind in den nachfolgenden Patenten offenbart: US 3,553,788 , US 3,677,682 , US 3,831,004 , US 3,912,907 , US 4,588,367 , US 5,360,333 , US 5,411,393 , US 5,820,900 , EP 748678 , EP 963829 und EP 444748 . Der dritte sind die so genannten "befestigten, externen Heizeinrichtungen", die spiralförmig um die Außenseite der Düse oder der Düsenspitze positioniert sind, allerdings nicht davon aus dem Grund entfernt werden können, dass sie an der Düsenoberfläche hart verlötet sind oder darin eingebettet sind.

In 1b ist ein Heizelement H' in einer Nut G' in dem Düsenkörper N' eingebettet. Beispiele solcher Düsen sind in den nachfolgenden Patenten offenbart: US 4,557,685 , US 4,583,284 , US 4,562,230 , US 5,226,596 , US 5,235,737 , US 5,266,023 , US 5,282,735 , US 5,614,233 , US 5,704,113 und US 5,871,786 .

Elektrische Heizeinrichtungen sind auch in dem Design von so genannten Angussverteiler-Sonden verwendet worden. Im Gegensatz zu einer Angussverteilerdüse, weisen die Angussverteiler-Sonden keinen Schmelzekanal auf. Die Sonden sind innerhalb des Schmelzekanals der Düse angeordnet und erzeugen so eine ringförmige Strömung. Die Schmelze wird von der Innenseite erwärmt und diese Erwärmungsmaßnahme ist nicht bei allen Materialien und Anwendungen anwendbar. Beispiele solcher Düsen sind in den nachfolgenden United States Patent Nr'n. 3,800,027, 3,970,821, 4,120,086, 4,373,132, 4,304,544, 4,376,244, 4,438,064, 4,492,556, 4,516,927, 4,641,423, 4,643,664, 4,704,516, 4,711,625, 4,740,674, 4,795,126, 4,894,197, 5,055,028, 5,225,211, 5,456,592, 5,527,177 und 5,504,304 offenbart.

Spritzgießdüsen besitzen integrale Heizeinrichtungen, die typischerweise elektrische Heizelemente haben, die spiralförmig um die Düse herumgewickelt sind, was ein effizientes Ansprechverhalten auf viele kritische Prozesszustände, erforderlich für moderne Spritzgießvorgänge, bietet. Es sind allerdings im Stand der Technik anhaltende Bemühungen vorhanden, das Temperaturprofil, die Heizeffektivität und die Haltbarkeit solcher Düsen zu verbessern und eine Gesamtverringerung in der Größe zu erreichen. Die meisten dieser Bemühungen sind auf die Maßnahmen zum Beheizen der Düse gerichtet worden.

Zum Beispiel offenbart das United States Patent Nr. 5,051,086 für Gellert ein Heizelement, das auf dem Düsengehäuse hart verlötet ist und dann in mehreren Schichten aus mittels Plasma aufgesprühtem, rostfreiem Stahl und Aluminiumoxid eingesetzt ist. Um ein Reißen der keramischen Schichten, verursacht durch eine übermäßige Dicke und unterschiedliche, thermische Eigenschaften der Keramik und des rostfreien Stahls, zu vermeiden, setzt Gellert alternierende dünne Schichten aus rostfreiem Stahl und Aluminiumoxid ein. Das Heizelement von Gellert ist ein Nickel-Chrom-Widerstandsdraht (d.h. siehe W in 1a und 1b hier), der sich zentral durch ein elektrisches Isolationsmaterial aus einem Feuerfest-Pulver erstreckt (d.h. siehe E in den 1a und 1b), wie beispielsweise Magnesiumoxid, und zwar innerhalb eines Stahlgehäuses (d.h. siehe C in den 1a und 1b). Das Heizelement ist integral in einer Nickellegierung durch einen ersten Hartlötschritt in einem Vakuumofen eingegos sen, was bewirkt, dass die Nickellegierung durch eine Kapillar-Wirkung in die Räume um das Heizelement herum fließt, um metallurgisch das Stahlgehäuse des Elements mit dem Düsenkörper zu verbinden. Diese Bindung ruft eine sehr effiziente und gleichförmige Wärmeübertragung von dem Element auf dem Düsenkörper hervor.

Düsen mit diesem Typ von elektrischen Heizeinrichtungen sind allerdings oftmals zu groß, um in klein dimensionierten Öffnungen verwendet zu werden, und zwar aufgrund der Größe der isolierten Heizeinrichtung, die erforderlich ist. Diese Heizeinrichtungen sind allgemein teuer herzustellen, da eine komplexe Maschinenbearbeitung erforderlich ist. Auch sind die Herstellverfahren, um diese Düsen-Heizeinrichtungen herzustellen, komplex und deshalb ist die Herstellung zeitaufwendig.

Das United States Patent Nr. 5,955,120 für Deissler offenbart eine Angussverteilerdüse mit einer hohen, thermischen Isolation, erreicht durch eine Beschichtung der elektrischen Heizeinrichtung mit Schichten von thermisch isolierenden Materialien (Glimmer oder Keramik) und mit einem hochabnutzungsbeständigen Material (Titan). Ähnlich Gellert besitzt das Heizelement von Deissler seinen eigenen elektrischen Isolationsschutz und kann demzufolge in einem direkten Kontakt mit dem metallischen Düsenkörper platziert werden (siehe 2 von Deissler). Auch wird das Heizelement von Deissler an die Düse durch Gießen (Hartlöten) eines Metalls, wie beispielsweise Messing, befestigt. Deissler ist demzufolge ähnlich zu Gellert dahingehend, dass er ein isoliertes und hart gelötetes Heizelement offenbart. Wiederum erfordert, wie bei Gellert, eine solche Vorrichtung viele zusätzliche Schritte, um die Heizeinrichtung hart zu verlöten und zu isolieren, und ist deshalb zeitaufwendig. Auch macht, wie bei Gellert, die Verwendung eines isolierten Elements die Größe der beheizten Düse nicht gut für Anwendungen mit kleinen Abmessungen geeignet. Bei einem Versuch, die Düsengröße zu verringern, zeigt das United States Patent 5,973,296 für Juliano eine Dickfilm-Heizeinrichtung, aufgebracht auf die Außenseitenfläche einer Spritzgießdüse. Die Düsen-Heizeinrichtung weist eine Schicht aus einem dielektrischen Film und eine Schicht aus einem dicken Widerstandsfilm, aufgebracht direkt auf die äußere, zylindrische Oberfläche der Düse mittels eines Präzisions-Dickfilm-Druckens, auf. Der Dickfilm wird direkt auf den Düsenkörper aufgebracht, was den Durchmesser der Düse nur um einen minimalen Betrag erhöht. Eine Flexibilität einer Wärmeverteilung wird auch über die Fähigkeit erhalten, die Heizeinrichtung in verschiedenen Mustern aufzubringen, und ist demzufolge weniger eingeschränkt als spiralförmige Design-Ausführungen.

Allerdings sind Einschränkungen bei der Dickfilm-Heizeinrichtung vorhanden. Eine thermische Expansion des Stahldüsenkörpers während eines Beheizens kann ein unerwünschtes Reißen in den Filmschichten aufgrund der niedrigeren thermischen Expansion des Filmmaterials verursachen. Dieser Effekt tritt teilweise nach einer großen Anzahl von Spritzzyklen auf. Die Risse könnten die Widerstandsfilm-Heizeinrichtung beeinflussen, da dies kein kontinuierliches und homogenes Material ist (wie ein Draht), sondern vielmehr ein feines, getrocknetes Pulver der leitfähigen Farbe ist, wie dies in Juliano '296 offenbart ist.

Ein anderes Design einer beheizten Düse ist in dem US-Patent Nr. 4,120,086 für Crandell offenbart. In einer Ausführungsform offenbart Crandell '086 eine elektrisch beheizte Düse, die eine integrale Heizeinrichtung besitzt, die eine Widerstandsdraht-Heizeinrichtung, angeordnet zwischen zwei keramischen, isolierenden Schichten, aufweist. Die Crandell '086 Düse ist durch Umwickeln eines Metalldüsenkörpers mit flexiblen Bändern aus grünen (d.h. nicht gesinterten) Keramikteilchen, imprägniert in einem wärmeabführenden Material, darauf folgendes Wickeln eines Widerstandsdraht-Heizelements um die gewickelte grüne Schicht herum, Wickeln einer zweiten Schicht der flexiblen Bänder der grünen keramischen Teilchen darüber, Wärmebehandlung der Anordnung, um das Wärme abführende Material herausauszubrennen, und Sintern der keramischen Teilchen aneinander und dann Kompaktieren der Anordnung, um Luft-Leerstellen in der Anordnung zu beseitigen, hergestellt. In dem US-Patent 4,304,544, auch für Crandell, beschreibt der Erfinder weiterhin die flexiblen, grünen, keramischen Bänder dahingehend, dass sie einen Körper aus grünen, keramischen Isolatorteilchen aufweisen, die mit einem wärmeabführbaren Bindemittelmaterial beschichtet sind. In dem grünen Zustand sind solche Bänder nachgiebig und biegsam, was ermöglicht, dass sie um den Metalldüsenkern herumgewickelt werden können, allerdings werden, wenn sie eingebrannt sind, die Bänder hart und die Teilchen agglomerieren zu einer Masse.

Die Crandell '086 und '544 Düse besitzt relativ dicke, keramische Schichten, setzt einen kritischen Prozess zum Aufbringen der keramischen Schichten ein und erfordert zusätzliche Wärmebehandlungsschritte bei der Herstellung. Crandell '086 räumt ein, dass der Einbrennschritt zeitaufwendig ist (siehe Spalte 5, Zeilen 20-25), und gesteht deshalb ein, dass das Design weniger bevorzugt als andere Ausführungsformen, die in dem Patent offenbart sind, ist, die nicht dieses Verfahren verwenden. Wie vor stehend erwähnt ist, ist es erwünscht, die Größen der Düse zu verringern, was nicht mit den dicken, keramischen Bändern von Crandell '086 und '544 möglich ist.

Die Verwendung von keramischen Heizeinrichtungen für sowohl Angussverteiler-Heizeinrichtungen als auch Angussverteiler-Sonden-Heizeinrichtungen ist auch in dem US-Patent 5,504,304 für Noguchi offenbart. Noguchi, ähnlich Juliano, verwendet ein Druckverfahren, um ein elektrisches Widerstandsdrahtmuster einer unterschiedlichen Teilung aus einem Metall oder einer Komposit-Paste zu bilden. Eine Ausführungsform einer keramischen Heizeinrichtung für eine Düsensonde (dargestellt in 1 von Noguchi) ist durch Drucken verschiedener elektrischer Widerstandsmuster, dargestellt in den 3-4 von Noguchi, hergestellt. Noguchi offenbart ein Verfahren, mit dem eine Mischung eines isolierenden Keramikpulvers, wie beispielsweise Siliziumkarbid (SiC), Molybdänsilizid (MoSi₂) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Siliziumnitrid (SiN) und ein elektrisch leitendes, keramisches Pulver, wie beispielsweise Titannitrid (TiN) und Titankarbid (TiC), gesintert und zu einer Paste geknetet wird, die dann in einer schlangenförmigen Art und Weise auf der äußeren Oberfläche eines zylindrischen, isolierenden Keramikkörpers gedruckt wird, wie dies in 3 von Noguchi dargestellt ist. Der Druckzustand wird in bestimmten Bereichen dichter gemacht, und, durch ein solches Kontrollieren der Größe der so genannten "Drahtdichte", wird der Heizeinrichtung ein Temperaturgradient verliehen. Das Heizeinrichtungsmuster kann unter Verwendung von Metallen, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän, Gold und Platin, gebildet werden. Eine Ausführungsform einer keramischen Heizeinrichtung für eine Angussverteilerdüse ist auch in Noguchi offenbart (siehe 9 von Noguchi). Diese selbsttragende, keramische Heizeinrichtung ist auch durch ein Drahtdrucken unter Verwendung derselben Paste oder von Metallen hergestellt. Die Heizeinrichtung wird über den Düsenkörper platziert und wird dann gesintert und zu einer Paste geknetet, aufweisend eine Mischung aus isolierendem Keramikpulver, wie beispielsweise Siliziumkarbid, Molybdänsilizid oder Aluminiumoxid und leitendes Keramikpulver, wie beispielsweise Titannitrid und Titankarbid. Die Paste wird in einer einzelnen Schlangenlinie auf dem Teil aufgedruckt, wo wiederum das Heizeinrichtungsmuster durch Aufbringen von Temperaturgradienten unter Variieren der Größe der Drahtdichte über das Teil gebildet ist.

Obwohl Noguchi ein Draht-Druckverfahren einführt, um ein bestimmtes Heizprofil entlang der Düse zu erreichen, lehrt er nicht oder zeigt nicht, wie dieses Draht-Druckverfahren tatsächlich ausgeführt wird. Detailliertere Informationen über dieses Draht-Druckverfahren werden durch den Katalog mit dem Titel "SH1 Hot Runner Probe" (nicht datiert) des Patentinhabers (Seiki Spear System America. Inc.) angegeben. Entsprechend dem Katalog wird das Schaltungsmuster, das den Widerstand für ein Beheizen liefert, mittels Siebdruck direkt auf einem "grünen" oder nicht gehärteten Keramiksubstrat aufgedruckt. Das flexible "grüne" Substrat mit der gedruckten Schaltung wird um ein bestehendes Keramikrohr herumgewickelt und die vollständige Einheit wird gebrannt und gehärtet, um eine rohrförmige Heizeinrichtung herzustellen. Das Widerstands-Schaltungsmuster wird innerhalb der Keramik zwischen dem Rohr und dem Substrat eingehüllt und ist nicht der Außenatmosphäre ausgesetzt. Das Thermoelement wird durch die Mitte der rohrförmigen Heizeinrichtung eingesetzt und in dem Spitzenbereich positioniert. Die Platzierung des Thermoelements in der Sondenspitze führt zu einer direkten Wärmekontrolle an der Öffnung. Die keramische Heizeinrichtungseinheit wird dann außenseitig des Sondenkörpers befestigt. Demzufolge ist dieses Verfahren nach Seiki Spear der Herstellung eines keramischen Heizeinrichtungskörpers entsprechend zu Noguchi, umfassend einen gedruckten Draht, ähnlich zu dem Verfahren, das in Crandell '086 offenbart ist, mit der Ausnahme, dass Crandell einen selbsttragenden Widerstandsdraht, spiralförmig gewickelt um die Düse zwischen zwei "grünen", keramischen Schichten herum, verwendet. Wie bei Crandell ist ebenso ein zusätzlicher Sinterschritt erforderlich, um die grünen, keramischen Schichten zu sintern.

Dementsprechend ist ein Bedarf nach einer beheizten Düse vorhanden, die diese und andere Schwierigkeiten, die dem Stand der Technik zugeordnet sind, beseitigt. Genauer gesagt ist ein Bedarf nach einer beheizten Düse vorhanden, die einfacher herzustellen ist und zu einem kompakteren Design führt.

ÜBERSICHT DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft eine Spritzgießdüse, die im Durchmesser kleiner als die meisten Düsen nach dem Stand der Technik ist, die allerdings nicht die Haltbarkeit beeinträchtigt oder erhöhte Herstellkosten der früheren Düsen mit kleinem Durchmesser hat. Weiterhin ist die Düse der vorliegenden Erfindung einfacher, schneller und kostengünstiger als Düsen nach dem Stand der Technik herzustellen und minimiert die Anzahl der gesamten Schritte, die bei der Herstellung erforderlich sind. Insbesondere wird das Erfordernis nach einer Wärmebehandlung der dielektrischen Materialien der Heizeinrichtung vollständig beseitigt, was Zeit, Geld und Schwierigkeiten bei der Herstellung verringert. Weiterhin schafft die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Design einer entfernbaren und/oder ersetzbaren Kassetten-Heizeinrichtung, die den Vorteil einer kostengünstigen Reparatur oder Ersetzung einer kostengünstigen Heizeinrichtungskomponenten, im Gegensatz zu einem vollständigen Ersatz einer aufwendig und präzise bearbeiteten Düse, bietet. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung schaffen ähnlich verringerte und vereinfachte Herstellschritte, ebenso wie sie ermöglichen, dass präzise Temperaturmuster in eine Düse, einfacher als nach dem Stand der Technik, erreichbar sind.

Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießdüse, die einen Düsenkörper, der eine äußere Fläche und mindestens einen Schmelzekanal durch den Körper hindurch besitzt, eine erste, isolierende Schicht, die eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die erste, isolierende Schicht auf der äußeren Fläche des Düsenkörpers so angeordnet ist, um im Wesentlichen zumindest einen Bereich des Düsenkörpers abzudecken, mindestens ein Drahtelement, angeordnet nach außen zu der ersten, isolierenden Schicht und in Kontakt mit dieser stehend, wobei das mindestens eine Drahtelement mit einer Energieversorgung verbindbar ist, die dazu geeignet ist, das Drahtelement aufzuheizen, eine zweite, isolierende Schicht, die eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die zweite, isolierende Schicht über der ersten, isolierenden Schicht und dem mindestens einen Drahtelement angeordnet ist, wobei die zweite, isolierende Schicht im Wesentlichen das mindestens eine Drahtelement und mindestens einen Bereich der ersten, isolierenden Schicht abdeckt, und wobei die chemischen Zusammensetzungen der ersten und der zweiten, isolierenden Schicht im Wesentlichen unverändert verbleiben, wenn die Schichten auf dem Düsenkörper angeordnet sind, aufweist.

Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießdüse, die eine Düsenkörperanordnung, die eine äußere Fläche und mindestens einen Schmelzekanal durch die Anordnung hindurch besitzt, wobei die Anordnung einen Kern und eine Oberflächenschicht, angeordnet um den Kern herum, besitzt, wobei die Oberflächenschicht mindestens einen Bereich der äußeren Oberfläche der Düsenkörperanordnung bildet, wobei der Kern aus einem ersten Metall aufgebaut ist und die Oberflächenschicht aus einem zweiten Metall aufgebaut ist, wobei das zweite Metall eine höhere, thermische Leitfähigkeit als das erste Metall besitzt, eine erste, isolierende Schicht, angeordnet auf der äußeren Oberfläche der Düsenkörperanordnung so, um im Wesentlichen zumindest einen Bereich der äußeren Oberfläche abzudecken, mindestens ein Drahtelement, angeordnet nach außen zu der ersten, isolierenden Schicht und in Kontakt mit dieser stehend, wobei das mindestens ein Drahtelement mit einer Ener gieversorgungsquelle verbindbar ist, die dazu geeignet ist, das Drahtelement aufzuheizen, und eine zweite, isolierende Schicht, angeordnet über der ersten, isolierenden Schicht und dem mindestens einen Drahtelement, wobei die zweite, isolierende Schicht im Wesentlichen das mindestens eine Drahtelement und mindestens einen Bereich der ersten, isolierende Schicht abdeckt, aufweist.

Gemäß einem dritten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießdüse, die einen Düsenkörper, der eine äußere Oberfläche und mindestens einen Schmelzekanal durch den Körper besitzt, eine erste, isolierende Schicht, angeordnet auf der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers so, um im Wesentlichen zumindest einen Bereich des Düsenkörpers abzudecken, mindestens ein Drahtelement, angeordnet nach außen zu der ersten, isolierenden Schicht und in Kontakt mit dieser stehend, wobei mindestens ein Drahtelement mit einer Energieversorgungsquelle verbindbar ist, die zum Beheizen des Drahtelements geeignet ist, eine zweite, isolierende Schicht, angeordnet über der ersten, isolierenden Schicht und dem mindestens einen Drahtelement, wobei die zweite, isolierende Schicht im Wesentlichen das mindestens eine Drahtelement und mindestens einen Bereich der ersten, isolierenden Schicht abdeckt, und wobei die erste, isolierende Schicht zwischen 0,1 mm und 0,5 mm dick ist, aufweist.

Gemäß einem vierten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießmaschine zum Bilden eines geformten Gegenstands, wobei die Maschine aufweist: einen Formhohlraum, wobei der Formhohlraum zwischen einer bewegbaren Formauflageplatte und einer stationären Formauflageplatte gebildet ist, mindestens eine Spritzgießdüse, die mit einer Quelle für geschmolzenes Material verbindbar ist und dazu geeignet ist, geschmolzenes Material von der Quelle zu dem Formhohlraum über mindestens einen Schmelzekanal dort hindurch zuzuführen, wobei die mindestens eine Spritzgießdüse aufweist: einen Düsenkörper, der eine äußere Fläche und den mindestens einen Schmelzekanal durch den Körper hindurch besitzt, eine erste, isolierende Schicht, die eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die erste, isolierende Schicht auf der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers so angeordnet ist, um im Wesentlichen zumindest einen Bereich des Düsenkörpers abzudecken, mindestens ein Drahtelement, angeordnet nach außen zu der ersten, isolierenden Schicht und in Kontakt mit dieser stehend, wobei das mindestens eine Drahtelement mit einer Energieversorgungsquelle verbindbar ist, die dazu geeignet ist, das Drahtelement aufzuheizen, eine zweite, isolierende Schicht, die eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die zweite, isolierende Schicht über der ersten, isolierenden Schicht und dem mindes tens einen Drahtelement angeordnet ist, wobei die zweite, isolierende Schicht im Wesentlichen das mindestens eine Drahtelement und mindestens einen Bereich der ersten, isolierenden Schicht abdeckt, und wobei die chemischen Zusammensetzungen der ersten und der zweiten, isolierenden Schicht im Wesentlichen unverändert verbleiben, wenn die Schichten auf dem Düsenkörper angeordnet sind.

Gemäß einem fünften Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießform, um einen Gegenstand zu bilden, wobei die Form aufweist: eine Formhälfte, die dazu geeignet ist, mit einem Formverteiler in Verbindung zu treten, mindestens eine Spritzgießdüse in einer Strömungsverbindung mit der Formhälfte über mindestens einen Schmelzekanal, wobei die mindestens eine Spritzgießdüse aufweist: einen Düsenkörper, der eine äußere Oberfläche und den mindestens einen Schmelzekanal durch den Körper hindurch besitzt, eine erste, isolierende Schicht, die eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die erste, isolierende Schicht auf der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers so angeordnet ist, um im Wesentlichen mindestens einen Bereich des Düsenkörpers abzudecken, mindestens ein Drahtelement, angeordnet nach außen zu der ersten, isolierenden Schicht und in Kontakt mit dieser stehend, wobei das mindestens eine Drahtelement mit einer Energieversorgungsquelle verbindbar ist, die dazu geeignet ist, das Drahtelement aufzuheizen, eine zweite, isolierende Schicht, die eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die zweite, isolierende Schicht über der ersten, isolierenden Schicht und dem mindestens einen Drahtelement angeordnet ist, wobei die zweite, isolierende Schicht im Wesentlichen das mindestens eine Drahtelement und mindestens einen Bereich der ersten, isolierenden Schicht abdeckt, und wobei die chemischen Zusammensetzungen der ersten und der zweiten, isolierenden Schicht im Wesentlichen unverändert verbleiben, wenn die Schichten auf dem Düsenkörper angeordnet sind.

Gemäß einem sechsten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießdüse, aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Düsenkörpers, wobei der Düsenkörper eine äußere Oberfläche und mindestens einen Schmelzekanal durch den Körper hindurch besitzt, Bereitstellen einer ersten, isolierenden Schicht auf der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers, wobei die erste, isolierende Schicht eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die erste, isolierende Schicht im Wesentlichen mindestens einen Bereich der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers abdeckt, Positionieren mindestens eines Drahtelements nach außen zu der ersten, isolierenden Schicht und in Kontakt mit dieser stehend, wobei das mindestens eine Drahtelement mit einer Ener gieversorgungsquelle verbindbar ist, die dazu geeignet ist, das mindestens eine Drahtelement aufzuheizen, Bereitstellen einer zweiten, isolierenden Schicht auf der ersten, isolierenden Schicht und dem mindestens einen Drahtelement, wobei die zweite, isolierende Schicht eine chemische Zusammensetzung besitzt, wobei die zweite, isolierende Schicht im Wesentlichen das mindestens eine Drahtelement und mindestens einen Bereich der ersten, isolierenden Schicht abdeckt, und wobei die chemischen Zusammensetzungen der ersten und der zweiten, isolierenden Schicht im Wesentlichen unverändert verbleiben, wenn die Schichten auf dem Düsenkörper angeordnet sind.

Gemäß einem siebten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Spritzgießdüse, die Schritte aufweisend: Bereitstellen eines Düsenkörpers, wobei der Düsenkörper eine äußere Oberfläche und mindestens einen Schmelzekanal durch den Körper hindurch besitzt, Positionieren einer selbsttragenden, isolierenden Hülse um den Düsenkörper herum, wobei die Hülse im Wesentlichen mindestens einen Bereich der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers abdeckt, Positionieren mindestens eines Drahtelements nach außen zu der isolierenden Hülse und in Kontakt mit dieser stehend, wobei das mindestens eine Drahtelement mit einer Energieversorgungsquelle verbindbar ist, die dazu geeignet ist, das mindestens eine Drahtelement aufzuheizen, Bilden einer zweiten, isolierenden Schicht auf der isolierenden Hülse und dem mindestens einen Drahtelement, wobei die zweite, isolierende Schicht im Wesentlichen das mindestens eine Drahtelement und mindestens einen Bereich der isolierenden Hülse abdeckt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, und um deutlicher zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, wird nun Bezug anhand eines Beispiels auf die beigefügten Zeichnungen genommen.
Die Zeichnungen zeigen Gegenstände, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, in denen:
1a und 1b zeigen Teilschnittansichten von Anordnungen einer beheizten Düse gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs eines Spritzgießsystems, eine beheizte Düse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellend;
3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der Düse der 2;
4 zeigt eine weiter vergrößere und gedrehte (90° in Gegenuhrzeigerrichtung) Schnittansicht der Heizeinrichtungs-Anordnung der Düse der 2;
5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, ähnlich zu 4, einer alternativen Ausführungsform einer Düsenheizeinrichtungs-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, ähnlich zu 4, einer anderen alternativen Ausführungsform einer Düsenheizeinrichtungs-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, ähnlich zu 4, einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Düsenheizeinrichtungs-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, ähnlich zu 4, einer noch weiteren alternativen Ausführungsform einer Düsenheizeinrichtungs-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt eine isometrische Explosionsansicht einer alternativen Ausführungsform der Düsenheizeinrichtung der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Düsenheizeinrichtung der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Düse, die eine Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt;
12a zeigt eine isometrische Ansicht eines geraden Drahtelements zur Verwendung als ein Heizeinrichtungselement der vorliegenden Erfindung;
12b zeigt eine isometrische Ansicht eines gewendelten Drahtelements zur Verwendung als ein Heizeinrichtungselement der vorliegenden Erfindung;
13a zeigt eine isometrische Ansicht eines doppelten und verdrillten, geraden Drahtelements zur Verwendung als ein Heizeinrichtungselement der vorliegenden Erfindung; und
13b zeigt eine isometrische Ansicht eines doppelten, gewendelten Drahtelements zur Verwendung als ein Heizeinrichtungselement der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Spritzgießsystem mit Mehrfach-Hohlraum, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, ist in den Figuren allgemein bei M dargestellt. Wie 2 zeigt, ist ein Bereich des Spritzgießsysstems M dargestellt. Ein Schmelzekanal 10 erstreckt sich von einem gemeinsamen, vertieften Einlass 12 in einer Verteilerverlängerung 14 zu einem lang gestreckten Verteiler 16, wo er zu einer Anzahl von Auslässen 18 hin verzweigt. Wie gesehen werden kann, erstreckt sich jede Verzweigung 20 des Schmelzekanals 10 durch eine Stahldüse 22, die eine zentrale Schmelzebohrung 24 besitzt, die mit einem Schmelzekanal-Auslass 18 von dem Verteiler 16 zu einer Öffnung bzw. zu einem Einlass 26, der zu jedem Hohlraum 28 führt, in Verbindung steht. Die Düse 22 ist eine beheizte Düse, die eine Heizeinrichtung 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt, wie dies in größerem Detail nachfolgend beschrieben ist.
Der Verteiler 16 wird durch ein Heizelement 32 beheizt, das integral darin hart verlötet sein kann. Der Verteiler 16 wird an Ort und Stelle durch einen zentralen Lokalisierungsring 34 und isolierende Druckkissen 36 gehalten. Der Lokalisierungsring 34 überbrückt einen isolierenden Luftraum 38 zwischen dem Verteiler 16 und einer gekühlten Abstandsplatte 40. Die Druckkissen 36 bilden einen anderen, isolierenden Luftraum 42 zwischen dem Verteiler 16 und einer gekühlten Klemmplatte 44. Die Abstandsplatte 40, die Klemmplatte 44 und eine Hohlraumplatte 46 werden durch Pumpen von Kühlwasser durch eine Mehrzahl von Kühlkanälen 48 gekühlt. Die Klemmplatte 44 und die Abstandsplatte 40 sind durch Schrauben 50 verschraubt, die sich in die Holraumplatte 46 hinein erstrecken. Die Verteilerverlängerung 14 wird an Ort und Stelle durch Schrauben 52 und einen Lokalisierungskragen 54, der an der Klemmplatte 44 mittels Schrauben 56 verschraubt ist, gehalten.
Jede Düse 22 ist in ein Loch 58 in der Abstandsplatte 40 eingesetzt. Ein isolierender Luftraum 64 ist zwischen der beheizten Düse 22 und der umgebenden, gekühlten Abstandsplatte 40 vorgesehen.
Wie die 2 und 3 zeigen, besitzt die Düse 22 einen Körper 68, der einen zentralen Stahlkernbereich 70, eine äußere Oberfläche 72 und eine Spitze 74 besitzt, die in einen Einlass 26 eingesetzt ist. Die Spitze 74 besitzt einen Strömungskanal 76, der zu der zentralen Schmelzebohrung 24 ausgerichtet ist. Die Düse 22 ist in den Verteiler 16 eingesetzt und darin durch einen Gewindebereich 78 gesichert. Die Heizeinrichtungs-Anordnung 30 besitzt ein elektrisches Widerstandsdraht-Heizelement 80, das kalte Stift-Verbindungen 82 zum Verbinden des Drahtelements 80 mit einer Energieversorgung (nicht dargestellt) besitzt. Die Heizeinrichtungs-Anordnung 30 besitzt auch eine erste, isolierende Schicht 84 und eine zweite, isolierende Schicht 86, angeordnet auf jeder Seite des Drahtelements 80, um so das Element 80 dazwischen "sandwichartig" aufzunehmen. Die erste Schicht 84 ist auf dem Kern 70 positioniert, wobei das Drahtelement 80 dort herumgewickelt ist, und die zweite Schicht 86 ist darüber positioniert. Eine äußere Stahlschicht 88 ist an der fertig gestellten Düse 22 vorgesehen. Diese Schichten sind in einer Art und Weise gebildet, die in weiterem Detail nachfolgend beschrieben wird.
Das Drahtelement 80 ist ein einfacher, blanker, elektrisch und thermisch nicht isolierter Draht, vorzugsweise aus Chrom-Nickel mit dreißig (30) Gauge, obwohl irgendein Drahtmaterial, das Widerstands-Heizcharakteristika besitzt, eingesetzt werden kann. Das Drahtelement 80 ist vorzugsweise um die Düse 22 herumgewickelt und kann in irgendeiner Anordnung vorgesehen werden, die die Temperaturverteilung, erwünscht für eine bestimmte Anwendung, liefert. Zum Beispiel befinden sich in der Ausführungsform der 3 aufeinander folgende Windungen des Drahtelements 80 näher zueinander an den Enden der Düse 22, wo mehr Wärme typischerweise erforderlich ist, mit einer weiter beabstandeten Verteilung, die in dem zentralen Bereich der Düse 22 auftritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die erste Schicht 84 und die zweite Schicht 86 dielektrische Materialien, die in einem "fertig gestellten" (d.h. "nicht grünen") Zustand auf den Düsenkörper aufgebracht werden können. Mit anderen Worten erfordert das dielektrische Material keine zusätzlichen Wärmebehandlungsschritte, wenn es einmal auf die Düsenanordnung aufgebracht ist, und besitzt demzufolge eine chemische Zusammensetzung, die sich nicht ändert, nachdem sie auf die Vorrichtung aufgebracht ist, und das Material erfordert keine Wärmebehandlung einer Sinterung, um ihren "fertig gestellten" Zustand zu erreichen. Zusätzlich zu dieser Bedingung ist die erste Schicht 84 auch vorzugsweise ein dielektrisches Material, das den hohen Betriebstemperaturen und den Watt-Leistungen der Heizeinrichtung, die beim Gießen mit einem Angussverteiler vorgefunden werden, standhalten kann. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird verstehen, dass das Dielektrikum vorzugsweise ein guter thermischer Leiter mit einer niedrigen Wärmekapazität ist, eine Kombination, die ein schnelles Erwärmen (und Kühlen) mit einer maximalen Effektivität mit sich bringt. Das Dielektrikum sollte auch ein guter elektrischer Leiter sein, da ein Drahtelement ansonsten gegen die Düse 22 nicht isoliert ist. Die Auswahl des Materials hängt von der Soll-Temperatur für das geschmolzene Material ab, das durch den Schmelzekanal der Düse fließen wird.
Beispielhaft für die dielektrischen Materialien, die bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden können, sind: Aluminiumoxid; Magnesiumoxid; Glimmer- Beschichtungen; Vespel^TM (Handelsmarke der E.I. Du Pont de Nemour & Company); Grafit; Aluminiumoxid; Aluminiumoxid-Siliziumoxid; auf Zirkonoxid basierende Materialien, wie beispielsweise Tetragonal-Zirkondioxid-Polykristalle (TZP), teilweise stabilisiertes Zirkondioxid (PSZ), vollständig stabilisiertes Zirkondioxid (FSZ), durch Transformation zäh gemachte Keramiken (TTC), durch Zirkondioxid zäh gemachtes Aluminiumoxid (ZTA) und durch Transformation zäh gemachtes Zirkondioxid (TTZ); Cerama-Dip^TM 538 N (Handelsmarke der Aremco Products Inc.), eine mit Zirkonsilkat gefüllte, auf Wasser basierende, dielektrische Hochtemperaturbeschichtung zur Verwendung beim Isolieren von Hochleistungswiderständen, Spulen und Heizeinrichtungen; und Ceramacoat^TM 538 N (Handelsname der Aremco Products Inc.), das eine auf Siliziumoxid basierende, dielektrische Hochtemperaturbeschichtung zur Verwendung beim Isolieren von Induktionsheizwicklungen ist. Aluminiumoxid ist ein bevorzugtes Material aufgrund seiner relativ hohen, thermischen Leitfähigkeit.
Eine zweite Schicht 86 ist vorgesehen, um das Drahtelement 80 gegen schädliche Effekte der Atmosphäre, wie beispielsweise Oxidation und Korrosion, zu schützen, und um die Außenseite der Düse 22 elektrisch und thermisch zu isolieren, um so die Abgabe der Heizeinrichtungs-Anordnung 30 zu der Schmelze in dem Strömungskanal 76 hin zu richten. Eine zweite Schicht 86 kann aus demselben dielektrischen Material wie die erste Schicht 84 oder aus einem unterschiedlichen Material hergestellt sein. In einigen Anwendungen kann es erwünscht sein, unterschiedliche Materialien zu verwenden. Zum Beispiel kann die erste Schicht 84 aus einem Material hergestellt sein, das gute elektrisch isolierende Eigenschaften, allerdings eine hohe, wärmeleitende Charakteristik, besitzt, während die zweite Schicht 86 aus einem Material besteht, das hohe elektrisch isolierende Eigenschaften und hohe wärmeisolierende Eigenschaften besitzt, so dass die Wärme zu der zentralen Schmelzebohrung 24, innerhalb des Körpers 68, gerichtet wird, während die äußere Schicht 88 kühler verbleibt. Die Verwendung desselben Materials, vorzugsweise Aluminiumoxid, für die erste Schicht 84 und die zweite Schicht 86 ist bevorzugt.
Die erste Schicht 84 und die zweite Schicht 86 können als Teilchen oder eine Flüssigkeit, aufgesprüht auf die Düsenvorrichtung, wie beispielsweise eine Flüssigkeit, "aufgestrichen" auf die Vorrichtung, oder als feste, vorgefertigte, selbsttragende Hülse, wie dies in weiterem Detail nachfolgend beschrieben ist, gebildet werden. Die Schichten können in einer Dicke gebildet werden, wie dies erwünscht ist, um eine bestimmte Anwendung anzupassen. Dicken der Schichten können von 0,1 mm bis 3 mm, und di cker, reichen, in Abhängigkeit von dem Umfang einer Isolierung, dem Gesamtdüsendurchmesser und den Herstellverfahren, die erwünscht sind, wie dies weiter nachfolgend beschrieben werden wird. Dicken in dem Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm sind bevorzugt.
Die äußere Schicht 88 kann durch Aufsprühen oder durch Aufschrumpfen einer Hülse auf die zweite Schicht 86 aufgebracht werden. Die äußere Schicht 88 kann irgendeine erwünschte Dicke haben, obwohl eine Dicke von ungefähr 1,5 mm bevorzugt ist.
In den 4 – 7 sind andere Ausführungsformen einer Düsen-Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Ausführungsform der 5 ist ein sekundäres Drahtelement 90 um die zweite Schicht 86 herum vorgesehen, geschützt durch eine dritte, isolierende Schicht 92. In dieser dreischichtigen Ausführungsform ist die zweite Schicht 86 vorzugsweise ein guter Wärmeleiter und elektrischer Isolator, während die dritte Schicht 92 ein Dielektrikum ist, das gute, thermische, isolierende Charakteristika besitzt. Die dritte Schicht 92 kann aus demselben Satz von Materialien, wie er vorstehend für die Schichten 84 und 86 beschrieben ist, ausgewählt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass eine Heizeinrichtung mit einer höheren Wattzahl, auf Kosten eines leicht größeren Düsendurchmessers, erhalten werden kann. Alternativ kann das sekundäre Drahtelement 80 eine Redundanz für eine betriebsmäßige Benutzung dann erzielen, wenn das primäre Drahtelement ausfällt. 6 stellt einen Aufbau, ähnlich zu 4, dar, allerdings mit integralen Temperatursensoren oder Thermoelementdrähten 94 und 96, die zwischen der ersten Schicht 84 und der zweiten Schicht 86 positioniert sind, spiralförmig um die Düse 22, angrenzend an das Drahtelement 80, herumgewickelt. Das Einfügen von Thermoelementen 94 und 96 ermöglicht eine exakte Temperaturkontrolle in der Düse 22, wie für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden wird. Die Thermoelemente können zwischen einem angrenzenden Drahtelement 80 angeordnet sein, wie dies in 6 dargestellt ist, oder können zwischen der zweiten Schicht 86 und der dritten, isolierenden Schicht 92 vorgesehen sein, wie dies in 7 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform besitzen die zweite Schicht 86 und die dritte Schicht 92 vorzugsweise ähnliche Charakteristika, wie sie vorstehend für die Ausführungsform für die 5 beschrieben sind.
Wie 8 zeigt, ist, in einer weiteren, alternativen Ausführungsform, eine Metalloberflächenschicht 98 auf der äußeren Oberfläche 72, zwischen dem Düsenkern 70 und der ersten Schicht 84, vorgesehen. Die Oberflächenschicht 98 ist eine Schicht aus einem Metall, das eine höhere, thermische Leitfähigkeit als der Stahldüsenkörper 68 besitzt, wie beispielsweise Kupfer und Legierungen aus Kupfer. Die Oberflächenschicht 98 unterstützt demzufolge eine gleichmäßigere Verteilung von Wärme von der Heizeinrichtungs-Anordnung 30 aus zu der unter Druck stehenden Schmelze in der zentralen Schmelzebohrung 24. Die Oberflächenschicht 98 kann durch Aufsprühen oder durch Aufschrumpfen einer Hülse auf den Kern 70 aufgebracht werden. Die Oberflächenschicht 98 kann eine Dicke zwischen 0,1 mm bis 0,5 mm, oder größer, falls erwünscht, haben.
Wie 9 zeigt, besitzt, in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Düse 22' einen Kern 70', eine Oberflächenschicht 98' und eine Heizeinrichtungs-Anordnung 30', die aus einer ersten Schicht 84', einem Drahtelement 80', einer zweiten Schicht 86' und einer äußeren Schicht 88' aufgebaut ist. In dieser Ausführungsform sind die Oberflächenschicht 98', die erste Schicht 84', die zweite Schicht 86' und die äußere Schicht 88' tatsächlich selbsttragende, im Wesentlichen feste, ringförmige, teleskopische Hülsenelemente 98a, 84a, 86a und 88a, jeweils, die vor der Montage der Düse 22' vorgefertigt werden, und zwar entsprechend einem Verfahren der vorliegenden Erfindung, das nachfolgend beschrieben ist. Dieser Hülsenaufbau ermöglicht einen Aufbau einer Heizeinrichtungs-Anordnung 30', die wahlweise zum Teil oder insgesamt entfernbar ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Design, von der Düse 22' für eine periodische Überprüfung, Reparatur und/oder einen Ersatz. Auch ermöglicht dieser Hülsenaufbau, dass sich der Düsenkörper unabhängig von den isolierenden Schichten, aufgrund der getrennten und selbsttragenden Art der Hülsen der Heizeinrichtung, erweitern kann. Demzufolge ist, wenn eine thermische Expansion in der Düse auftritt, der Düsenkörper 68 frei, längs anzuwachsen, während die isolierenden Hülsen und der Draht, die typischerweise niedrigere thermische Expansions-Charakteristika haben, nicht einer thermischen Spannung, induziert durch die Expansion des Düsenkörpers, unterworfen werden. Dieses Merkmal besitzt vorteilhafte Einflüsse auf eine erhöhte Haltbarkeit der Heizeinrichtung.
Die selbsttragenden, ringförmigen Hülsen dieser Ausführungsform können aus irgendeinem geeigneten, dielektrischen Material, wie es vorstehend beschrieben ist, hergestellt werden, das maschinenbearbeitet, geformt oder zu einem dünnwandigen Rohr extrudiert werden kann. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen ist es wünschenswert, dass der Wärmeübertragungskoeffizient höher für die innere Hülse als für die äußere Hülse ist. Beide Hülsen sind vorzugsweise aus denselben Materialien hergestellt.
Weiterhin wird ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet erkennen, dass die verschiedenen Schichten einer bestimmen Heizeinrichtung nicht in einer identischen Art und Weise angewandt werden müssen, sondern vielmehr kann eine Kombination von Schicht-Typen eingesetzt werden. Man wird weiterhin erkennen, dass der Vorteil der Entfernbarkeit der Hülsen-Ausführungsform erfordert, dass nur mindestens eine der Schichten eine selbsttragende Hülse ist, um zu ermöglichen, dass sie gleitend von der Düsenanordnung entfernt werden kann. Zum Beispiel kann, falls die erste Schicht 84' als eine selbsttragende Hülse vorgesehen ist, die zweite Schicht 86 direkt auf die erste Schicht 84 (und über das Drahtelement 80 ebenso) durch Aufsprühen oder ein anderes Beschichtungsverfahren, wie es weiter nachfolgend beschrieben ist, aufgebracht werden. Umgekehrt ist es, in einer bestimmten Anwendung, erwünscht, eine erste Schicht 84 auf den Düsenkörper aufzusprühen oder in anderer Weise zu beschichten und eine zweite Schicht 86 in einem Hülsenformat vorzusehen. In einem solchen Aufbau kann das Drahtelement 80' integral auf der Innenseite des Hülsenelements der zweiten Schicht vorgesehen werden, um so zusammen damit entfernbar zu sein. Andere Kombinationen eines Schichtaufbaus sind ebenso möglich, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Wie 10 zeigt, ist, in einer alternativen Düsen-Ausführungsform, die Heizeinrichtungs-Anordnung 30" zentral innerhalb der Düse 22" angeordnet. Die Heizeinrichtung 30" besitzt einen Kern 70", eine erste Schicht 84", ein Drahtelement 80", eine zweite Schicht 86" und eine äußere Schicht 88". Die entfernbare Düsenspitze 74" ist so vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Heizeinrichtungs-Anordnung 30" von der Düse 22" zur Begutachtung, Reparatur oder für einen Ersatz entfernt werden kann, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung kann in irgendeinem bekannten Design einer Spitzgießdüse eingesetzt werden. In 11 ist ein zweiteiliger Düsenaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine vordere Düse 100 besitzt eine Heizeinrichtungs-Anordnung 102 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie dies vorstehend beschrieben ist, und eine hintere Düse 104 besitzt eine Heizeinrichtung 106 gemäß dem Stand der Technik, wie, zum Beispiel, eine solche, die in dem US-Patent Nr. 5,051,086 für Gellert, das hier unter Bezugnahme darauf eingeschlossen wird, beschrieben ist. Die Heizeinrichtungs-Anordnung 102 besitzt ein Drahtelement 110, eine erste, isolie rende Schicht 112 und eine zweite, isolierende Schicht 114, ähnlich zu dem, was vorstehend beschrieben ist.
Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass die vorliegende Erfindung unter Verwendung eines geraden Drahtes 120, wie dies in 12a dargestellt ist, als ein Element 80, um spiralförmig um den Düsenkörper herumgewickelt zu werden, wie die vorstehend beschrieben ist, eingesetzt werden kann. Ebenso kann allerdings ein Element 80 ein gewickelter Draht 122 sein, wie dies in 12b dargestellt ist, spiralförmig um die Düse herumgewickelt. "Gewickelt" bzw. "gewendelt" in diesen Unterlagen bedeutet spiralförmig oder federähnlich in ihrer Art, wie dies in 12b dargestellt ist. Heizelemente aus einem gewendelten Draht sind ausreichend auf dem Gebiet eines Beheizens bekannt, dahingehend, dass sie eine Verringerung in der Leistung der Heizeinrichtung für eine gegebene Betriebstemperatur ermöglichen.
Ähnlich wird, unter Bezugnahme auf 13a, ersichtlich werden, dass die Länge des Elementes 80 effektiv durch Herumfalten des Drahtelements, und optional verdrillt, verdoppelt werden kann, um ein Einheitselement 124 zu bilden. Das Element 124 besitzt, wie erwartet, das zweifache der Länge eines Drahts für eine Länge eines gegebenen Elements 80, und ist zweimal so dick. Wie 13b zeigt, kann ein gewendeltes und verdoppeltes Element 126 ebenso vorgesehen werden.
Wie wiederum 3 zeigt, wird, unter Benutzung, ein Drahtelement 80 durch eine Energiequelle (nicht dargestellt) mit Energie versorgt. Ein Strom fließt durch das Drahtelement 80, wobei ein Widerstand für den elektrischen Fluss bewirkt, dass sich der Draht erwärmt, wie dies anhand des Stands der Technik verständlich wird. Wärme, erzeugt durch das Element, wird vorzugsweise im Wesentlichen nach innen, durch das Vorhandensein der ersten, isolierenden Schicht 84 und der zweiten Schicht 86, kanalisiert und abgegeben, um die unter Druck gesetzte Schmelze in der zentralen Schmelzebohrung 76 zu erwärmen. Die erste Schicht 84 und die zweite Schicht 86 bilden auch eine elektrische Isolierung, um elektrisch das Drahtelement 80 gegen die umgebenden Metallkomponenten der Düse zu isolieren.
Das nicht isolierte Widerstandsdraht-Heizelement gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass eine kostengünstigere Heizeinrichtung erhalten wird, während auch eine exaktere Temperaturverteilung und Kontrolle über eine präzisere und flexiblere Positionierung des Elements ermöglicht wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine komplexe Bearbeitung des Düsenkörpers und das Erfordernis zum integ raten Hartlöten des Heizelements an dem Düsenkörper beseitigt, was ein Einsparen von Kosten und Zeit beim Herstellen der Düse ermöglicht. In ähnlicher Weise sind spezielle und komplexe Filmdrucktechniken, Materialien und Maschinen nicht erforderlich. Weiterhin ermöglicht, was vielleicht noch wichtiger ist, die vorliegende Erfindung Design-Anordnungen einer beheizten Düse mit einem kleineren Durchmesser, die einfacher erhalten werden können und die zuverlässiger betrieben werden können, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.
Die beheizten Düsen der vorliegenden Erfindung können gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. In einer ersten Ausführungsform dieses Verfahrens ist ein Stahldüsenkörper 68 als das Substrat zum Aufsprühen der ersten Schicht 84 darauf vorgesehen. Die erste Schicht 84 kann durch Sprühen, "Streichen" oder eine andere Beschichtung in einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm gebildet werden. Während größere Dicken möglich sind, wird ein kleiner Vorteil durch Vorsehen einer Dicke größer als 0,5 mm erhalten, und da es allgemein wünschenswert ist, den Düsendurchmesser zu minimieren, sind größere Dicken nicht typischerweise bevorzugt. Die erste Schicht 84 wird auf der äußeren Oberfläche 72 des Düsenkörpers 68 gebildet, um so im Wesentlichen, und vorzugsweise vollständig, die äußere Oberfläche 72 über den Bereich abzudecken, wo das Drahtelement 80 angeordnet werden soll. Nachdem die Schicht 84 trocken ist, wird das Drahtelement 80 um die erste Schicht 84 herum positioniert, vorzugsweise durch Wickeln des Drahtelements 80, spiralförmig um die Außenseite der Düse herum. Obwohl irgendein Drahtmuster möglich ist, ist ein Wickeln typischerweise bevorzugt, da, unter anderem, es den einfachsten Vorgang bei einer automatisierten Herstellung erfordert. Mit dem Drahtelement 80 um die erste Schicht 84 herum wird dann die zweite Schicht 86 gebildet, um so im Wesentlichen, und vorzugsweise vollständig, das Drahtelement 80 abzudecken und dadurch das Drahtelement 80 zwischen der ersten Schicht 84 und der zweiten Schicht 86 sandwichartig aufzunehmen und einzuschließen. Die zweite Schicht 86 wird vorzugsweise durch Aufsprühen, "Bestreichen", oder eine andere Beschichtung in einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,5 mm (aus Gründen, die vorstehend beschrieben sind) aufgebracht, obwohl irgendein anderes Verfahren eines Aufbringens der zweiten Schicht 86 eingesetzt werden kann, einschließlich des Vorsehens einer Hülse, wie dies nachfolgend beschrieben ist. Wenn die zweite Schicht 86 trocken ist, wird die äußere Metallschicht 88 gebildet. Die äußere Metallschicht 88 kann in irgendeiner bekannten Art und Weise aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Aufsprühen oder durch Aufschrumpfen einer Hülse, wobei ein Aufsprühen in dieser Ausführungsform bevorzugt ist, um den Gesamtdurchmesser der Düse zu minimieren. Die Anordnung wird dann, mit der äußeren Schicht aufgebracht, typischerweise geschmiedet, um die Anordnung zu kompaktieren und den gesamten Düsendurchmesser innerhalb erwünschter, dimensionsmäßiger Toleranzen zu bringen.
Diese Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht, dass Düsen haltbarer und mit kleineren Durchmessern erhalten werden können, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist. Weiterhin ist das Verfahren gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft, da kein zusätzlicher Wärmebehandlungsschritt erforderlich ist, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird die erste Schicht 84 als eine vorgefertigte, selbsttragende, im Wesentlichen steife, ringförmige Hülsen-Komponente gebildet, die teleskopisch, gleitend, zentral über dem Kern 70 positioniert ist. Das Hülsenelement kann gegossen, maschinenbearbeitet, geformt oder extrudiert sein, und zwar in ein dünnwandiges Rohr, und kann in irgendeiner erwünschten Dicke ausgebildet werden, obwohl Dicken in dem Bereich von 1,5 mm bis 2 mm bevorzugt sind, um die Dicke und die Haltbarkeit der Hülsen-Komponenten zu optimieren. Der Innendurchmesser der Hülse der ersten Schicht ist vorzugsweise so klein wie möglich, wobei noch ein gleitendes Aufbringen über den Kern 70 möglich gemacht wird, um so irgendeinen Luftraum zwischen den zwei Komponenten zu minimieren. Der nächste Schritt ist derjenige, das Drahtelement 80 um die Hülse der ersten Schicht herum zu positionieren, und, wie für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden wird, ist es nicht wichtig, ob das Drahtelement um die Hülse der ersten Schicht vor oder nach einer Installation der Hülse auf dem Düsenkörper positioniert wird. Tatsächlich ist ein Vorteil des Verfahrens dieser Ausführungsform derjenige, dass das Drahtelement auf der Hülse für die erste Schicht vor einer Installation vorverdrahtet werden kann, was eine Flexibilität und Vereinfachung bei der Herstellung bietet. Wenn einmal das Drahtelement 80 um die Hülse der ersten Schicht herum gebildet worden ist, dann wird die zweite Schicht 86 aufgebracht, um im Wesentlichen und vorzugsweise vollständig, das Drahtelement 80 abzudecken, um so das Drahtelement 80 zwischen der Hülse der ersten Schicht und der zweiten Schicht 86 sandwichartig zwischenzufügen und einzuhüllen. Die zweite Schicht 86 kann als eine Hülse oder durch Aufsprühen aufgebracht werden, wobei die Hülsen-Form bei dieser Ausführungsform bevorzugt ist. Wiederum ist es nicht wichtig, ob die zweite Schicht 86 vor der Installation der Hülse der ersten Schicht auf dem Düsenkörper oder danach aufgebracht wird. Die zweite Schicht 86 ist, wenn sie in einem Hülsen-Format aufgebracht ist, so dimensioniert, um so eng wie möglich über das Drahtelement 80 auf der Hülse der ersten Schicht zu passen, um den Luftraum zwischen der ersten und der zweiten Schicht zu minimieren. Eine äußere Metallschicht 88 wird dann auf die Außenseite der zweiten Schicht 86 aufgebracht und kann durch irgendein bekanntes Mittel, wie beispielsweise durch Aufsprühen oder durch Aufschrumpfen einer Hülse, aufgebracht werden, wobei ein Aufschrumpfen einer Hülse in dieser Ausführungsform bevorzugt ist. Wiederum kann, wie für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden wird, falls eine Hülse für die zweite Schicht verwendet wird, die äußere Schicht auf die Hülse der zweiten Schicht entweder vor oder nach einer Installation der Hülse der zweiten Schicht auf der Hülse der ersten Schicht oder der Düsenanordnung aufgebracht werden. Die Anordnung wird dann, mit der äußeren Schicht aufgebracht, typischerweise geschmiedet, um die Anordnung zu kompaktieren und den gesamten Düsendurchmesser innerhalb erwünschter, dimensionsmäßiger Toleranzen zu bringen. Die Anordnung wird dann so, wie dies erforderlich ist, fertig gestellt. Solche Endbearbeitungsschritte können ein Anbringen der entfernbaren Düsenspitze 74 an der Düsenanordnung, falls dies in einer bestimmten Anwendung notwendig ist, umfassen.
Diese Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht, dass eine entfernbare Heizeinrichtungs-Anordnung erreicht werden kann. Die Hülse der ersten Schicht und/oder die Hülse der zweiten Schicht können wahlweise von dem Düsenkörper für eine Begutachtung und/oder einen Ersatz, falls die Heizeinrichtung beschädigt oder abgenutzt ist, entfernt werden, ohne das Erfordernis, die gesamte Düse zu ersetzen. Weiterhin ermöglicht die unabhängige Art der Hülsenelemente, dass die Reihenfolge einer Montage so, wie dies notwendig ist, variiert werden kann, zum Beispiel dadurch, dass ermöglicht wird, dass das Drahtelement auf der Hülse der ersten Schicht vor der Installation auf den Düsenkörper aufgebracht wird. In ähnlicher Weise kann die zweite Schicht auf der ersten Hülse gebildet werden, und zwar über den installierten Draht, bevor die Hülse der ersten Schicht auf dem Düsenkörper installiert wird. Dieser Vorteil bietet nicht nur eine Flexibilität bei der Herstellung, sondern ermöglicht auch, dass das Drahtelement präzise auf der Hülse der ersten Schicht platziert werden kann. Zum Beispiel ermöglicht ein Legen des Drahts über die Hülse und dann Drehen der Hülse so, um den Draht auf die Hülse aufzuwickeln, eine präzise, kontrollierte Aufteilung und Variation der Aufteilung. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist derjenige, dass kein zusätzlicher Wärmebehandlungsschritt erforderlich ist, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.
Es wird in der vorstehenden Ausführungsform verständlich werden, dass, falls erwünscht, das Drahtelement 80 ebenso in dem Inneren einer Hülse der zweiten Schicht, im Gegensatz zu der Außenseite der Hülse einer ersten Schicht, vorinstalliert werden kann.
In beiden vorstehenden Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann eine Metalloberflächenschicht 98 aus Kupfer oder aus einem hoch thermisch leitenden Metall vorteilhaft auf den Düsenkörper vor einem Bilden der ersten, isolierenden Schicht aufgebracht werden, wie dies vorstehend in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben ist. Gemäß einem Aspekt wird die Oberflächenschicht durch Sprühen aufgebracht. Gemäß einem anderen Aspekt wird die Oberflächenschicht durch Aufschrumpfen einer Hülse auf den Kern 70 des Düsenkörpers 68 aufgebracht. Wie vorstehend beschrieben ist, unterstützt die Oberflächenschicht eine thermische Übertragung zwischen der Heizeinrichtung 30 und dem Düsenkörper 68.
Während die vorstehende Beschreibung die bevorzugte Ausführungsform darstellt, wird ersichtlich werden, dass die vorliegende Erfindung modifiziert und geändert werden kann, ohne den Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

Ein Spritzgießsystem, das aufweist: einen Einspritz-Verteiler (16) mit mindestens einem Verteiler-Schmelzekanal (10); mindestens eine Spritzgießdüse (22) mit einem Düsenkörper (68) und einer Düsenspitze (74), der Düsenkörper (68) weist einen Düsenschmelzkanal (24) auf; und einen ersten elektrischen Heizer (80) der durchgängig um einen Abschnitt des Düsenkörpers (68) herum gewickelt ist, um Wärme für den Düsenschmelzekanal (24) bereitzustellen, der Abschnitt weist ein erstes Ende angrenzend an den Verteilers (16) auf und erstreckt sich zu einem zweiten Ende angrenzend an die Düsenspitze (74); dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elektrischer Heizer (90) vorgesehen ist, der durchgängig um den Abschnitt des Düsenkörpers (68) herum gewickelt ist, um Wärme für den Düsenschmelzekanal (24) bereitzustellen, und sich von dem ersten Ende angrenzend an den Verteilers (16) zu dem zweiten Ende angrenzend an die Düsenspitze (74) erstreckt, wobei der zweite Heizer (90) elektrisch unabhängig von dem ersten Heizer (80) ausgebildet ist.
Das Spritzgießsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Heizer (80) und der zweite elektrische Heizer (90) im wesentlichen um denselben Abschnitt des Düsenkörpers (68) herum gewickelt sind.
Das Spritzgießsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Heizer (90) gleichzeitig oder alternativ in bezug auf den ersten elektrischen Heizer (80) betreibbar ist.
Das Spritzgießsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Heizer (80) und der zweite elektrische Heizer (90) schraubenförmig direkt auf die äußere Oberfläche des Düsenkörpers (68) gewickelt sind.
Das Spritzgießsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Heizer (80) und der zweite elektrische Heizer (90) in dem Düsenkörper (68) eingebettet sind.
Das Spritzgießsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Heizer (90) radial über dem ersten elektrischen Heizer (80) liegend angeordnet ist, so dass der erste und zweite elektrische Heizer (80,90) im wesentlichen denselben Abschnitt der Düse (22) thermisch beeinflussen, um Wärme für den Düsenschmelzekanal (24) bereit zu stellen.
Das Spritzgießsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Heizer (80) und der zweite elektrische Heizer (90) durch ein dielektrisches Material voneinander getrennt sind.
Das Spritzgießsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Heizer (80) und der zweite elektrische Heizer (90) durch ein wärmeleitfähiges Material voneinander getrennt sind.
Das Spritzgießsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander folgenden Windungen des ersten elektrischen Heizers (80) und des zweiten elektrischen Heizers (90) am ersten und zweiten Ende des Abschnitts des Düsenkörpers (68) näher beieinander angeordnet sind und in einem zentralen Bereich des Abschnitts des Düsenkörpers (68) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Eine Spritzgießdüse (22) zur Verwendung mit einem Spritzgießsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die aufweist: einen Düsenkörper (68) mit einem Düsenschmelzekanal (24); eine Düsenspitze (74); und einen ersten elektrischen Heizer (80) der durchgängig um einen Abschnitt des Düsenkörpers (68) herum gewickelt ist, um Wärme für den Düsenschmelzekanal (24) bereitzustellen, der Abschnitt weist ein erstes Ende angrenzend an den Ver teilers (16) auf und erstreckt sich zu einem zweiten Ende angrenzend an die Düsenspitze (74); dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elektrischer Heizer (90) vorgesehen ist, der durchgängig um den Abschnitt des Düsenkörpers (68) herum gewickelt ist, um Wärme für den Düsenschmelzekanal (24) bereitzustellen, und sich von dem ersten Ende angrenzend an den Verteilers (16) zu dem zweiten Ende angrenzend an die Düsenspitze (74) erstreckt, wobei der zweite Heizer (90) elektrisch unabhängig von dem ersten Heizer (80) ausgebildet ist.