DE2155648A1

DE2155648A1 - Düse für Spritzgußmaschinen

Info

Publication number: DE2155648A1
Application number: DE19712155648
Authority: DE
Inventors: Foster Clyde Midland Mich. Bennett (V.StA.)
Original assignee: The Dow Chemical Co., Midland, Mich. (V.StA.)
Priority date: 1970-11-12
Filing date: 1971-11-09
Publication date: 1972-05-18
Also published as: BE775281A; NL7115392A; FR2113948A1; BR7107512D0; IT965598B

Description

Patentanwalt Dr. Michael Hann 635 Bad Nauheim-Burgallee 12 b

Case 15,125-F

THE DOW CHEMICAL COMPANY 929 East Main Street, Midland, Michigan, U.S.A.

Düse für Spritzgußmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsenanordnung bzw. Düse für eineSpritzgußmaschine, in welcher die Düse elektrisch beheizt wird.

In einem Spritzgußwerkzeug, insbesondere einer Heißkammervorrichtung (hot chamber machine), weist die Düse üblicherweise einen einstückigen Stahlzylinder mit einer Bohrung mit verhältnismäßig geringem Durchmesser zur Führung des geschmolzenen Metalls auf. Üblicherweise wendet man zwei Verfahren zum Erhitzen der Düsenbohrung auf die für den Metallfluß notwendige Temperatur an. Gemäß dem üblichen Verfahren richtet man eine Gasflamme gegen die Außenfläche der Düse. Ein anderes, weniger häufig angewendetes Verfahren besteht darin, daß ein elektrisches Heizelement um die Außenfläche der Düse gewickelt wird. Bei Betrieb wird die Düse entweder durch eine Gasflamme oder durch ein elektrisches Heizelement, das mit der äußeren Oberfläche in Kontakt steht, beheizt. Ein solches Erhitzen ist häufig nicht sehr vorteilhaft und ergibt oft ein Übererhitzen oder ein Untererhitzen, was längere Aufheizzelten und unregelmäßige Spritzgußteile ergibt.

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Ein besonderer Nachteil des Gasflammverfahrens besteht darin« da8 es sehr häufig in einem ungleichmäßigen Erhitzen oder Ubererhitzen der Düse resultiert· Dies verursacht vnerwünschte Auswirkungen, wie z.B. Deformation der Düse und beschädigte Düsenenddichtungen (nozzle end seals}» d.h. die gemeinsame Abdichtung, die zwischen der Düse und dein Nasenstück und der Düse und der Angußbuchse angeordnet ist. Eine Errosion der Düsenbohrung kann im Fall von Übererhitzen örtlich beschleunigt werden, insbesondere beim Spritzen von Zinn oder Aluminium.

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Elektrisches Beheizen von außen hat andere Nachteile. Z.B. wird zur Erzielung der notwendigen Wärmeübertragung zur Düsenbohrung üblicherweise eine Starkstromzufuhr benötigt; das Heizelement kann durch aus Düse oder Abdichtung leckendes Metall beschädigt werden und man benötigt zusätzlichen Raum an der Außenseite der Düse zur Anbringung des Heizelements. Andere Nachteile der beiden obengenannten Verfahren bestehen in einem hohen Prozentsatz von fehlerhaften Formungen, die durch die unzureichende Regelung der Düsentemperatur verursacht werden, und in hohen Wartungskosten für die Düse. Deshalb versucht man in der Gießereiindustrie seit vielen Jahren Heizvorrichtungen für die Düse einer Heißkammervorrichtung zu entwickeln, die schneller und wirksamer arbeiten, weniger Platz beanspruchen und nicht die Wartungsprobleme der bekannten Vorrichtungen haben.

Erfindungsgemäß wurde nun eine verbesserte Düse zur Verwendung im Metallspritzgußverfahren entwickelt, die von innen beheizt wird. Die erfindungsgemäße Düse weist ein zylindrisches Kernstück mit einer axialen. Bohrung, die eine Führung für geschmolzenes Metall schafft, ein Heizelement mit elektrischem Widerstand, das in engem Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Kernstücks steht und eine Manschette, deren Innenwandoberfläche mit der äußeren Oberfläche des Kernstücks direkt in Berührung (face to face) steht wad das Heizelement umschließt, auf«

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Bevorzugt ist das Heizelement in einer spiralförmigen Ausnehmung an der äußeren Oberfläche des Kernstücks angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die .,Vin-

an der Ausgängsseite düngen der spiralförmigen Ausnehmung/aes KernstücSs enger aneinander angeordnet. Es ist wünschenswert, daß die Düse mit einer wärmeempfindlichen Vorrichtung ausgerüstet ist, die mit dem Kernstück in Berührung steht.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein verbessertes Verfahren zum Beheizen einer Düse für das Metallspritzgußverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Düse von innen beheizt, indem man einem Widerstandsheizelement; elektrische Energie zuführt, das auf einem zylindrischen Kernstück, welches innerhalb eines Manschettenglieds der Vorrichtung angeordnet ist, vorgesehen ist.

Bo bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Düse mit Innenbeheizung für eine Metallspritzgußvorrichtung. Der innere Teil der Düse ist als ein Kernabschnitt ausgebildet, der einen zylindrischen Teil mit einer axialen Bohrung in Längsrichtung zur Führung des geschmolzenen Metalls durch die Düse aufweist. An der äußeren Oberfläche des zylindrischen Teils ist ein Heizelement so angeordnet, daß es in enger und kontinuierlicher Berührung mit dem Kernabschnitt steht/Der äußere Teil der Düse weist einen Manschettenteil auf, der das Heizelement und den Kernabschnitt umschließt, wobei die Oberfläche der Innenwand der Manschette in direkter Berührung mit der Oberfläche der Außenwand des Kernabschnitts in Berührung steht. Die Temperatur des Kernteils kann mit Hilfe eines Temperaturfühlers' geregelt werden, der in Berührung mit dem Kernabschnitt steht und mit einer Kraftquelle verbunden ist, die das Heizelement mit Energie versorgt·

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert, wobei Fig. 1 eine Seitenansicht,

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überwiegend aufgebrochen, einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse darstellt, wobei die Düse in Arbeitsstellung in einer Heißkaramer-Spritzgußvorrichtung gezeigt ist. Fig. 2 . stellt einen Querschnitt der Düsenanordnung bei Linie 2-2 von Fig. 1 dar.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düsenanordnung 10 dargestellt. Grundsätzlich besteht die Düsenanordnung aus einer zweiteiligen Einheit, die ein Kernstück 11 und einen Manschettenteil 12 aufweist. Im Kernstück ψ ist ein zylindrischer Teil mit einer axialen Bohrung 13 in Längsrichtung vorgesehen, wobei die Bohrung die Führung für geschmolzenes Metall durch die Düsenanordnung darstellt. Das Kernstück 11, wie auch der Manschettenteil 12 sind aus bekannten metallischen Materialien hergestellt, vorzugsweise aus einem Stahltyp, der üblicherweise zur Herstellung von Düsen für Spritzgußvorrichtungen verwendet wird.

Ein elektrisches Heizelement 14 ermöglicht das Beheizen des Kernstücks 11 auf eine Temperatur, die das Fließen des Metalls durch die Bohrung 13 ermöglicht. Vorzugsweise wird ein übliches elektrisches Kleinelement verwendet, das allgemein als biaxiales fe Heizkabel (re-entrant cable) bezeichnet wird. Üblicherweise umfassen solche Heizkabel ein Widerstandsdrahtelement, das mit einer Magnesiumoxidisolierung umgeben ist, und von einem Metallmantel umgeben wird. Das Heizkabel 14 ist vorzugsweise in einer spiralförmigen Ausnehmung an der Oberfläche der Außenwand des Kernstücks 11 angeordnet, so daß das Kabel in enger und kontinuierlicher Berührung mit dem Kernstück steht.

In dieser Ausführungsform stellt das Heizkabel dabei ein inneres Heizsystem.für die Düsenanordnung 10 dar. Ein anderer Vorteil der innenbeheizten Düsenanordnung wird bei bestimmten Arbeitsvorgängen bei Spritzgußverfahren erzielt, bei denen

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lange Düsen für ein tiefes Eindringen in die fest gelagerte Formfläche (die face) benötigt werden. Bei Anwendung von bekannten Heizmethoden an der Außenseite der Düse ist es praktisch unmöglich, die ganze Oberfläche einer besonders langen Düse zu beheizen. Im Gegensatz dazu ermöglicht es die erfindungsgemäße innenbeheizte Düse, fast alle Düsen einer annehmbaren Länge bequem zu beheizen.

Wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, paßt das Kernstück 11 in den Manschettenteil 12, so daß die Oberfläche der Innenwand des Manschettenteils das Heizkabel 14 umschließt und in direkter Berührung mit der Oberfläche der Außenwand des Kernstücks ist. Die Düsenanordnung ist für hohe Temperaturen geeigneten Isoliermaterial 16 isoliert, das den Manschettenteil 12 bedeckt. Eine Ausnehmung 17 für ein Thermoelement befindet sich in der Wand des Manschettenteils 12 nahe der Einführungsstelle für das Metall in die Bohrung 13 im Kernstück 11 (am rechten Ende gemäß Fig. 1). Genauer gesagt reicht das untere Ende der Auskehlung ein kurzes Stück in die Oberfläche der Außenwand des Kernstücks 11 an einem Punkt zwischen benachbarten, durch das Heizkabel 14 gebildeten Windungen. Während des Spritzgußverfahrens wird (ein nicht abgebildeter) Thermoelementfühler in die Auskehlung 17 für das Thermoelement eingeführt. Ist die Vorrichtung in Betrieb, dann sind die temperaturempfindlichen Leiter des Thermoelements in Berührung mit der Oberfläche der Außenwand des Kernstücks 11 am unteren Ende der Auskehlung-17·

Das Thermoelement in der Auskehlung 17 ist mit einer Energiequelle verbunden (die nicht abgebildet ist, aber im Folgenden näher erläutert wird), die den Strom zum Heizkabel 14 liefert. Auf diese Art und Weise ist das Bedienungspersonal in der Lage, die Temperatur im Kernstück 11 genau zu regeln, um so den gewünschten Metallfluß durch die Bohrung 13 zu erhalten. Wie aus Fig. 1 zu ersehen, führt das Verbindungsende des Heizkabels

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aufwärts durch einen länglichen Schlitz 18 im Kernstück 11 und der Isolierhülle 16 und stellt die Verbindung mit einem Endadaptor 14a her. Die elektrischen Leitungen 14b des Adaptors I4a sind jeweils an eine (nicht abgebildete) Wechselstromquelle angeschlossen.

Eine typische praktische Anwendung der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung ist das Spritzgießen einer Magnesiumlegierung in einer Heizkammervorrichtung. In der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform ist deshalb die Düsenanordnung so gezeigt, wie sie betriebsbereit in einer Heizkammervorrichtung vorliegen würde. Um die Erläuterung zu vereinfachen, sind nur die Teile der Spritzgußvorrichtung abgebildet, die die Umgebung der Düsenanordnung darstellen. In der gezeigten Stellung ist die Düse 10 in einer Öffnung des fest angeordneten Stücks (platen) der Spritzgußvorrichtung vorgesehen. Der Fluß des geschmolzenen Metalls, der in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, führt durch die Bohrung des Anschlußstücks 20 und des Nasenstücks 21 in die Bohrung 13 des Kernstücks 11. Nach dem Austritt aus der Bohrung 13 fließt das Metall durch die Angußbuchse (sprue bushing) 22 in die fest angeordnete Form 23.

Beim Spritzgießen von Magnesiumlegierungen wird die Düsentemperatur auf 650°C gehalten. Die Stromzufuhr für das Heizkabel 14 erfolgt durch einen 10 kva-Transformator, um so Volt Spannung zu erhalten. Bei dieser Spannung ergibt sich eine Stromstärke von 9 A für das Heizkabel mit einer Leistung von 1170 Voltampdre. Ein bevorzugtes (nicht abgebildetes System) zur Regulierung der Düsentemperatur ist ein sogenannter Festkörper-Proportional-Temperaturregler· Ein solches Regelsystem weist einen vierstelligen Wählregler (four-digitdial control) und einen Silizium-Gleichrichter auf, im folgenden SCR-Einheit genannt.

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Beim Beginn eines Arbeitsvorgangs wird die gewünschte Düsentemperatur auf der Skala des Reglers auf 65O°C eingestellt. Der Regler, der einen Millivoltimpuls vom Thermoelementfühler in der Ausnehmung 17 erhält, gibt diesen an die SCR-Einheit weiter, damit der Strom in das Heizkabel 14 fließt. Wenn sich die Anzeige des Thermoelements dem auf dem Regler eingestellten Wert nähert, signalisiert dieser der SCR-Einheit, die Stromzufuhr zu drosseln. Wenn die tatsächliche Temperatur des Kernstücks 11 sich dem eingestellten Wert nähert, signalisiert der Regler der SCR-Einheit, nur soviel Energie zuzuführen, daß die Temperatur konstant auf 650⁰C gehalten wird. Obwohl bei Druchführung des vorliegenden Verfahrens in der Praxis jeder übliche Ein/Aus- oder zeitproportionale Temperaturregler verwendet werden kann, wird doch das oben beschriebene proportionale Regelsystem bevorzugt angewendet. Der proportionale Regler hat gewisse Vorteile gegenüber den anderen oben erwähnten Systemen, wie z.B. eine exaktere Temperaturregelung und eine längere Lebenszeit des Thermoelements.

Noch einmal Bezug nehmend auf Fig. 1 wird festgestellt, daß die Oberfläche 15 der inneren Wand des Manschettenteils 12 an der Oberfläche der Außenwand des Kernstücks 11 mittels einer leichten kontinuierlichen Metallschweißnaht 24 angebracht ist. Dies soll das Auswechseln des Heizkabels 14 erleichtern. Wenn •ein neues Heizelement benötigt wird, wird die Schweißraupe entfernt, so daß das Kernstück 11 aus dem Manschettenteil 12 · gezogen werden kann. Nachdem ein neues Heizelement auf das Kernstück 11 angebracht wurde, wird erneut verschweißt, um Kernteil und Manschettenteil zusammenzuhalten. Eine weit wichtigere Funktion des Manschettenteils 12 ist die als Trägerelement für das Kernstück 11. Der im Kernstück 11 durch den geschmolzenen Metallfluß erzeugte innere Druck kann 140 bis 250 kg/cm betragen. Der Manschettenteil 12 muß daher stabil

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genug konstruiert sein, damit er eine ausreichende Festigkeit besitzt, um ein durch den hohen Innendruck verursachtes Platzen des Kernstücks 11 zu verhindern.

Ein anderes Merkmal der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung ist eine verbesserte Regelung der Temperatur am "freeze-off-Punkt. Der "freeze-off-Punkt ist der Punkt, an dem das Metall das Ausgangsende der Bohrung 13 verläßt und in die Bohrung der Angußbuchse 22 fließt. An dieser Stelle muß das Metall in der Bohrung 13 in geschmolzenem Zustand bleiben. Wenn jedoch das Metall in die Angußbuchse 22 fließt, muß es sich unter Bildung des Angußkegela (casting sprue) verfestigen. In der Praxis fand man, daß eine wesentliche Wärmemenge an die Angußbuchse 22 verloren geht, insbesondere am Beginn eines Arbeitsvorgangs. Wenn der Wärmeverlust zu groß ist, dann kann die Temperatur am Metallausgang am Ende der Bohrung 13 unter den Wert fallen, der als eine gute "freeze-off"-Temperatur gilt.

Zur Erleichterung dieses Problems können die Schleifen der spiralförmigen Ausnehmung im Kernstück 11 am Metallausgang am Ende des Kernstücks näher zueinander angeordnet sein. Dies vermindert den Abstand der Windungen des Heizkabels (siehe auch Fig. 1). Auf diese Art und Weise wird dem Metallausgang am Ende der Düsenvorrichtung mehr Wärme zugeführt. Der Grad der Verminderung des Abstands der Heizkabelwindungen und der Punkt im Kernstück 11, an dem der Abstand geändert wird, sind nicht entscheidend. Ein bestimmender Faktor dafür ist die Menge zusätzlich benötigter Wärme in der Düsenanordnung, je nach dem bestimmten Arbeitsvorgang. Als eine Hilfe zur Regelung der Temperatur am "freeze-off-Punkt, kann ein zweites Thermoelement (das nicht abgebildet ist) in einer Ausnehmung 25 angeordnet werden, die sich im Kernstück 11 direkt über dem Metallausgang am Ende der Bohrung 13 befindet.

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Claims

Patentansprüche

1.) Düsenanordnung (10) für eine Spritzgußvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zylindrisches Kernstück (11) mit axialer Bohrung (13) zur Führung für das geschmolzene Metall·, ein elektrisches Widerstandsheizelement (14), das in enger Berührung mit der äußeren Oberfläche des Kernstücks (11) steht und ein Manschettenteil (12), das in direkter Berührung mit der äußeren Oberfläche des Kernstücks (11) steht und das Heizelement (14) umschließt, aufweist.

2.) Düsenanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (14) in einer spiralförmigen Ausnehmung an der äußeren Oberfläche des Kernstücks (11) angeordnet ist.

3.) Düsenanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen der spiralförmigen Ausnehmung nahe dem Ausgang des Kernstücks (11) enger zueinander angeordnet sind.

4.) Düsenanordnung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine temperaturempfindliche Vorrichtung in Berührung mit dem Kernstück (11) aufweist.

5.) Verfahren zur Beheizung der Düsenanordnung gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse durch Zuführen von elektrischer Energie zu einem Widerstandsheizelement, das auf einem zylindrischen Kernstück innerhalb eines Manschettenteils der Anordnung vorgesehen ist, von innen beheizt wird«

Der Patentanwalt: 209 821/0659

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