DE3881556T2

DE3881556T2 - Einspritzduese und herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE3881556T2
Application number: DE8888104195T
Authority: DE
Inventors: Jobst Ulrich Gellert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2008-03-17
Also published as: ES2043704T3; EP0283001B1; ATE90252T1; CN88101353A; EP0283001A2; CA1264009A; JPH0482094B2; DE3881556D1; EP0283001A3; CN1016149B; JPS63254019A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer integralen beheizten Spritzgießdüse gemäß der Präambel von Anspruch 1. Ein derartiges Verfahren ist aus EP-A-167977 bekannt.
Das Gießen von spiralförmigen Heizelementen aus Kupfer in einer Spritzgießdüse ist ein in der Technik bekanntes Verfahren. So zeigt beispielsweise das U.S.-Patent No. 4,238,671 des Anmelders mit dem Titel "Sprue Bushing with Cast in Heater Element" (Anbringen von Eingußbuchse mit Gußstück an Heizelement), das am 9. Dezember 1980 veröffentlicht wurde, ein spiralförmiges Heizeleinent, das um einen hochfesten, korrosionbeständigen inneren Kernabschnitt gegossen wird, durch den der Schmelzekanal verläuft. Eine Verbesserung dieses frühen Verfahrens wird im U.S.- Patent No. 4,355,460 des Anmelders mit dem Titel "Sprue Bushing and Method of Manufacture" (Eingußbuchse und Herstellungsverfahren) dargestellt, das am 26. Oktober 1982 veröffentlicht wurde, sowie im Patent 4,386,262 8 (Ausscheidungsanmeldung) mit dem Titel "Sprue Bushing with Cast in Electrical Heating Element" (Anbringen von Eingußbuchse mit Gußstück an elektrischem Heizelement), das am 31. Mai 1983 veröffentlicht wurde. In diesen Patenten wird das spiralförmige Heizelement in einen Kupferabschnitt zwischen dem inneren Kernbereich und einer äußeren Hülse eingegossen. Weitere Verbesserungen sind im U.S.-Patent No. 4,403,405 mit dem Titel "Sprue Bushing Connector Assembly Method" (Verfahren zur Montage eines Eingußbuchsen-Verbindungsstück) dargestellt, das am 13. September 1983 veröffentlicht wurde, sowie im Patent 4,446,360 (Auscheidungsanmeldung) mit dem Titel "Sprue Bushing Connector Assembly" (Montage eines Eingußbuchsen-Verbindungsstücks), das am 1. Mai 1984 veröffentlicht wurde, die speziell das Abdichten um den Kaltanschlusses des Heizelementes unter Verwendung einer Federringanordnung betreffen. Obwohl die in allen obenerwähnten Patenten geoffenbarten Düsen den Vorteil haben, daß das Heizelement in Kupfer eingegossen wird, das die Wärme schnell verteilt, hat sich herausgestellt, daß sie auf bestimmten Anwendungsgebieten einige Nachteile haben. Zunächst ist es bei der steigenden Nachfrage im Hochtemperatur- und Hochdruckbereich nicht möglich, die erforderliche Berstfestigkeit zu gewährleisten, ohne den Außendurchmesser der Düsen zu vergrößern, was bei einigen Formhohlraumanordnungen nicht akzeptabel ist. Mindestanforderung an die Berstfestigkeit von 3445 bar (50,000 psi) sind heutzutage durchaus verbreitet und dies ist ein Problem, da der Kupferbereich um das Heizelement relativ schwach ist und kaum zur Festigkeit beiträgt. Zweitens ist es wünschenswert, daß die Windungen des Heizelementes genau in der Düse ausgerichtet sind. Darüberhinaus ist es, da es gewöhnlich an den Düsenenden zu höheren Wärmeverlusten kommt als in der Mitte, wünschenswert, daß die Steigung des Heizelementes sich über die Länge der Düse entsprechend einem vorgegebenen Muster je nach Anwendungsbereich ändert. Dies hat sich bei diesen bisherigen Düsen als unmöglich erwiesen, bei denen der mittlere Kern in das spiralförmige Heizelement eingesetzt wird, das dann in Kupfer eingegossen wird.
In jüngster Zeit hat der Antragsteller zur Lösung einiger dieser und anderer Probleme eine Düse geschaffen, mit der ein Heizelement in einem spiralförmigen Kanal in der Außenfläche des Düsenkörpers hartgelötet wird. Dies wird im U.S Patent No. 4,557,685 des Anmelders mit dem Titel "Heated Nozzle for Injection Molding Apparatus" (Beheizte Düse für Spritzgießvorrichtung) dargestellt, das am 10. Dezember 1985 veröffentlicht wurde (entspricht EP-A-0 167 977) und im Patent 4,583,284 (Auscheidungsanmeldung) mit dem Titel "Method of Manufacture of Injection Molding Heated Nozzle with Brazed in Heating Element" (Verfahren zur Herstellung einer beheizten Düse zum Spritzgießen mit hartgelötetem Heizelement", das am 22.April 1986 veröffentlicht wurde. Dies hat sich jedoch als nicht völlig zufriedenstellend erwiesen, da die Nickel-Hartlötverbindung nicht gleichmäßig durch den gesamten spiralförmigen Kanal fließt und somit der Kontakt zwischen dem Heizelement und dem Körper nicht über die gesamte Länge gleichmäßig ist.
Schließlich ist eine weitere Eingußbuchse und ein Verfahren zur Herstellung derselben in EP-A-0 069 997 des Anmelders dargestellt. In diesem Fall ist das Heizelement vollständig in einem Berriliumbronze-Bereich eingebettet, wofür erheblicher Platz zwischen einem inneren Bereich, der die Schmelzbohrung bildet, und einer äußeren Hülse erforderlich ist, was den Nachteil hat, daß der Gesamtdurchmesser der Düse erheblich vergrößert wird. Auch hinsichtlich einer relativ großen Wärmeableitung von dem Berilliumbronze-Bereich ist eine solche Eingußbuchse nicht völlig zufriedenstellend.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, wenigstens teilweise die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, indem eine verbesserte Spritzgießdüse und ein Verfahren geschaffen wird, bei dem ein elektrisches Heizelement in eine spiralförmige Nut mit einem vorgegebenen Profil vakuumgegossen wird, so daß Heizelement vollständig mit einer Mindestdicke Kupfer bedeckt wird.
Zu diesem Zweck schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer integralen, beheizten Spritzgießdüse mit den Schritten der Ausbildung eines langgestreckten Stahlkörpers, der eine zentrale Schmelzebohrung und einen Spiralkanal aufweist, um in diesem ein Heizelement aufzunehmen, wobei der Spiralkanal sich entlang einer äußeren zylindrischen Oberfläche des Stahlkörpers erstreckt, des Einwickelns eines elektrisch isolierten Heizelementes in den Kanal, mit einem Ende in diesem befestigt benachbart zum vorderen Ende des Stahlkörpers und einem Kaltanschluß des Heizelementes am gegenüberliegenden Ende, der sich von dem Spiralkanal benachbart zum hinteren Ende des Stahlkörpers aus erstreckt, des Auftragens eines Kupfer-Hartlotmaterials und des Vakuumgießens der Anordnung, um das Heizelement im dem Spiralkanal vollständig zu bedecken und eine integrale Bindung zwischen dem Heizelement und dem Stahlkörper auszubilden, und des abschließenden Bearbeitens der integralen Düse, um die gewünschte Form und Oberflächenendbearbeitung derselben herzustellen, sowie die weiteren Schritte des Anordnens einer Stahl-Kopfplatte auf dem Kopf des Körpers, wobei die Kopfplatte eine durchgehende Mittelöffnung aufweist, die den Kopf des Stahlkörpers in einer Position aufnimmt, so daß der Teil des Spiralkanals bedeckt ist, der sich rund um den Kopf erstreckt, wobei die Kopfplatte eine Bohrung aufweist, die sich radial durch diese hindurch von der Mittelöffnung aus erstreckt, um das Ende des Heizelementes, das den Kaltanschluß besitzt, aufzunehmen, wodurch die Kopfplatte auf dem Kopf des Körpers leicht gedreht werden kann, um eine vorgegebene Länge des Heizelements zu schaffen, das von dieser vorsteht und um leichte Schwankungen im Einwickeln des Heizelementes in dem spiralkanal auszugleichen, des Einsetzens eines vorderen Endes des Stahlkörpers in eine Stahlhülse in eine Position, in der die Hülse den Spiralkanal zwischen dem Kopf und dem vorderen Ende des Stahlkörpers bedeckt, wobei die Hülse einen Innendurchmesser aufweist, der nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der äußeren Oberfläche des Körpers, wodurch das Kupfer-Hartlotmaterial entlang des Heizelementes fließt, um den Spiralkanal unterhalb der Hülse und unterhalb der Kopfplatte zu füllen, um das Heizelement vollständig in dem Spiralkanal mit minimaler Tiefe zu bedecken, des Abdichtens der Verbindungsstel len rund um die Hülse und rund um die Kopfplatte und des Abdichtens rund um den Kaltanschluß, um eine wesentliche Leckage zu verhindern und des Befestigens eines Füllreservoirs in Verbindung mit dem Spiralkanal und des Einsetzens einer vorbestimmten Menge Kupfer in das Füllreservoir, wobei die abschließende Endbearbeitung der integralen Düse die Beseitigung des Füllreservoirs mit umfaßt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Abschnitt eines Mehrfachanguß-Spritzgießsystems mit Düsen zeigt, die gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden;
Fig. 2 ist eine auseinandergezogene isometrische Darstellung, die einige der Schritte bei der Herstellung der in Fig. 1 abgebildeten Düse zeigt;
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, die die am Körper der Düse befindliche Füllröhre zeigt;
Fig. 4 stellt eine Partie zusammengesetzter Einheiten vor der Einführung in einen Vakuumofen dar; und
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die Fig. 1 ähnelt und eine Düse darstellt, die gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung hergestellt wurde.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Mehrfachanguß-Spritzgießsystem mit innenbeheizter Düse mit einer Anzahl von Düsen 10, die alle in einem Kanal 12 in einer Formhohlraumplatte 14 sitzen. Jede Düse 10 wird mittels Bolzen 20, die sich durch Löcher 22 in der Düse 10 in die Formhohlraumplatte 14 erstrecken, fest an der Unterseite 16 eines länglichen Verteilers 18 gehalten. Der Verteiler 18 wird in Bezug auf die Formhohlraumplatte 14 mit einem Stellring 24 ausgerichtet, der mittig zwischen ihnen sitzt, und hat eine Schmelzebohrung 26, die sich von einer mittleren Einlaßöffnung 28 längs verzweigt. Die Schmelzebohrung 26 im Verteiler 18 führt zu einer Auslaßöffnung 30 an der Unterseite 16, die mit einer Mittelbohrung 32 durch die Düse 10 fluchtend ist. Bei dieser Ausführung hat die Mittelbohrung 32 eine vergrößerte Mundstücksöffnung 34 an ihrem vorderen Ende 36 mit Gewindegängen 38 zu lösbaren Aufnahme von Spitzeneinsatz 40. Der Spitzeneinsatz 40 hat eine konische Mittelbohrung 42, die mit der Mittelbohrung 32 und einem zylindrischen Nasenabschnitt 44 fluchtend ist, der in einer Öffnung 46 durch den Kern 14 aufgenommen wird, und sich am vorderen Ende 36 der Düse befindet. Wie zu sehen ist, hält der Spitzeneinsatz 40 eine Torpedobaugruppe 48 fest in ihrer Stellung, wobei sich ein länglicher Torpedo 50 in der Bohrung 42 erstreckt, die einen Anguß 52 an einem Angußkanal 53 bildet, der zum Formhohlraum 54 führt. Wie im U.S.-Patent No. 4,450,990 des Anmelders mit dem Titel "Improved Injection Molding Hot Tip Seal" (Verbesserte Abdichtung einer beheizten Düse zum Spritzgießen), das am 29. Mai 1984 veröffentlicht wurde, beschrieben ist, hat der Torpedo einen äußeren Abschnitt 56, der aus Schnellstahl besteht und damit verschleiß- und korrosionsbeständig ist, und einen inneren Abschnitt 58, der aus Kupfer besteht und hochleitend ist, und so den Wärmefluß zum Bereich des Angusses 52 verbessert.
Die Düse hat eine allgemein zylindrische äußere Oberfläche 60 und eine vergrößerte Kopfplatte 62 am hinteren Ende 64, durch die die Schraubenlöcher 22 verlaufen. Die Düse wird mit einem elektrischen Heizelement 66 beheizt, das in Kupfer 68 in einem Spiralkanal 70 an der äußeren Oberfläche 60 eingegossen ist. Bei dieser Ausführung besteht das Heizelement 66, wie im U.S.-Patent No. 4,557,685 des Anmelders beschrieben, aus Doppeldraht, wobei ein Heizdraht 72 aus Chromlegierung durch ein feuerfestes Pulver-Isoliermaterial 74, wie verdichtetes Magnesiumoxidpulver in einem Stahlmantel 76 verläuft. Das Heizelement 66 hat einen vergrößerten Kaltanschluß 78, der aus der Kopfplatte 62 vorsteht und an eine geeignete gesteuerte Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Verteiler 18 wird von einem elektrischen Heizelement 80 beheizt, das, wie im Kanadischen Patent No. 1,174,020 des Anmelders mit dem Titel "Injection Molding Manifold Member and Method of Manufacture" (Verteilerelement zum Spritzgießen und Verfahren zur Herstellung) beschrieben, das am 11. September 1984 veröffentlicht wurde, in dieses eingegossen ist. Die Formhohlraumplatte 14 wird mit Kühlwasser gekühlt, das auf herkömmliche Weise durch Kühlleitungen 82 gepumpt wird. Die Düse 10 ist, wie bekannt, um den Wärmeverlust zur gekühlten Formhohlraumplatte 14 zu verringern, mittels einer Isolierbuchse 84 angebracht, die auf einer Schulter 86 sitzt und einen isolierenden Luftraum 88 zwischen ihnen schafft. Auf ähnliche Weise schafft der Stellring 14 einen isolierenden Luftraum 90 zwischen dem heißen Verteiler 18 und der gekühlten Formhohlraumplatte 14. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, ist ein Thermoelement 92 so installiert, daß es durch den Luftraum 88 verläuft und die Temperatur am Heizelement 66 mißt.
Im folgenden werden die Schritte zur Herstellung der Düsen gemäß der ersten Ausführung der Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2, 3 und 4 beschrieben.
Ein länglicher Körper 94 wird aus einem Werkzeugstahl, wie H13, hergestellt und hat eine allgemein zylindrische äußere Oberfläche 60 mit einem vergrößerten Kopf 96 am hinteren Ende 64. Der Kopf 96 hat eine konische äußere Oberfläche 98, und ein Spiralkanal 70 ist in die äußere Oberfläche 60 gearbeitet. Wie zu sehen ist, verläuft dieser Kanal 70 zum Kopf 96, wo er tiefer geschnitten ist und so durchgängig einen gleichmäßigen Innendurchmesser aufweist, und die obere Nut 100 am hinteren Ende 64 verläuft kreisförmig und nicht diagonal um den Kopf 96. Eine Mittelbohrung 32 wird durch den Körper 94 gebohrt und dient als Schmelzekanal, wobei klar ist, daß es beim Einsatz mit großen Volumen wünschenswert ist, daß der Durchmesser der Mittelbohrung 32 im Verhältnis zum Außendurchmesser der Düse so groß wie möglich ist. Ein kleiner Einfüllkanal 102 wird so gebohrt, daß er zwischen dem hinteren Ende 64 und der oberen Nut 100 des Spiralkanals 70 verläuft. Die Mittelbohrung 32 ist, wie oben beschrieben, am vorderen Ende 36 vergrößert und bildet ein Mundstück 34, das mit Gewinde versehen ist und den Spitzeneinsatz 40 mit der Torpedobaugruppe 48 aufnimmt.
Das elektrische Heizelement 66 ist in den Spiralkanal 70 gewunden und beginnt mit einem Ende 104, das am vorderen Ende 36 des Körpers 94 im Kanal 68 befestigt ist. Obwohl das Ende 104 mittels Punktschweißen befestigt werden kann, läßt sich dies leichter ausführen, indem die Ränder des Kanals mittels eines speziellen Stempels gepreßt werden. Das andere Ende des Heizelementes 66 steht aus dem Kanal 68 am hinteren Ende 64 mit einem Kaltanschluß 78 vor, aus dem sich Anschlußdrähte 106 erstrecken. Bei dieser Ausführung sind zwei Wicklungen des Heizelementes 66 in der letzten Nut 100 gewunden, um den vergrößerten Kopf 96 zusätzlich zu beheizen.
Eine Kopfplatte 62 wird aus Werkzeugstahl, wie beispielsweise H13, mit einer Mittelöffnung 108 mit einer konischen inneren Oberfläche 110 hergestellt, die in die konische äußere Oberfläche 98 des Kopfes 96 paßt. Ein Loch 112 wird von der Mittelöffnung 108 radial nach außen gebohrt und ist groß genug, um den Kaltanschluß 78 des Heizelementes 66 aufzunehmen. Schraubenlöcher 22 werden ebenfalls in die Kopfplatte 62 gebohrt und nehmen die Schrauben 20 zur Befestigung der Düse 10 am Verteiler 18 wie oben beschrieben auf. Der Kaltanschluß 78 wird durch die Radialbohrung 112 von innen eingeführt, wenn die Kopfplatte 62 auf den Kopf 96 des Körpers 94 aufgesetzt wird. Die konische innere Oberfläche 110 der Mittelbohrung 108 stößt an die passende äußere konische Oberfläche 98 des Kopfes 96 an und richtet die Kopfplatte 62 genau in der Stellung aus, in der sie den Abschnitt des Heizelementes 66 in der oberen Nut 100 abdeckt. Wenn das Heizelement 66 in den Spiralkanal 70 gewunden wird, wird dies sorgfältig getan, um zu gewährleisten, daß sich das Element auf seiner gesamten Länge vollständig im Kanal befindet. Es ist jedoch, egal wie sorgfältig dies auch getan wird, nicht möglich, wiederholt die gleiche Länge des Heizelementes in den Kanal zu winden. Für jede Düse mit besonderen Maßen werden die Heizelemente mit der gleichen Länge hergestellt, und es ist klar, daß es wichtig ist, daß bei jeder Düse eine gleiche Länge des Heizelementes in den Kanal gewunden wird, um gleichbleibende Heizeigenschaften zu gewährleisten. Dies wird beim vorliegenden Verfahren dadurch erreicht, daß das Heizelement 66 fest im Spiralkanal 70 angezogen wird und die Kopfplatte 62 im Uhrzeigersinn am Kopf 96 des Körpers 94 gedreht wird, bis eine vorgegebene Länge des Heizelementes mit dem Kaltanschluß 78 aus dem Loch 112 vorsteht. Eine Kaltanschlußhülse 114 wird dann über den vorstehenden Kaltanschluß 74 geführt, wobei ein Ende um das Loch 112 in der Kopfplatte 62 aufsitzt.
Ein Kragen 116 aus rostfreiem Stahl wird an ein Ende 118 einer zylindrischen Hülse 120 aus rostfreiem Stahl lasergeschweißt. Das vordere Ende 36 des Körpers 94 wird dann in sie eingeführt, bis der Kragen an der Unterseite 122 des Kopfes 96 und der Kopf platte 62 in einer Stellung anstößt, in der er die Verbindungsstelle zwischen den konischen Oberflächen 98 und 110 bedeckt. Die Hülse 120 hat einen Innendurchmesser, der nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der zylindrischen äußeren Oberfläche 60 des Körpers 94. So bedeckt die Hülse 120 den Spiralkanal 70 zwischen dem Kopf 96 und dem vorderen Ende 36. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die Kopfplatte 62, Kaltanschlußhülse 114, Kragen 116 und Hülse 120 an der mit 124 gekennzeichneten Stelle lasergeschweißt, damit sie aneinander gehalten werden und die Verbindungsstellen zwischen ihnen und dem Körper 94 abgedichtet sind, um ein Austreten von Kupfer zu verhindern.
Ein Füllreservoir 126 mit offenem Ende ist am hinteren Ende 64 des Körpers 94 angeschweißt, um es gegen Undichtheit von einer Auslaßöffnung abzudichten, die zum Einfüllkanal 102 führt. Ein Rohling 128 einer vorgegebenen Menge Kupfer wird in das Füllreservoir 126 eingeführt, und in dieser senkrechten Stellung wird die Anordnung in einen Vakuumofen 130 eingeführt. Bei dieser Ausführung wird der Ofen, während er allmählich auf eine Temperatur von ungefähr 1027ºC (2050ºF) erhitzt wird, bis zu einem relativ hohen Vakuum ausgepumpt, um im wesentlichen den gesamten Sauerstoff zu entfernen. Bevor jedoch die Schmelztemperatur von Kupfer erreicht ist, wird das Vakuum verringert, indem es teilweise mit einem inerten Gas, wie Argon oder Stickstoff, wiedergefüllt wird, um ein Verdampfen des Kupfers zu vermeiden. Wenn der Rohling 128 aus Kupfer in dem Teilvakuum schmilzt, läuft es durch den Einfüllkanal 102 in den Spiralkanal 70, im Spiralkanal entlang und füllt ihn um das Heizelement völlig mit Kupfer aus. Es ist klar, daß der Kanal 70 bis an die umgebende Hülse 120 mit Kupfer ausgefüllt wird, was eine Mindesttiefe an Kupfer über dem Heizelement 66 gewährleistet, die ausreicht, um Wärme von Heizelement gleichmäßig über dessen Länge abzuleiten. Während einerseits eine ausreichende Bedeckung mit Kupfer gewährleistet wird, wird bei diesem Verfahren andererseits auch die Dicke des Stahls des Körpers 94, die zwischen der Mittelbohrung 32 und dem Spiralkanal verbleibt, auf ein Höchstmaß vergrößert, um ausreichende Berstfestigkeit zu erhalten. So kann bei speziell erforderlichen Berstfestigkeiten der Durchmesser der Mittelbohrung 32 im Verhältnis zum Außendurchmesser der Düse recht groß sein. Das Gießen des Kupfers in einem Teilvakuum erzeugt eine metallurgische Bindung des Kupfers an der Ummantelung 76 des Heizelementes 66 und am Körper 94 der Düse. Damit wird eine integrale Konstruktion geschaffen, die Wärme von Heizelement wirkungsvoll überträgt und sie gleichmäßiger über die Mittelbohrung 32 verteilt. Wie zu sehen ist, verändert sich die Steigung oder das Profil des Heizelementes 66 über seine Länge und erzeugt mehr Wärme an den Enden der Düse als in der Mitte, wo der Wärmeverlust geringer ist. Dieses Profil wird bei jeder speziellen Anwendung genau angepaßt, indem das Profil des Spiralkanals 70 verändert wird, der in die äußere Oberfläche 60 des Körpers 94 geschnitten wird.
Nachdem die Düsen abgekühlt und aus dem Vakuumofen entnommen worden sind, werden die Düsen bearbeitet, um die Füllröhre 126 zu entfernen und die gewünschte Form und Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen. Bei dieser Ausführung werden auch die Hülse 120 und ein Teil des Kragens 116 abgearbeitet, um den Außendurchmesser der Düse zu verringern. Wenn der Außendurchmesser nicht von Belang ist, muß die Hülse 120 nicht entfernt werden. Vor der Verwendung wird, wie bereits beschrieben, ein Spitzeneinsatz 40 in das Mundstück 34 eingeschraubt und damit die Torpedobaugruppe 48 eingesetzt.
Wenn der Körper 94 hergestellt wird, wird, wie in Fig. 1 und 3 dargestellt, ein Kanal 132 in die äußere Oberfläche 60 gebohrt, der mit dem Spiralkanal 70 am vorderen Ende 36 in Verbindung steht. Wenn das Kupfer im Vakuumofen 130 gegossen wird, läuft es durch den Spiralkanal 70 und füllt auch den Kanal 132. Nachdem die Hülse 120 abgearbeitet worden ist, wird ein Loch 134 in dieses Kupfer gebohrt, um das Thermoelement 92 aufzunehmen, das die Temperatur am Heizelement 66 mißt.
Im Einsatz wird, nachdem das System, wie oben beschrieben, zusammengesetzt worden ist, elektrische Spannung an die Heizelemente 66 und 80 angelegt, die den Verteiler 18 und die Düsen 10 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur erhitzen. Unter Druck stehende Schmelze aus einer Formmaschine (nicht abgebildet) wird dann nach in einem vorgegebenen Zyklus in die Mitteleinlaßöffnung 28 der Schmelzebohrung 26 des Verteilers 18 eingeleitet, von wo aus sie durch die Schmelzebohrung 26 jeder Düse 10 fließt und die Formhohlräume 54 füllt. Wenn die Formhohlräume 54 gefüllt sind, wird der Spritzdruck zum Verdichten zeitweilig gehalten und dann abgelassen. Nach einer kurzen Kühlzeit wird die Form zum Ausheben des Erzeugnisses geöffnet. Nach dem Ausheben wird die Form geschlossen, und der Spritzdruck wird wieder ausgeübt, um den Formhohlraum wieder zu füllen. Dieser Zyklus wird mit einer Frequenz kontinuierlich wiederholt, die von der Größe und der Form des Formhohlraums sowie der Art des geformten Materials abhängt.
Fig. 5 stellt eine Düse gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung in einem Nadelventil-Angußsystem dar. Da viele Bauteile mit denen der ersten Ausführung identisch sind, werden bei der Beschreibung und Darstellung der Bauteile, die beiden Ausführungen gemeinsam sind, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Bei diesem System ist jede Düse 10 an einem versetzten Verteilerblock 136 angebracht, der mit einer gewünschten Ausrichtung an der Seite 138 des Verteilers 18 angebracht ist. Jeder versetzte Verteilerblock 136 hat einen Schmelzekanal 140, der die Auslaßöffnung 30 vom Verteiler mit der Mittelbohrung 32 der Düse 10 verbindet. Obwohl die Schrauben 142 den versetzten Verteilerblock 136 fest genug an der Seite 138 des Verteilers halten, um ein Austreten der unter Druck stehenden Schmelze zu verhindern, ermöglichen sie doch gerinfügige seitliche Bewegung zwischen ihnen, um die Wärmeausdehnung oder -kontraktion des Verteilers auszugleichen und Undichtheit aufgrund falscher Ausrichtung der Düse zu verhindern.
Jede Düse 10 hat eine längliche Ventilnadel 144, die mittig durch die Mittel-Schmelzebohrung 26 verläuft. Die Ventilnadel hat eine konische Spitze 146 und ein vergrößertes bewegtes Ende 148, an dem ein hydraulischer Betätigungsmechanismus angreift, der in der Formdüsenplatte 150 sitzt. Der Betätigungsmechanismus enthält, wie im U.S.-Patent Nr. 4,468,191, das am 28. August 1984 veröffentlicht wurde, beschrieben, einen Kolben 152, der sich in einem Zylinder 154 hin- und herbewegt, der in der Formdüsenplatte 150 sitzt. Der Zylinder ist mit Schrauben (nicht abgebildet) in der Formdüsenplatte 150 befestigt, und die Formdüsenplatte wird mit Schrauben 156 festgehalten, die sich in die Formhohlraumplatte 14 erstrecken. Die Ventilnadel 144 verläuft durch ein Loch 158 im Kolben 152 und ist mit einer Gewindekappe 160 an ihm befestigt, die sich in den Kolben 152 schraubt und auch gegen Austritt des Hydraulikfluids abdichtet. Der Kolben hat einen länglichen Halsabschnitt 162, und eine V-förmige Hochtemperaturdichtung 164, sitzt im Zylinder 154 und verhindert das Austreten unter Druck stehenden Hydraulikfluids darum herum. Der Zylinder 154 hat eine mit Gewinde versehene Kappe 166, deren Durchmesser größer ist als der des Kolbens 152, so daß der Kolben 152 und die Ventilnadel 144, wenn erforderlich, entfernt werden können. Unter Druck stehendes Hydraulikfluid wird dem Zylinder 154 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 152 durch Kanäle 168 von einer gesteuerten Quelle (nicht abgebildet) zugeführt, so daß der Kolben nach einem vorgegebenen Zyklus hin- und herbewegt wird. Bei der vorderen geschlossenen Stellung dichtet die Spitze 146 der Ventilnadel den Anguß 52 ab, während der Kolben in der eingezogenen offenen Stellung an der Kappe 166 anliegt. Darüberhinaus ist ein O-Ring 170 vorhanden, der das Austreten von unter Druck stehendem Hydraulikfluid um den Kolben herum verhindert. Die Ventilnadel 144 verläuft durch eine Ventilnadelbohrung 172 im versetzten Verteilerblock 136 und durch eine Dichtungsbuchse 174, die mit Schrauben 176 am versetzten Verteilerblock 136 angebracht ist. Der versetzte Verteilerblock 136 und die Buchse 174 bestehen ebenfalls aus H13- Stahl, und die Bohrungen durch sie hindurch sind nitriert, um den Verschleiß durch die sich hin- und herbewegende Ventilnadel 144 zu verringern.
Die Düse 10 ist die gleiche wie die bereits beschriebene, jedoch ist die Hülse 120 nicht abgearbeitet worden, da es bei dieser Anwendungsform nicht erforderlich ist, den Außendurchmesser zu verringern. Wie zu sehen ist, ist ein Abschnitt des Kragens 116 abgearbeitet worden, um die Isolierbuchse 118 aufzunehmen. Auch die Form des Spitzeneinsatzes 40 ist anders, um den Ventilangußkanal 52 zu erzeugen. Ansonsten sind die Konstruktion und das Verfahren zum Vergießen des Heizelementes 66 im Spiralkanal 70 die gleichen wie die oben beschriebenen, weshalb auf eine Wiederholung verzichtet werden kann. Jede Düse 10 wird durch die Schrauben 20, die durch die Löcher 22 in der Kopfplatte 62 in die Formhohlraumplatte 14 verlaufen, fest am versetzten Verteilerblock 136 gehalten.
Obwohl die Düse und das Verfahren zu ihrer Herstellung anhand bevorzugter Ausführungen beschrieben worden sind, ist dies nicht als beschränkend aufzufassen. So ist beispielsweise klar, daß die erfindungsgemäßen Düsen in einer Vielzahl verschiedener Systeme eingesetzt werden können. So können Spitzeneinsätze mit verschiedenen Formen verwendet werden, oder das vordere Ende der Düsen kann bearbeitet und andere Angußanordnungen geschaffen werden, ohne Spitzeneinsätze zu verwenden. Andere geeignete Verfahren zum Abdichten, wie beispielsweise Nickelhartlöten oder -schweißen können anstelle des Laserschweißens angewendet werden. Die Definition der Erfindung erfolgt anhand der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer integralen, beheizten Spritzgießdüse (10) mit den Schritten der Ausbildung eines langgestreckten Stahlkörpers (94), der eine zentrale Schmelzebohrung (32) und einen Spiralkanal (70) aufweist, um in diesem ein Heizelement (66) auf zunehmen, wobei der Spiralkanal (70) sich entlang einer äußeren zylindrischen Oberfläche (60) des Stahlkörpers (94) erstreckt, des Einwickelns eines elektrisch isolierten Heizelementes in den Kanal (70), mit einem Ende in diesem befestigt benachbart zum vorderen Ende des Stahlkörpers (94) und einem Kaltanschluß des Heizelementes (66) am gegenuberlienden Ende, der sich von dem Sprialkanal (70) benachbart zum hinteren Ende des Stahlkörpers (94) aus erstreckt, des Auftragens eines Kupfer-Hartlotmateriales und des Vakuumgießens der Anordnung, um das Heizelement (66) in dem Spiralkanal (70) vollständig zu bedecken und eine integrale Bindung zwischen dem Heizelement (66) und dem Stahlkörper (94) auszubilden, und des abschließenden Bearbeitens der integralen Düse, um die gewünschte Form und Oberflächenendbearbeitung derselben herzustellen,

gekennzeichnet durch

die weiteren Schritte des Anordnens einer Stahl-Kopfplatte (62) auf dem Kopf (96) des Körpers (94), wobei die Kopfplatte (62) eine durchgehende Mittelöffnung (108) aufweist, die den Kopf (96) des Stahlkörpers (94) in einer Position aufnimmt, so daß der Teil des Spiralkanales (70) bedeckt ist, der sich rund um den Kopf (96) erstreckt, wobei die Kopfplatte (62) eine Bohrung (112) aufweist, die sich radial durch diese hindurch von der Mittelöffnung (108) aus erstreckt, um das Ende des Heizelementes (66), das den Kaltanschluß (78) besitzt, aufzunehmen, wodurch die Kopfplatte (62) auf dem Kopf (96) des Körpers (94) leicht gedreht werden kann, um eine vorgegebene Länge des Heizelementes (66) zu schaffen, das von dieser vorsteht und um leichte Schwankungen im Einwickeln des Heizelementes (66) in dem Spiralkanal (70) auszugleichen,

des Einsetzens eines vorderen Endes (36) des Stahlkörpers (94) in eine Stahlhülse in eine Position, in der die Hülse (120) den Spiralkanal (70) zwischen dem Kopf (96) und dem vorderen Ende (36) des Stahlkörpers (94) bedeckt, wobei die Hülse (120) einen Innendurchmesser aufweist, der nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der äußeren Oberfläche (60) des Körpers (94), wodurch das Kupfer-Hartlotmaterial entlang des Heizelementes fließt, um den Spiralkanal (70) unterhalb der Hülse (120) und unterhalb der Kopfplatte (62) zu füllen, um das Heizelement (66) Vollständig in dem Spiralkanal (70) mit minimaler Tiefe zu bedecken,

des Abdichtens der Verbindungsstellen rund um die Hülse (120) und rund um die Kopfplatte (62) und des Abdichtens rund um den Kaltanschluß (78), um eine Wesentliche Leckage zu verhindern, und

des Befestigens eines Füllreservoirs (126) in Verbindung mit dem Spiralkanal (70) und des Einsetzens einer vorbestimmten Menge Kupfer in das Füllreservoir (26), wobei die abschließende Endbearbeitung der integralen Düse (10) die Beseitigung des Füllreservoirs (126) mit umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kopf (96) des Körpers (94) vergrößert ist, und eine kegelförmige äußere Oberfläche (98) aufweist und bei dem die Mittelöffnung (108), die sich durch die Kopfplatte (92) erstreckt, eine entsprechend passende, kegelförmige Innenoberfläche (110) aufweist, um darauf aufgenommen zu werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Stahlkragen (116) auf einem Ende der Hülse (120) befestigt ist, wodurch dann, wenn die Hülse (120) und die Kopfplatte (62) in Position angeordnet sind, der Kragen (116) gegen die Unterseite des Kopfes (96) anliegt und die Kopfplatte (62) in einer Position ist, die die Verbindungsstelle zwischen der kegelförmigen äußeren Oberfläche (98) des Kopfes (96) und der entsprechend passenden, kegelförmigen Innenoberfläche (110) der Kopfplatte (62) abdeckt.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Kaltanschlußhülse (114) an der Kopfplatte (62) befestigt ist und rund um den vorspringenden Kaltanschluß (78) des Heizelementes (66) abgedichtet ist.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, bei dem die abschließende Endbearbeitung der integralen Düse (10) das spanende Entfernen der Stahlhülse (120) einschließt, um den Außendurchmesser der Düse (10) zu vermindern.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Einfüllkanal (102) in den Körper (95) zwischen dem hinteren Ende (64) und dem Spiralkanal (70) gebohrt ist und das Füllreservoir (126) auf dem hinteren Ende (64) über dem Einfüllkanal (102) angeordnet ist, wodurch dann, wenn das Kupfer über seinen Schmelzpunkt in dem Vakuumofen erhitzt ist, dieses nach unten durch den Einfüllkanal (102) läuft, um den Spiralkanal (70) rund um das Heizelement (66) auszufüllen.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, bei dem das Abdichten der montierten Teile der Düse vor dem Schritt des Vakuum-Hartverlötens durch Laserschweißen ausgeführt wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, bei dem das Abdichten der montierten Teile der Düse vor dem Vakuum-Hartverlöten durch Hartverlöten ausgeführt wird.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei außerdem Schraubenbohrungen (22) in die Kopfplatte (62) gebohrt werden, um die Düse (10) in Position in einem Spritzgießsystem zu montieren.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten des Bohrens einer Bohrung (132) in die äußere Oberfläche (60) des Körpers (94) in Verbindung mit dem Spiralkanal (70), wodurch dann, wenn das Kupfer eingegossen wird, die Bohrung (132) mit Kupfer gefüllt wird, und des Bohrens einer Bohrung (134) in das erstarrte Kupfer, um ein Thermoelement (92) in diesem aufzunehmen, um die Temperatur benachbart zu dem Heizelement (66) zu messen.

11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine mittlere Mundstücksöffnung (34) in das vordere Ende (36) des Körpers (94) gebohrt wird, um in diesem entfernbar einen Stahleinsatz (40) aufzunehmen, der eine vorgegebene Konfiguration besitzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Stahlspitzeneinsatz (40) eine Torpedoanordnung (48) mit einem Torpedo (50) aufweist, das mittig in einer Mittelbohrung (42) in Ausrichtung mit der Mittelbohrung (32), die sich durch den Körper (94) erstreckt, montiert ist, wobei der Spitzeneinsatz (40) einen Nasenabschnitt (44) aufweist, der sich zum Eingriff mit dem Kern (14) einer Form während des Gebrauches erstreckt, um das vordere Ende (36) der Düse (10) zu Positionieren.