DE4137720A1 - Spritzgiessduese mit konischem heizelement in der naehe der bohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich im allgemeinen mit dem Spritzgießen und insbesondere mit einer thermisch am Einlauf gesteu­ erten Spritzgießdüse, welche ein integriertes Heizelement mit einem nach innen konisch in Vorwärtsrichtung verlaufen­ den Abschnitt hat, welcher einen konischen Teil des Schmelzen­ kanals in der Nähe des Eingußkanals begrenzt.

Das thermische Steuern des Einlaufs im Eingußkanalbereich, welches auch als temperaturgestütztes Einleiten bezeichnet wird, umfaßt ein solches Vorgehen, bei dem die Temperatur der Schmelze im Einlaufbereich während jedes Zyklus verändert wird, um den Strom der Schmelze zum Formhohlraum in ge­ stützter Weise zu steuern. Dies ist beispielsweise aus US-PS 47 68 945, erteilt für Schmidt et al., bekannt, welche am 6. September 1988 erteilt wurde. Dort ist ein Heizelement beschrieben, welches einen vorne liegenden Abschnitt hat, der sich diagonal in ein Nasenteil der Düse erstreckt. In den US-PSen 49 11 636, erteilt am 27. März 1990, und 49 41 249, erteilt am 17. Juli 1990, der Anmelderin, ist das thermische Steuern im Einlaufbereich unter Verwendung einer Düse mit ei­ nem integralen Heizelement beschrieben, welches einen kreis­ förmigen Abschnitt hat, welcher die Schmelzenbohrung in einem in Vorwärtsrichtung gerichteten Nasenabschnitt der Düse um­ gibt. In der US-PS 48 75 848, erteilt am 24. Oktober 1989, der Anmelderin, ist ein konischer Eingußkanaleinsatz beschrieben, der in dem vorderen Ende einer Düse sitzt, die mittels eines integralen, spiralförmig verlaufenden Heizelements erwärmt wird.

Bei allen den vorstehend genannten Auslegungsformen ist das Heizelement in die Stahldüse oder den Eingußkanalein­ satz eingebettet und es ist nicht in direktem Kontakt mit der durch den Schmelzenkanal strömenden Schmelze. Wenn man daher diese Systeme für das thermische Steuern im Einlauf­ bereich einsetzt, hat sich gezeigt, daß es eine Grenze bei der minimalen Zykluszeit gibt, da das Heizelement in den Stahlkörper der Düse eingebettet ist, welcher als eine Wärmesenke wirkt.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, wenigstens teilweise diese Schwierigkeiten beim Stand der Technik dadurch zu überwinden, daß eine im Einlaufbereich thermisch gesteu­ erte Spritzgießdüse bereitgestellt wird, bei welcher ein Teil des Heizelements in direktem Kontakt mit der Schmelze in der Nähe des Eingußkanals ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird eine längliche Spritzgießdüse mit einem hinteren Ende und einem vorderen Ende bereitgestellt, welches von einem nach vorne verlaufenden, zentralen Nasenabschnitt gebildet wird, wobei die Düse einen Schmelzenkanal hat, der durch den Nasenabschnitt der Düse verläuft, um einen Eingußkanal in der Nähe des vorderen Endes zu bilden, wobei die Düse ein in­ tegrales, elektrisch isoliertes Heizelement hat und wobei das Heizelement einen hinteren Abschnitt hat, welcher sich zu einem endseitigen und zu einem mittleren Abschnitt er­ streckt, und einen spiralförmigen Verlauf um den Schmelzen­ kanal hat. Diese Spritzgießdüse zeichnet sich dadurch aus, daß das Heizelement einen vorderen Abschnitt mit einem im allgemeinen regelmäßigen, viereckförmigen Querschnitt hat, der vordere Abschnitt des Heizelements eine Mehrzahl von be­ nachbarten Windungen hat, die eine nach vorne und innen ge­ richtete, konische innere Fläche bilden, und daß der vordere Abschnitt des Heizelements integral in der Düse vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Teil der inneren Fläche einen nach innen verlaufenden konischen Abschnitt des Schmelzenkanals in der Nähe des Einlaufbereiches bildet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich­ nung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils eines Spritz­ gießsystems oder -anlage mit einer Vielzahl von Formhohlräumen zur Verdeutlichung einer thermisch im Einlaufbereich gesteuerten Düse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 2 eine isometrische Ansicht zur Verdeutlichung der Wickelweise eines elektrischen Heizelements zur Bildung eines konisch verlaufenden Windungs­ teils,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht zur Verdeutli­ chung der Art und Weise der Ausbildung des Win­ dungsteils des Heizelements und dessen Verdich­ tung in einer Form, um die Windung sowie den Querschnitt dieses Teils des Heizelements zu formen,

Fig. 4 eine Schnittansicht von zwei Teilen der Düse zur Verdeutlichung der Art und Weise, mit der das Heizelement zwischen denselben angebracht wird, und

Fig. 5 eine Schnittansicht der fertiggestellten Teile der Düse.

Zuerst sei auf Fig. 1 Bezug genommen, welche einen Teil ei­ ner Spritzgießanlage mit einem thermisch gesteuerten Ein­ laufbereich zeigt, welcher eine Anzahl von integralen, läng­ lichen Düsen 10 mit einem integralen, elektrisch isolierten Heizelement 12 hat. Jede Düse 10 hat einen Stahlhauptkörper 14, welcher sich von einem Stahlbund 16 in der Nähe des hin­ teren Endes 18 wegerstreckt. Die Düse 10 sitzt in einer Boh­ rung 20 in der Formhohlraumplatte 22 im Zusammenwirken mit einem Umfangsisolierflansch 24, der sich vom bundförmigen Teil 16 wegerstreckt und auf einer Umfangsschulter 26 sitzt. Die Düse 10 hat einen Nasenabschnitt 28 in der Nähe ihres vorderen Endes 30, welches in einer Öffnung 32 aufgenommen ist, die durch die Formhohlraumplatte 22 zu einem Formhohl­ raum 34 geht. Somit ist die Düse 10 genau in ihrer Position ausgerichtet, in welcher die zylindrische, äußere Fläche 36 des Hauptkörpers 14 von der von ihm umgebenen Formhohlraum­ platte 22 mittels eines isolierenden Luftraums 38 getrennt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform hat die Düse 10 einen zentralen Schmelzenkanal 40, der sich zu einem Ein­ gußkanal bzw. einem Einlauf 42 im Nasenabschnitt 28 erstreckt, welcher zu dem Formhohlraum 34 führt.

Die Düsen 10 sind mittels Schrauben 44 an einer gemeinsamen, länglichen Verteilereinrichtung 46 befestigt, die einen Schmelzenkanal 48 hat, welcher sich zu der Mehrzahl von Aus­ lässen 50 verzweigt, die jeweils zu dem Schmelzenkanal 40 über eine der Düsen 10 ausgerichtet sind. Die Verteilerein­ richtung 46 ist fest an Ort und Stelle zwischen einer Rück­ platte 52 und einer Formhohlraumplatte 22 mittels eines zen­ tralen Ausrichtringes 54 und eines federnd nachgiebigen Di­ stanzelements 56 festgehalten. Die Rückplatte 52 wird mit Hilfe von Schrauben 58 an Ort und Stelle gehalten, welche durch eine Stützplatte 60 in die Formhohlraumplatte 22 ge­ hen. Die Rückplatte 52 und die Formhohlraumplatte 22 werden durch Pumpen von Kühlwasser durch die Kühlkanäle 62 gekühlt.

Die Verteilereinrichtung 46 wird mittels eines elektrischen Heizelements 64 erwärmt, welches eingegossen ist, wie dies in der US-PS 46 88 622, erteilt am 25. August 1987, der An­ melderin, beschrieben ist. Der Ausrichtring 54 bildet einen weiteren isolierenden Luftraum 66 zwischen der beheizten Verteilereinrichtung 46 und der Formhohlraumplatte 22.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform hat das Heizelement 12 einen Nickel-Chrom-Widerstandsdraht 68, welcher durch ein elektrisch isolierendes Material 70 aus feuerbeständigem Pulver, wie Magnesiumoxid, im Innern eines Stahlgehäuses 72 geht. Das Heizelement 12 hat einen hinteren Abschnitt 74, einen spiralförmig verlaufenden Mittelabschnitt 76 und einen vorderen Abschnitt 78. Der hintere Abschnitt 74 erstreckt sich durch eine Öffnung 80 in dem Bund 16 zu einem kalten Anschluß 82 nach außen, um eine Verbindung mit einem exter­ nen Leitungsdraht (nicht gezeigt) herzustellen. Der Mittel­ abschnitt 76 des Heizelements 12 ist integral in einen spi­ ralförmigen Kanal 84 in der äußeren Fläche 36 des Haupt­ körpers 14 eingelötet, und es erstreckt sich um den Schmel­ zenkanal 40. Das spiralförmige Teil des Heizelements 76 in dem Kanal 84 ist von einem Schutzüberzug 86 aus Nickel be­ deckt, wie dies in der US-PS 47 68 283, erteilt am 6. Septem­ ber 1988, der Anmelderin, beschrieben ist.

Während die hinteren und mittleren Abschnitte 74, 76 des Heizelements 12 einen im allgemeinen regelmäßigen, kreis­ förmigen Querschnitt haben, hat der vordere Abschnitt 78 ei­ nen im allgemeinen regelmäßigen, viereckförmigen Querschnitt. Der vordere Abschnitt 78 wird von einer Anzahl von benach­ barten Windungen 88 gebildet, welche eine innere Fläche 90 bilden, welche in Richtung nach vorn und innen konisch ver­ läuft. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, bildet ein Teil 92 der inneren Fläche 90 der Windungen 80 einen nach innen konisch verlaufenden Abschnitt 94 des Schmelzenkanals 40 in der Nähe des Eingußkanals 42.

Im Gebrauchszustand werden die Teile der Anlage wie in Fig. 1 gezeigt angeordnet, und elektrische Energie wird an das Heizelement 12 jeder Düse 10 und das Heizelement 64 in der Verteilereinrichtung 46 angelegt, um diese auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur in Abhängigkeit von dem zu formenden Material zu erwärmen. Eine unter Druck stehen­ de Schmelze von einer Formmaschine (nicht gezeigt) wird in den Schmelzenkanal 48 in der Verteilerleitung 46 über den Einlaß 96 entsprechend einem Arbeitsspiel eingespritzt, wel­ cher in Verbindung mit einem Zyklus zum Anlegen der Energie an die Heizelemente 12 in den Düsen 10 gesteuert wird. Somit erhält man eine thermische Steuerung oder eine temperaturge­ stützte Steuerung des Einlaufbereiches durch Abschalten der Energiezufuhr an die Heizelemente 12 für eine kurze Zeit­ periode vor und beim Öffnen der Form, um die geformten Er­ zeugnisse auszustoßen. Der Wärmeverlust von dem Nasenab­ schnitt 28 zu der diesen umgebenden, gekühlten Formhohlraum­ platte 22 führt zu einem Abschmelzen in den Eingußkanälen 42 vor dem Auswerfen. Wenn die Form geschlossen wird, wird wiederum Energie den Heizelementen 12 zugeführt, um die er­ starrte Schmelze in den Eingußkanälen 42 zu erwärmen, so daß diese sich unmittelbar dann wieder öffnen, wenn der Ein­ spritzdruck wiederum einwirkt. Die unter Druck stehende Schmelze strömt durch den Schmelzenkanal 40 und den Einguß­ kanal 42 in jeder Düse 10 und füllt die Hohlräume 34 aus. Nachdem die Hohlräume ausgefüllt sind, wird der Spritzdruck kurzzeitig aufrechterhalten, um eine Verdichtung zu bewirken und dann wird er aufgehoben. Nach einer kurzen Kühlperiode wird die Form wiederum geöffnet, um die geformten Erzeugnisse auszuwerfen. Ein derartiger Arbeitszyklus wird kontinuierlich so schnell als möglich wiederholt, wobei in einigen Fällen dieser Arbeitszyklus einige Male pro Minute wiederholt aus­ geführt werden kann. Es ist noch zu erwähnen, daß die Lage der vorderen Abschnitte 78 der Heizelemente 12, welche in direktem Kontakt mit der Schmelze in den Schmelzenkanälen 40 in der Nähe der Eingußkanäle 42 sind, die Zeit nennenswert reduzie­ ren, welche nach dem Wiederanlegen der Energie zum Anschmel­ zen der erstarrten Schmelze in den Eingußkanälen 42 erfor­ derlich ist, wodurch sich somit die Zykluszeit reduzieren läßt. Ferner verlaufen die konischen Windungen 88 der vorde­ ren Abschnitte 78 der Heizelemente 12 allmählich in Richtung nach hinten weiter in den Hauptkörper 14 der Düsen hinein, so daß die Temperaturbeeinflussung der thermischen Steuerung im Einlaufbereich allmählich im Abstand von den Eingußkanälen 42 verringert wird. Die zentralen Abschnitte 76 der Heizele­ mente 12 sind in die Stahlhauptkörper 14 der Düsen 12 in ei­ nem beträchtlichen Abstand von den zentralen Schmelzenkanälen 40 eingebettet. Somit wirken die Hauptkörper als Wärmesenken und Temperaturschwankungen der Schmelze in diesem Bereich in­ folge des thermisch gesteuerten Zyklusses im Einlaufbereich lassen sich so gering wie möglich halten.

Nunmehr wird auf die Fig. 2 bis 4 Bezug genommen, um die Schrit­ te zu erläutern, welche bei der Herstellung der Düse eingesetzt werden. Zuerst wird eine vorbestimmte Länge eines Heizelements 12 auf einen konischen Dorn bzw. eine konische Schablone (nicht gezeigt) gewickelt, um einen konisch verlaufenden Win­ dungsabschnitt 98 zu bilden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Dieser gewundene Abschnitt 98 des Heizelements 12 wird dann zwischen den inneren und äußeren, konischen Formteilen 100, 102 verdichtet, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Das äußere Formteil 102 hat eine Öffnung 104 mit vorbestimmten Abmes­ sungen um die innere Fläche 106, in welche der gewickelte Abschnitt 98 des Heizelements eingeführt wird. Wenn das äuße­ re Formteil 102 nach unten gegen das innere Formteil 100 ge­ drückt wird, wie dies mit einem Pfeil angedeutet ist, wird der gewickelte Abschnitt 98 des Heizelements 12 verdichtet, um einen vorderen Abschnitt 78 zu bilden, welcher die Form hat, die in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigt ist. Wie gezeigt, ist der im allgemeinen runde Querschnitt nunmehr im allgemeinen viereckförmig ausgebildet, und die benachbarten Windungen 88 bilden die konische, innere Fläche 90.

Der vordere Abschnitt 78 wird dann zwischen den vorderen und hinteren Abschnitten 108, 110 des Hauptkörpers 14 angebracht, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Nachdem die beiden Abschnitte 108, 110 vorübergehend fest miteinander verbunden sind, wird der restliche Teil des Heizelements in Form von einigen be­ nachbarten Windungen zu Beginn in dem spiralförmigen Kanal 84 in der äußeren Fläche 36 gewickelt und dann verläuft die Wicklung durch die Öffnung 80 in dem Bund 16 zu dem Anschluß 82 nach außen. Die Anordnung wird dann mit einem Nickelle­ gierungs-Hartlotmaterial beschichtet und in einem Vakuum­ ofen hartgelötet. Wie detailliert in der US-PS 47 68 283, er­ teilt am 6. September 1988, der Anmelderin, näher beschrieben ist, erhält man hierdurch eine metallurgische Bindung der Tei­ le zur Bildung einer integralen Einheit und es wird ein Schutz­ überzug 86 aus Nickel ausgebildet. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist eine Thermoelementbohrung 112 vorgesehen, um ein Thermo­ element 114 aufzunehmen, mittels welchem die Temperatur der Düse in der Nähe des vorderen Abschnitts 78 des Heizelements 12 gemessen wird. Der Nasenabschnitt 28 wird dann maschinell bearbeitet, und der Schmelzenkanal 40 geht durch den Nasen­ abschnitt, wozu eine Bearbeitung mittels einer elektrischen Entladung vorgenommen wird, um den Eingußkanal 42 mit ge­ wünschten Abmessungen zu bilden, so daß man die gewünschte Einlaufbereichauslegung erhält.

Obgleich voranstehend die Düse und ein Verfahren zur Herstel­ lung derselben gemäß einer bevorzugten Ausführungsform be­ schrieben wurden, handelt es sich hierbei um ein Beispiel, wel­ ches keinen beschränkenden Charakter hat. Zahlreiche Abände­ rungen und Modifikationen können vom Fachmann im Bedarfsfall vorgenommen werden. Beispielsweise ist es ersichtlich, daß die Abmessungen des Schmelzenkanals und des Eingußkanals und die Konuswinkel der inneren Fläche sich in Abhängigkeit von unter­ schiedlichen Anwendungsfällen ändern können. Bei einigen Düsen kann der Schmelzenkanal 40 von der Seite der Düse 12 nach innen und nicht von dem hinteren Ende 18 weg verlaufen. Unterschiedliche Auslegungsformen der Formteile können ein­ gesetzt werden, um den Windungsabschnitt 98 des Heizelements 12 auszubilden.

Claims (1)

1. Längliche Spritzgießdüse (10) mit einem hinteren Ende und einem vorderen Ende, welche von einem nach vorne verlaufenden, zentralen Nasenabschnitt (28) gebildet wird, wobei die Düse (10) einen Schmelzenkanal (40) hat, welcher durch den Nasenabschnitt (28) der Düse zur Bildung eines Eingußkanales (42) in der Nähe des vorderen Endes hat, die Düse (10) ein integrales, elektrisch isoliertes Heizelement (12) hat, das Heizelement (12) einen hinteren Abschnitt hat, welcher zu einem Anschluß verläuft, und einen Mittelabschnitt hat, welcher sich spiralförmig um den Schmelzenkanal (40) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (12) einen vorderen Abschnitt (78) mit einem im allgemeinen gleichmäßigen viereckförmigen Querschnitt hat, der vordere Abschnitt (78) des Heizelements (12) eine Mehrzahl von benachbarten Windungen (88) hat, welche eine nach vorne und innen konisch verlaufende innere Fläche (90) bilden, der vordere Abschnitt (78) des Heizelements (12) integral in der Düse (10) vorgesehen ist, und daß wenigstens ein Teil der inneren Fläche (90) einen nach innen konisch verlaufenden Abschnitt (94) des Schmelzenkanals (40) in der Nähe des Eingußkanales (42) bildet.