DE4141517A1 - Spritzgusssonde mit veraenderbarem waermeprofil - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Spritzgußverfahren und im besonderen auf eine langgestreckte beheizte Sonde, die ein vorbestimmtes Wärmeprofil entlang verschiedener Längenabschnitte aufweist.

Beheizte Sonden, die so angebracht sind, daß sie sich in den Spritzguß-Schmelzdurchgang erstrecken, sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 43 76 244 des Anmelders, veröffentlicht am 8. März 1983, eine langgestreckte Spritzgußsonde mit einem mittigen Patronenheizkörper. Die US-Patente des Anmelders Nr. 46 11 304, veröffentlicht am 16. September 1986, und Nr. 47 77 348, veröffentlicht am 11. Oktober 1988, beziehen sich auf beheizte Sonden mit Schmelzkanälen entlang eines Bereichs ihrer Außenfläche.

Wie aus dem US-Patent Nr. 48 65 535 des Anmelders, veröffentlicht am 12. September 1989, zu ersehen ist, ist ebenso eine Spritzgußdüse bekannt, bei der das elektrische Heizelement zurückgebogen ist, um längliche Abschnitte zu bilden, die einen doppelten und dreifachen Durchlauf des elektrischen Heizelementes haben. Eine Spritzgußsonde mit einem doppelten Durchlauf seines Heizelementes, um zusätzliche Wärme angrenzend an das Spritzende und in dem Bereich der Befestigungsstifte bereitzustellen, ist aus dem US-Patent Nr. 48 20 147 des Anmelders, veröffentlicht am 11. April 1989, angegeben. Mit der Entwicklung von komplexen Systemen jedoch, die mehr Hohlräume mit weniger Abstand zwischen sich haben und die Verwendung höherer Temperaturen und wärmeempfindlicher Materialien, sind langgestreckte Sonden wünschenswert mit einer größeren Veränderbarkeit des Wärmeprofils entlang ihrer Länge. Dies ist besonders nützlich, um sehr kleine Teile unter Verwendung technischer Werkstoffe mit engen Prozeßtemperaturen herzustellen.

Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, zumindest teilweise die Nachteile des Standes der Technik durch Vorsehen einer langgestreckten beheizten Spritzgußsonde zu überwinden, die ein Heizelement aufweist, das eine Anzahl von Abschnitten entlang seiner Länge mit unterschiedlicher Erwärmung hat, das ein veränderbares Wärmeprofil entlang der Sondenlänge bereitstellt.

Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird eine langgestreckte beheizte Spritzgußsonde geschaffen, die einen im wesentlichen zylindrischen Außenkörper mit einem hinteren Ende und einem spitzen vorderen Ende aufweist, die ein elektrisch isoliertes Heizelement aufweist, das sich mittig im Außenkörper erstreckt, wobei das Heizelement sich im wesentlichen in Längsrichtung im Außenkörper von einem äußeren elektrischen Anschluß erstreckt, der an das hintere Ende des Außenkörpers angrenzt, wobei die Verbesserung darin besteht, daß das sich längs erstreckende Heizelement im Außenkörper so angebracht ist, daß es mehrmals in einer gewünschten Konfiguration zurückgebogen ist, um ein Heizelement mit einer Mehrzahl von länglichen Abschnitten vorbestimmter Längen zu schaffen, das unterschiedliche Anzahlen von Mehrfachdurchläufen aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Bereichs eines Mehrfach- Spritzgußsystems, das eine Sonde entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der gleichen Sonde von Fig. 1,

Fig. 3 einen quer verlaufenden Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 bis 6 das Heizelement in verschiedenen Stufen des Zusammenbaus,

Fig. 7A bis 7D quer verlaufende Schnitte entlang des Heizelementes von Fig. 6,

Fig. 8 eine Schnittansicht des Heizelementes, das in einem Außenkörper mit einem elektrischen Anschluß montiert wurde und fertig zum Einbringen in einen Vakuumofen ist,

Fig. 9 eine Veranschaulichung der Anordnung, die in den Vakuumofen eingesetzt wurde,

Fig. 10 eine schematische Ansicht, die eine unterschiedliche Konfiguration des Heizelementes entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und

Fig. 11A bis 11D quer verlaufende Schnittansichten entlang der Länge des in Fig. 10 gezeigten Heizelementes.

Zunächst wird Bezug genommen auf Fig. 1, die einen Bereich eines Mehrfachhohlraum-Spritzgußsystems mit Gießverschlußspitze zeigt. Eine beheizte Sonde wird von einer Bohrung 12 aufgenommen, die sich in eine Hohlraumplatte 14 erstreckt bis zu einem Verschluß 16, der zu jedem Hohlraum 18 führt. Die Sonde 10 wird genau mittels einer Befestigungsbuchse 20 plaziert, die in der Bohrung 12 gegen einen Umfangsabsatz 22 sitzt. Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, hat die Befestigungsbuchse 20 drei radial sich erstreckende Befestigungsrippen 24, die sich nach innen erstrecken, um die Außenfläche 26 der Sonde 10 zu berühren, ähnlich den Stiften, die im US-Patent Nr. 48 20 147 des Anmelders, veröffentlicht am 11. April 1989, gezeigt sind.

Die Sonde 10 erstreckt sich auch rückwärtig durch eine Bohrung 28 in einen Schmelzverteilungs-Verteiler 30, der zwischen der Hohlraumplatte 14 und einer Montageplatte 32 angebracht ist. Die Bohrung 28 durch den Verteiler 30 hat einen hinteren Bereich 34 und einen vorderen Bereich 36. Der Durchmesser des hinteren Bereichs 34 ist gerade groß genug, um darin die Sonde 10 paßgerecht aufzunehmen, um Leckverluste der unter Druck stehenden Schmelze zwischen ihnen zu verhindern. Der vordere Bereich 36 hat einen größeren Durchmesser, der an den Innendurchmesser der Befestigungsbuchse 20 angepaßt ist. Ein Schmelzdurchgang 38 führt von einem gemeinsamen Einlaß 40 in eine Verteilerverlängerung 42 und zweigt in den Verteiler 30 ab, um die Sonde 10 im vorderen Bereich 26 der Bohrung 28 herum und in die Bohrung 12 des Verschlusses 16 zu verlaufen. Zur Vereinfachung der Veranschaulichung und der Beschreibung ist nur eine Sonde 10 gezeigt. Normalerweise jedoch hat das Spritzgußsystem eine Anzahl von Sonden 10, die so angebracht sind, daß sie sich in Ausrichtung mit angrenzenden Hohlräumen erstrecken, und der Schmelzdurchgang 38 hat eine anpassende Konfiguration, um den Verteiler 30 zu verzweigen und um sich zu jeder Sonde 10 hin zu erstrecken.

Der Verteiler 30 wird mittels einem elektrischen Heizelement 44 beheizt, das einstückig eingegossen ist, wie es in dem US-Patent Nr. 46 88 622 des Anmelders, veröffentlicht am 25. August 1987, beschrieben ist. Die Hohlraumplatte 14 und die Montageplatte 32 werden durch Pumpen von Kühlwasser durch Kanäle 46 gekühlt. Der Verteiler 30 wird durch einen mittigen Befestigungsring 48 festgelegt, der zwischen dem beheizten Verteiler 30 und der gekühlten Hohlraumplatte 14 eingepaßt ist und einen isolierenden Luftraum 50 dazwischen schafft. Die Montageplatte 32 wird sicher gegenüber den hinteren Enden 52 der Sonde 10 mittels Schrauben 54 gehalten, die sich durch eine Verteiler-Gesenkplatte 56 in die Hohlraumplatte 14 erstreckt. Dieses schafft in gleicher Weise einen isolierenden Luftraum 58 zwischen dem beheizten Verteiler 30 und der gekühlten Montageplatte 32. Die Verteilerverlängerung 42 wird mittels einem Befestigungsbund 60 gesichert, der mit der Montageplatte 32 mittels Schrauben 62 befestigt ist. Ein Thermoelement 64 erstreckt sich in eine der Rippen 24, um die Temperatur der Schmelze, die in dem Schmelzdurchgang 38 vorbeiströmt, zu überwachen.

Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, weist jede Sonde 10 ein elektrisch isoliertes Heizelement 66 auf, das sich mittig in einem Stahlaußenkörper 68 hineinerstreckt. Der Außenkörper ist im allgemeinen zylindrisch mit einem vergrößerten Bereich 70 am hinteren Ende 52 und mit einem angespitzten vorderen Ende 72, der in Ausrichtung mit dem Verschluß 16 liegt, der zu dem Hohlraum 18 führt. In dieser Ausführungsform weist das Heizelement 66 einen Nickel-Chrom-Widerstandsdraht 74 auf, der sich durch ein feuerfestes Pulver 66 hindurch erstreckt, wie z. B. Magnesiumoxid in einem Stahlgehäuse 78. Wie nachstehend detaillierter beschrieben wird, ist das Heizelement in einer gewünschten Konfiguration zurückgebogen, um eine Anzahl von Abschnitten oder Zonen in Längsrichtung zu bilden, die unterschiedliche Anzahlen von Mehrfachdurchläufen des Heizelementes 66 haben. Das Heizelement 66 erstreckt sich radial auswärts durch den Außenkörper 68 angrenzend an das hintere Ende 52 bis zu einem äußeren elektrischen Anschluß 82. Der elektrische Anschluß 82 ist aus einer Anzahl von Komponenten hergestellt, wie sie in dem US-Patent Nr. 48 37 925 des Anmelders, veröffentlicht am 13. Juni 1989, beschrieben ist, um eine Schraubverbindung für eine Zuleitung (nicht gezeigt) von einer äußeren Leistungsquelle zu schaffen.

Angrenzend an das hintere Ende 52 weist der Außenkörper 68 auch einen Kappenbereich 84 auf. Wie zu ersehen ist, hat der Kappenbereich 84 eine Ausbau-Gewindebohrung 86, die sich nach innen vom hinteren Ende 52 her erstreckt. Dieses ist vorteilhaft, um eine Schraube oder ein Werkzeug aufzunehmen, um damit die Sonde 10 aus der Bohrung 28 durch den Verteiler 30 zur Reparatur oder zum Ersatz herauszuziehen, wenn das erforderlich ist.

Es wird nun Bezug genommen auf die Fig. 4 bis 9, um das Heizelement 66 und auch das Verfahren zur Herstellung der Sonde 10 detaillierter zu beschreiben. Zuerst wird eine Länge des Heizelementes 66 geschnitten, um ein schräges Ende 88 zu erhalten, wie es in Fig. 4 zu ersehen ist, um den inneren Widerstandsdraht 74 freizulegen. Das Heizelement 66 wird zweifach zurückgebogen, um einen Abschnitt 90 von gewünschter vorbestimmter Länge zu erhalten, der drei Durchläufe 80 des Heizelementes 66 aufweist. Das Heizelement 66 wird wiederum zurückgebogen, um einen Abschnitt 92 vorbestimmter Länge zu schaffen, der zwei Durchläufe 80 des Heizelementes 66 hat, der am schrägen Ende 88 abschließt. Wie als nächstes aus Fig. 5 zu ersehen ist, wird eine Füllstoffbuchse 94 aus Stahl mit einer vorbestimmten Länge und einem Außendurchmesser über das Heizelement geschoben, um einen Abschnitt 96 zu schafffen, der nur einen einfachen Durchlauf 80 des Heizelementes 66 bereitstellt. Schließlich wird, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, das Heizelement zweifach zurückgebogen, um einen anderen Abschnitt 98 vorbestimmte Länge zu schaffen, der drei Durchläufe 80 des Heizelementes 66 bereitstellt. Wie in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 48 65 535 des Anmelders beschrieben ist, werden der Zweifachdurchlaufabschnitt 92 und die Dreifachdurchlaufabschnitte 90, 98 des Heizelementes in einem Werkzeug gesenkgedrückt, um diesem kreisförmige Querschnitte zu geben, wie aus Fig. 7 zu ersehen ist. Wie aus Fig. 7B zu ersehen ist, ist der Außendurchmesser der Füllstoffbuchse 94 annähernd gleich dem Außendurchmesser der Dreifachdurchlaufabschnitte 90, 98 des Heizelementes 66.

Wie in Fig. 8 zu ersehen ist, wird das Heizelement 66 dann in eine Mittelbohrung 100 des Außenkörpers 68 eingesetzt. Es wird radial nach außen gebogen, und der Kappenbereich 84 und der elektrische Anschluß 82 werden in dieser Position angebracht. Wie zu ersehen ist, hat der Außenkörper 68 eine Erweiterung 102, die eine Füllstoffröhre 104 bildet. Die Anordnung 106 ist mit der Füllstoffröhre 104 aufrecht gerichtet, und eine vorbestimmte Menge von einem Nickellegierungs-Pulver 108 wird in die Füllstoffröhre 104 durch die Öffnung 110 eingeschüttet. Die Anordnungen 106 werden in Chargen in den Vakuumofen 112 gegeben. Sobald der Ofen allmählich auf eine Temperatur von annäherend 1925°F erwärmt wurde, wird er auf ein relativ großes Vakuum luftleer gepumpt, um im wesentlichen allen Sauerstoff zu entziehen. Bevor der Schmelzpunkt der Nickellegierung erreicht ist, wird das Vakuum reduziert durch teilweises Verdichten mit einem Inertgas, wie z. B. Argon oder Stickstoff. Wenn Nickellegierung schmilzt, strömt sie durch Kapillarwirkung rund um das Heizelement 66 herunter zum Kappenbereich 84 und dem elektrischen Anschluß 82. Dieses Hartlöten im Vakuumofen 112 schafft eine metallische Verbindung der Nickellegierung mit dem Stahl, die die Wirksamkeit der Wärmeübertragung vom Heizelement 66 und der integralen Verbindungen all der Komponenten verbessert. Natürlich berührt die Nickellegierung den Widerstandsdraht 74 am schrägen Ende 88, der das Heizelement 66 elektrisch erdet.

Nachdem die Sonden gekühlt und aus dem Vakuumofen 112 entnommen sind, wird die Sonde spanend bearbeitet, um die Erweiterung 102 vom Außenkörper 68 zu entfernen und das angespitzte vordere Ende 72 zu bilden. Das Heizelement der kompletten Sonde 10 hat vier sich in Längsrichtung erstreckende Abschnitte oder Zonen 90, 92, 96, 98 mit unterschiedlichen Anzahlen von Durchläufen des Heizelementes 66. Die Länge der unterschiedlichen Abschnitte und die Anzahl der Durchläufe 80 des Heizelementes kann in Abhängigkeit von der Anwendung variiert werden. In dieser Ausführungsform erstrecken sich, wie in Fig. 1 gezeigt, die Dreifachdurchlaufabschnitte 90, 98 des Heizelementes angrenzend an die Befestigungsrippen 24 und durch den hinteren Bereich 34 der Bohrung 28 durch den Verteiler 30, wo der größte Wärmeverlust bezüglich des Kontakts mit dem Stahl der Befestigungshülle 20 oder des Verteilers 30 vorherrscht. Der Doppeldurchlaufabschnitt 92 grenzt an das angespitzte vordere Ende 72 an, während der verbleibende Abschnitt 96 mit dem wenigsten Wärmeverlust nur einen einfachen Durchlauf 80 hat.

Beim Gebrauch ist das Gußeinspritzsystem bzw. die Vorrichtung so angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Eine elektrische Leistung wird an das Heizelement 44 im Verteiler 30 und an das Heizelement 66 in jeder Sonde 10 angelegt, um diese auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu erhitzen. Unter Druck stehende Schmelze wird dann von einer Gießmaschine (nicht gezeigt) in den Schmelzdurchgang 38 über den gemeinsamen Einlaß 40 in die Verteilerverlängerung 42 gespritzt, entsprechend einem vorbestimmten Zyklus in herkömmlicher Weise. Die unter Druck stehende Schmelze strömt entlang jeder beheizten Sonde 10 und durch den Verschluß 16, um die Hohlräume 18 zu füllen. Nachdem die Hohlräume gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend zum Verdichten gehalten und dann zurückgenommen. Nach einer kurzen Kühlperiode wird die Form geöffnet, um die Gußprodukte auszustoßen. Nach dem Ausstoßen wird die Form geschlossen und der Einspritzdruck wird wiederum angelegt, um die Hohlräume zu füllen. Dieser Zyklus wird kontinuierlich wiederholt mit einer Frequenz, die von der Größe oder Form der Hohlräume und des zu schmelzenden Materials abhängt.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Fig. 10 und 11, um eine zweite Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. Da viele der Elemente dieser Ausführungsform denen der ersten Ausführungsform gleichen, werden die Elemente, die beiden Ausführungsformen gemeinsam sind, unter Verwendung der gleichen Bezugzeichen beschrieben und veranschaulicht, wie schematisch in Fig. 10 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform ist das schräge Ende 88 des Heizelementes 66 angrenzend an das hintere Ende 52 geerdet. Das Heizelement ist mit einer Konfiguration ausgestattet mit einem Doppeldurchlaufabschnitt 116 am vorderen Ende, dann mit einem Vierfachdurchlaufabschnitt 118, einem Doppeldurchlaufabschnitt 120 und schließlich mit einem anderen Vierfachdurchlaufabschnitt 122 angrenzend an das hintere Ende 52. Eine Füllstoffbuchse 94 ist und um den Doppeldurchlaufabschnitt 120 vorgesehen, um die Menge des erforderlichen Nickellegierungspulvers zu reduzieren.

Es ist verständlich, daß eine Sonde entsprechend dieser Ausführungsform mehr Wärme entlang seiner Länge bereitstellt, als eine Sonde entsprechend der ersten Ausführungsform, außer im angrenzenden Bereich zum vorderen Ende 72, wo beide im wesentlichen gleich sind.

Während die Beschreibung der Sonde 10 und das Verfahren zu dessen Herstellung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen erfolgte, ist das nicht in einem begrenzenden Sinn aufzufassen. Abänderungen und Modifikationen können gemacht werden. Zum Beispiel können ein Heizelement mit anderen Konfigurationen verwendet werden mit einer Mehrzahl von Abschnitten in Längsrichtung, die eine unterschiedliche Anzahl von Mehrfachdurchläufen haben. Auf die beigefügten Patentansprüche wird zur Definition der Erfindung Bezug genommen.

Claims (3)

1. Langgestreckte beheizte Spritzgußsonde mit einem im wesentlichen zylindrischen Außenkörper mit einem hinteren Ende und einem angespitzten vorderen Ende, einem elektrisch isolierten Heizelement, das sich mittig im Außenkörper erstreckt, wobei das Heizelement sich im wesentlichen in Längsrichtung im Außenkörper von einem äußeren elektrischen Anschluß her erstreckt, der an dem hinteren Ende des Außenkörpers angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß das sich in Längsrichtung erstreckende Heizelement (66) so in dem Außenkörper (68) angebracht ist, daß es mehrmals in einer gewünschten Konfiguration zurückgebogen ist, um ein Heizelement (66) mit einer Mehrzahl von länglichen Abschnitten (90, 92, 96, 98; 116, 118, 120, 122) vorbestimmter Länge zu schaffen, die eine unterschiedliche Anzahl von Mehrfachdurchläufen (80) aufweisen.

2. Beheizte Spritzgußsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (66) zumindest einen länglichen Abschnitt (96) mit einem einfachen Durchlauf (80) des Heizelementes (66) hat, das sich in Längsrichtung hindurch erstreckt, wobei der einfache Durchlauf (80) des Heizelementes (66) sich durch eine zylindrische Füllstoffbuchse (94) erstreckt, die eine vorbestimmte Länge und einen vorbestimmten Außendurchmesser hat.

3. Beheizte Spritzgußsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß hintere Ende (52) des Außenkörpers (68) eine Ausbau-Gewindebohrung (86) hat, die sich in den Außenkörper (68) hineinerstreckt.