HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf Spritzgießen und insbesondere
auf einen Spritzgieß-Schmelzenverteiler, der einen integralen
beheizten Einlaßabschnitt aufweist.
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In einem Spritzgießsystem sind Stahlverteiler angebracht, die
einen Schmelzendurchlaß mit einem gemeinsamen Einlaß aufweisen
und die eine Anzahl von beabstandeten Auslässen aufweisen, um
die unter Druck stehende Schmelze, die von einer Gießmaschine
kommt, auf eine Anzahl verschiedener Anschnitte zu verteilen.
Jedes System kann einen oder mehrere Verteiler mit einem
Sortiment unterschiedlicher Konfigurationen haben, die von einer
Anzahl von Faktoren abhängt, wie z.B. der Anzahl der Anschnitte,
der Größe und Form der Werkzeughohlräume und der Art des zu
gießenden Materials. In vielen Fällen werden diese Verteiler
beheizt, um den Wärmeverlust auf den umgebenden gekühlten
Hohlraum und die Montageplatten zu kompensieren, und um eine
gleichförmige Temperatur der durchfließenden Schmelze
beizubehalten. Die kanadische Patentanmeldung der Ser.Nr. 2,017,055
von Gellert, die am 17. Mai 1990 eingereicht und mit "Injection
Molding Gast Manifold-Spritzgießverteiler" betitelt ist, zeigt
ein Beispiel eines Verteilers, das ein integrales elektrisches
Heizelement aufweist, das sich entlang einer gewundenen Bahn
erstreckt.
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Die kanadische Patentanmeldung mit der Serien Nr. 2,017,055
zeigt ebenfalls einen Verteiler mit einer Erweiterung, die sich
rückwärtig erstreckt, um eine Schmelze aus der Gießmaschine zu
erhalten. Die Verteilererweiterung weist kein Heizelement auf
und ist mit dem Verteiler mittels Schrauben befestigt. Die US-
Patente mit den Nummern 4,669,971 von Gellert, das am 2. Juni
1987 erteilt wurde und Nr. 4,777,348 von Gellert, das am 11.
Okt. 1988 erteilt wurde, offenbaren frühere Beispiele von
Verteilererweiterungen,
die mit dem Verteiler mittels Schrauben
befestigt sind. Das US-Patent Nr. 4,438,325 von Gellert zeigt
ein Heizvorrichtungsgußteil, das als eine Verteilererweiterung
wirkt, und das ein Heizelement aufweist, das getrennt vom
Heizelement im Verteiler ist. Während diese Konfiguration für
viele Anwendungen ausreicht, können Probleme beim Steuern der
Temperatur bei zwei verschiedenen Heizelementen und durch das
Befestigen der Verteilererweiterung mit dem Verteiler entstehen.
Außerdem besteht ein zunehmender Bedarf an Systemen, die eine
größere Anzahl von Anschnitten haben, was eine kompakte
Komponentengröße sogar kritischer gemacht hat.
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Aus der FR-A-1 379 104 ist ein Spritzgieß-Schmelzenverteiler
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dieser
vorbekannte Spritzgieß-Schmelzenverteiler weist einen sich hierdurch
erstreckenden und zu mehreren voneinander beabstandeten
Auslässen auf der vorderen Fläche abzweigenden Schmelzedurchlaß auf,
wobei der Verteiler einen Einlaßabschnitt aufweist, der sich
rückwärtig von der hinteren Fläche des Hauptabschnittes des
Verteilers erstreckt. Bei diesem aus dem Stand der Technik
vorbekannten Verteiler ist der Einlaßabschnitt nicht in dem
Verteiler als solcher integriert. Darüber hinaus ist das
Heizelement des vorbekannten Verteilers nicht in dessen
Einlaßabschnitt integriert.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, zumindest teilweise
die Probleme des Standes der Technik zu überwinden und zur
Kompensation des Wärmeverlustes der Schmelze eine ausreichende
Erwärmung vorzusehen.
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Dieses Problem wird gelöst durch einen
Spritzgieß-Schmelzenverteiler gemäß Anspruch 1.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele und weitere Verbesserungen der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Draufsicht von vier beheizten Sonden, die in
einem beheizten Verteiler entsprechend einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angebracht sind,
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Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht, die die Sonden und den
Verteiler entlang der Linie II-II in Fig. 1 und einem
Abschnitt der umgebenden Gießform zeigt, und
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Verteilers entlang der
Linie III-III in Fig. 1.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zunächst wird Bezug genommen auf Fig. 2, die einen
Schmelzenverteiler 10 entsprechend einer ersten Ausführungsform der
Erfindung zeigt, die in einer Gießform zwischen einem
Zentrierring 12 und einer Hohlraumplatte 14 angebracht ist. Der
Zentrierring 12 ist mittels Schrauben 16, die sich durch eine
Trägerplatte 18 in die Hohlraumplatte 14 erstrecken,
lagegesichert. Die Hohlraumplatte 14 und die Trägerplatte 18 werden
durch Pumpen von Kühlwasser durch Kühlkanäle 20 gekühlt.
Zusätzlich zu dem Zentrierring 12 ist der Verteiler 10 zentrisch
durch ein Zentrierteil 22 angeordnet, das in einem Sitz 24 in
der Hohiraumplatte 14 mittels einer Schraube 26 gesichert ist,
und das sich in einen Paßsitz 28 im Verteiler 10 erstreckt. Wie
allgemein bekannt ist, wird der beheizte Verteiler 10 mit einem
beträchtlichen Ausmaß thermisch von den umgebenden gekühlten
Komponenten der Gießform mittels einem isolierenden Luftraum 30
getrennt. Um einen Wärmeverlust zu vermindern, wird ein Stahl-
Stahl-Kontakt zwischen den inneren beheizten Komponenten und
den sie umgebenden äußeren gekühlten Komponenten minimiert.
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Wie auch aus Fig. 1 zu ersehen ist, hat in dieser
Ausführungsform der Erfindung jeder Verteiler 10 vier beheizte Sonden 32,
die sich durch den Verteiler 10 hindurcherstrecken. Wie in der
kanadischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 2,032,728 von
Gellert, die am 19.12.90 mit dem Titel "Injection Molding Probe
with Varying Heat Profile-Spritzgießsonde mit veränderlichem
Wärmeprofil" eingereicht wurde, beschrieben ist, erstreckt sich
jede Sonde 32 durch eine Bohrung 34 durch den Verteiler 10
hindurch in einen Schacht 36 in der Hohlraumplatte 14. Wie in Fig.
2 zu ersehen ist, führt jeder Schacht 36 zu einem Anschnitt 38,
der sich durch die Hohlraumplatte 14 zu einem Hohlraum 40 hin
erstreckt. Während das gezeigte System vier Sonden 32 aufweist,
die mit vier Anschnitten 38 fluchten, die zu vier verschiedenen
Hohlräumen 40 führen, können andere Systeme eine
unterschiedliche Anzahl von Anschnitten 38 haben, und die Anschnitte können
alle zu einem gemeinsamen größeren Hohlraum führen. Jede Sonde
32 weist einen langgestreckten zylindrischen vorderen Abschnitt
42 und einen hinteren Kopfabschnitt 44 mit größerem Durchmesser
auf. Der hintere Kopfabschnitt 44 weist einen sich nach außen
hin erstreckenden elektrischen Anschluß 46 auf, um eine
Zuleitung 48 von einer äußeren Stromquelle (nicht gezeigt)
aufzunehmen. Der vordere Abschnitt 42 hat ein spitzes vorderes Ende 50,
das mit dem Anschnitt 38 ausgerichtet ist. Der vordere
Abschnitt 42 der Sonde 32 ist präzise in dieser Position mittels
einer Zentner- und Isolierhülse 52 angeordnet, die in dem sie
umgebenden Schacht 36 eingepaßt ist. Wie in der zuvor erwähnten
kanadischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 2,032,728
gezeigt ist, hat die Zentner- und Isolierhülse 52 drei radial
angeordnete Rippen 54, die sich einwärts erstrecken, um den
vorderen Abschnitt 42 der Sonde 32 zu berühren, wobei die
Schmelze zwischen den Rippen hindurchfließen kann. Ein
Thermopaar 56 erstreckt sich in einer Bohrung 58 in eine der Rippen
54 hinein, um die Temperatur der hindurchfließenden Schmelze zu
überwachen.
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Durch Verschrauben des Zentrierringes 12 mit den hinteren Enden
60 der Sonden 32 werden ebenfalls der Verteiler 10 und die
Sonden 32 in Längsrichtung präzise fixiert. Der Kopfabschnitt 44
jeder Sonde 32 weist eine Schulter 62 auf, die an den Verteiler
10 anstößt. Jede Zentrierhülse 52 weist einen hinteren
Bundabschnitt 64 auf, der sich nach außen hin zwischen dem Verteiler
10 und der Hohlraumplatte 14 erstreckt. Somit kann der
Verteiler 10 die wiederholten Einspritzkräfte von der Gießmaschine
(nicht gezeigt) ohne Störung der präzisen Stellung der spitzen
vorderen Enden 50 der Sonden 32 bezüglich ihrer jeweiligen
Anschnitte 38 aufnehmen. Der Druck, der auf die hinteren
Bundabschnitte 64 der Zentrierhülsen 52 durch die Schrauben 26
aufgebracht wird, dichtet außerdem gegenüber der unter Druck
stehenden Schmelze, die durch den Schmelzendurchlaß 66 strömt, ab.
Der Schmelzendurchlaß 66 verzweigt aus einem gemeinsamen Einlaß
68 in den Verteiler 10 und erstreckt sich durch jede
Zentrierhülse 52 in den Schacht 36 des jeweiligen Anschnittes 38. Jede
Bohrung 34 im Verteiler 10 weist einen hinteren Abschnitt 70
und einen vorderen Abschnitt 72 mit einem größeren Durchmesser
auf. Der Durchmesser des hinteren Abschnittes 70 ist gerade
groß genug, um bündig den vorderen Abschnitt 42 der Sonde 32
aufzunehmen, um ein Lecken der unter Druck stehenden Schmelze
zwischen ihnen zu verhindern. Der Durchmesser des vorderen
Abschnittes 72 nimmt den Innendurchmesser der Zentrierhülse 52
auf und ist groß genug, um ein Fließen der Schmelze durch den
Schmelzdurchlaß 66 um den vorderen Abschnitt 42 der Sonde 32
herum zu gestatten.
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Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 3, die einen Verteiler 10
entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
zeigt. Der Verteiler 10 weist einen Hauptabschnitt 74 und einen
integralen Einlaßabschnitt 76 auf. Der Hauptabschnitt 74 hat
eine vordere Fläche 78 und eine hintere Fläche 80. Der
Einlaßabschnitt 76 weist eine zylindrische Außenfläche 82 auf und
erstreckt sich rückwärtig von der hinteren Fläche 80 des
Hauptabschnitts 74 zu einem hinteren Ende 84. Der Schmelzendurchlaß 66
erstreckt sich zentrisch durch den zylindrischen
Einlaßabschnitt 76 vom Einlaß 68 zum hinteren Ende 84 und verzweigt in
den Hauptabschnitt 74 in vier beabstandete Auslässe 86 (Fig. 2)
auf der vorderen Fläche 78.
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Der Verteiler 10 weist ebenso ein integrales elektrisches
Heizelement 88 auf, das sich von einem äußeren Anschluß 90 sowohl
durch den Hauptabschnitt 74 und den integralen Einlaßabschnitt
76 erstreckt. In dieser Ausführungsform der Erfindung hat das
Heizelement 88 einen vorderen Abschnitt 92, einen mittleren
Abschnitt 94 und einen hinteren wendelförmigen Abschnitt 96. Der
vordere Abschnitt 92 erstreckt sich von dem äußeren Anschluß 90
entlang einer gewundenen Bahn 98 (Fig. 1) benachbart zu der
vorderen Fläche 78 des Hauptabschnitts 74 des Verteilers 10.
Der mittlere Abschnitt 94 des Heizelementes 88 erstreckt sich
dann rückwärtig durch den Hauptabschnitt 74 des Verteilers 10
zu einem hinteren wendelförmigen Abschnitt 96, der sich um den
zylindrischen Einlaßabschnitt 76 des Verteilers 10 herum
erstreckt. In dieser Ausführungsform weist das Heizelement 88
einen Nickel-Chrom-Widerstandsdraht 100 auf, der mit dem hinteren
Ende des Heizelementes geerdet ist. Der Widerstandsdraht 100
erstreckt sich durch ein feuerbeständiges Pulver, wie z.B.
Magnesiumoxid, in ein Stahigehäuse 102 hinein. In einer anderen
Ausführungsform kann sich der vordere Abschnitt des
Heizelementes entlang einer gewundenen Bahn benachbart zu der hinteren
Fläche 80 des Hauptabschnittes 74 des Verteilers erstrecken und
dann direkt mit dem hinteren wendelförmigen Abschnitt des
Heizelementes verbunden werden, das sich um den zylindrischen
Einlaßabschnitt des Verteilers herum erstreckt.
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Ein Verteiler 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
wie folgt hergestellt. Der Hauptabschnitt 74 und der
zylindrische Einlaßabschnitt 76 werden aus Stahl gefertigt. Der
Hauptabschnitt wird mit einer Tiefbohrung versehen und
verschlossen, um den Schmelzendurchlaß 66 zu bilden ähnlich zu dem
Verfahren, das in dem US-Patent Nr. 4,609,138 von Harrison, das
am 2. Sept. 1986 erteilt wurde, beschrieben ist. Eine
Auskehlung
104 ist entlang einer vorbestimmten gewundenen Bahn 98 in
der vorderen Fläche 78 des Hauptabschnittes 74 eingebracht. Die
Montage eines elektrischen Heizelementes in einen Verteiler
eingebrachte Auskehlung ist in dem US-Patent Nr. 4,688,622 von
Gellert, das am 25. August 1987 erteilt wurde, beschrieben.
Eine Bohrung 106 wird von dieser Auskehlung 104 durch den
Hauptabschnitt 74 des Verteilers 10 gebohrt, um die Auskehlung
mit einer spiralförmigen Auskehlung 108 zu verbinden, der um
die zylindrische Außenfläche 82 des Einlaßabschnittes 76 des
Verteilers eingebracht ist. Die Montage eines elektrischen
Heizelementes in einer spiralförmigen Auskehlung, die in die
Fläche einer zylindrischen Düse eingebracht ist, ist in dem US-
Patent Nr. 4,768,283 von Gellert, das am 6. Sept. 1988 erteilt
wurde, offenbart. Nachdem das Heizelement in die spiralförmige
Auskehlung 108 um den Einlaßabschnitt 76 gewunden wurde, wird
es durch die Bohrung 106 durch den Hauptabschnitt 74
hindurchgezogen, und der Einlaßabschnitt 76 wird auf dem Hauptabschnitt
74 angebracht. Das Heizelement wird dann in der Auskehlung 104
im Hauptabschnitt 74 gewunden, und der äußere Anschluß 90 wird
montiert, wie es in dem US-Patent Nr. 4,837,925 von Gellert,
das am 13. Juni 1989 erteilt wurde, beschrieben ist. Wie am
besten in Fig. 3 zu sehen ist, weist in dieser Ausführungsform
die spiralförmige Auskehlung 108 einen ausgedehnten Abschnitt
110 auf, der nahe dem hinteren Abschnitt 84 des
Einlaßabschnittes 76 liegt, wobei mehrere Windungen 112 des hinteren
wendelförmigen Abschnittes 96 des Heizelementes 88 nebeneinander
gewunden sind. Dieses ergibt eine zusätzliche Wärme, um den
Wärmeverlust durch den Kontakt mit dem Zentrierring 12 zu
kompensieren. Verschiedene Wärmeanteile können auch an verschiedene
Stellen abgegeben werden durch Einarbeiten der spiralförmigen
Auskehlung 108 mit einem vorbestimmten sich verändernden
Steigung.
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Dann wird ein Nickellegierungs-Hartlötmaterial auf die
Außenflächen der zusammengesetzten Haupt- und Einlaßabschnitte 74,
76 aufgetragen, bevor sie in einem Vakuumofen in Chargen
erwärmt werden. In dieser Ausführungsform wird der Ofen, da er
allmählich auf eine Temperatur von annähernd 2000ºF erwärmt
wird, auf ein relativ hohes Vakuum ausgepumpt, um nahezu den
gesamten Sauerstoff zu entfernen. Bevor der Schmelzpunkt der
Nickellegierung erreicht ist, wird das Vakuum durch teilweises
Füllen des Ofens mit einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff,
reduziert. Wenn die Nickellegierung schmilzt, fließt sie durch
Kapillarwirkung um das Heizelement 88 herum, um die Bohrung 106
und die Auskehlungen 104, 106 zu füllen und um einstückig das
Heizelement 88 einzubetten. Die geschmolzene Nickellegierung
fließt auch zwischen dem Hauptabschnitt 74 und den
Einlaßabschnitt 76, um diese einstückig miteinander zu verbinden. Das
Hartlöten in einem Vakuumofen schafft eine metallurgische
Verbindung der Komponenten, was die Wirksamkeit der
Wärmeübertragung vom Heizelement 88 verbessert. Nachdem die Verteiler 10
gekühlt und sie aus dem Vakuumofen entnommen worden sind,
werden sie bearbeitet, um überschüssiges Material zu entfernen.
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Bei der Verwendung ist das Einspritzgießsystem so montiert, wie
es in Fig. 2 gezeigt ist. An das Heizelement 88 im Verteiler 10
und an das Heizelement in jeder Sonde 32 wird elektrische
Energie angelegt, um diese auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur
zu erwärmen. Dann wird eine unter Druck stehende Schmelze aus
einer Gießmaschine (nicht gezeigt) in den Schmelzendurchlaß 66
über den gemeinsamen Einlaß 68 entsprechend einem vorbestimmten
Zyklus in herkömmlicher Weise eingespritzt. Die unter Druck
stehende Schmelze fließt durch den erwärmten Verteiler 10, wo
sie sich verzweigt, um jede erwärmte Sonde 32 herum und durch
die Anschnitte 38, um die Werkzeughohlräume zu füllen. Nachdem
die Hohlräume gefüllt sind, wird der Einspritzdruck zum
Verdichten vorübergehend gehalten, und dann gelöst. Nach einer
kurzen Kühlperiode wird die Form geöffnet, um die gegossenen
Erzeugnisse auszustoßen Nach dem Ausstoßen wird die Form
geschlossen und der Einspritzdruck wird wieder angelegt, um die
Werkzeughohlräume 40 zu füllen. Dieser Zyklus wird
kontinuierlich wiederholt mit einer Frequenz, die von der Größe und Form
der Werkzeughohlräume und der Art des zu gießenden Materials
abhängt.
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Obwohl die Beschreibung des beheizten Verteilers bezüglich
einer bevorzugten Ausführungsform vorgenommen wurde, ist es
augenscheinlich, daß unterschiedliche Modifikationen möglich
sind, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen, wie vom
Fachmann zu verstehen ist und wie es in den nachfolgenden
Ansprüchen definiert ist. Zum Beispiel ist es offensichtlich, daß
eine Anzahl von Verteilern entsprechend der Erfindung in einem
Spritzgießsystem verwendet werden kann, um eine Schmelze aus
einem gemeinsam überbrückenden Verteiler zu erhalten, der
wiederum eine Schmelze aus einer Gießmaschine erhält. Dieses
vervielfacht die Anzahl der Werkzeughohlräume, die zur gleichen
Zeit gefüllt werden können, behält aber die Vorteile der
vorliegenden Erfindung, daß jeder Verteiler sehr kompakt ist und
daß die Haupt- und Einlaßabschnitte 74, 76 einstückig oder
monolithisch sind und ein gemeinsames Heizelement aufweisen, bei.