WO2016096121A1

WO2016096121A1 - METALLSPRITZDÜSE ZUM SPRITZGIEßEN EINER FLÜSSIGEN METALL-KOMPONENTE

Info

Publication number: WO2016096121A1
Application number: PCT/EP2015/002518
Authority: WO
Inventors: Ingo Brexeler
Original assignee: Gebr. Krallmann Gmbh
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-06-23
Also published as: DE102014018793A1; EP3233332B1; EP3233332A1

Abstract

Eine Metallspritzdüse weist ein Düsenrohr auf, das einen Schmelzekanal bildet und das mittels zumindest einer Düsenrohrheizung beheizbar ist. Ferner ist ein Düsenkopf vorgesehen, der zumindest eine Düsenöffnung für den Schmelze-Austritt aufweist. Der Düsenkopf ist zumindest abschnittsweise auswechselbar und weist ein Grundteil, in dem ein mit dem Schmelzekanal in Verbindung stehender Durchgangskanal ausgebildet ist, und ein stromab des Grundteils angeordnetes Verteilerelement auf, wobei in dem Verteilerelement mehrere Zweigkanäle ausgebildet sind, die jeweils in einer Düsenöffnung münden.

Description

Me-ballspri-tzdüse zum Spritzgießen einer flüssigen

Metall -Komponente

Die Erfindung betrifft eine Metalispritzdüse zum Spritzgießen einer flüssigen Metall-Komponente, mit einem Düsenrohr, das einen Schmelzekanal bildet und das mittels zu- mindest einer Düsenrohrheizung beheizbar ist, und mit einem Düsenkopf, der zumindest eine Düsenöffnung für den

Schmelze-Austritt aufweist.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um eine Metallschmelze in einem Spritzgusswerkzeug zu verwenden. Dabei kann ein herzustellendes Bauteil entweder vollständig aus Metall

bestehen, alternativ ist es jedoch auch möglich, eine

Metall-Komponente an ein vorgefertigtes Bauteil anzu- spritzen, das beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann.

Um eine flüssige Metallschmelze ordnungsgemäß spritzen zu können, muss diese eine geringe Viskosität aufweisen, d.h. sehr fließfähig sein. Üblicherweise finden deshalb Metall- Legierungen Verwendung. Zusätzlich ist es notwendig, die Metall-Schmelze in der Metallspritzdüse, mit der sie in eine Kavität eines Werkzeugs oder einer Form eingespritzt wird, zu erwärmen bzw. auf einer vorbestimmten Temperatur und somit fließfähig zu halten.

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BESTÄTIGUNGSKOPIE Aus der DE 10 2012 009 790 AI ist eine Düse um Spritzen von Metall bekannt, die eine einzelne Düsenöffnung aufweist, die mittels eines Nadelventils verschlossen werden kann. Die Düsenöffnung ist dabei in einem Düsenkopf ausgebildet, der mittels einer Kühlvorrichtung gekühlt werden kann, so dass das im Angussbereich befindliche Metall erstarrt und in einem späteren Verfahrensschritt wieder durch Erwärmung verflüssigt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass es in der Praxis häufig gewünscht ist, die Anzahl und/oder die Lage der Düsenöffnungen in Abhängigkeit von dem zu spritzenden Bauteil zu verändern. Bei der Metallspritzdüse gemäß der DE 10 2012 009 790 AI ist es dazu notwendig, die Düse in ihrer Gesamtheit aus- zubauen, was nicht nur zeitaufwändig, sondern auch kostenintensiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metallspritzdüse der genannten Art zu schaffen, die in einfacher Weise an unterschiedliche Anforderungen bezüglich der herzustellenden Bauteile anpassbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Metallspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Düsenkopf zumindest abschnittsweise auswechselbar ist und ein Grundteil, in dem ein mit dem Schmelzekanal in Verbindung stehender Durchgangskanal ausgebildet ist, und ein stromab des Grundteils angeordnetes Verteilerelement aufweist, wobei in dem Verteiler- element mehrere Zweigkanäle ausgebildet sind, die jeweils in einer Düsenöffnung münden. Erfindungsgemäß wird von der Grundüberlegung ausgegangen, das Düsenrohr der Metallspritzdüse, das einen Schmelzekanal bildet, nicht einstückig mit dem Düsenkopf auszubilden, sondern den Düsenkopf entweder vollständig oder zumindest abschnittsweise auswechselbar am Düsenrohr anzubringen. Auf diese Weise ist es möglich, durch Auswechseln des Düsenkopfes die Anzahl der Düsenöffnungen und auch deren

relative Position an die Anforderungen des jeweils

herzustellenden Bauteils anzupassen.

Dabei ist vorgesehen, dass der Düsenkopf zumindest zweiteilig aufgebaut ist und ein Grundteil aufweist, in dem ein mit dem Schmelzekanal in Verbindung stehender Durchgangskanal ausgebildet ist. In das Grundteil kann zumindest ein Heizelement integriert seinv wobei es sich vorzugsweise um ein elektrisches Widerstands-Heizelement handelt. Alternativ oder zusätzlich dazu können auch Heizkanäle vorgesehen sein, die von einem heißen Fluid und insbesondere einer heißen Flüssigkeit durchströmt sind.

Auf der dem Düsenrohr abgewandten Seite des Grundteils und somit stromab des Grundteils ist ein Verteilerelement beispielsweise in Form einer Verteilerplatte angeordnet. In dem Verteilerelement sind mehrere Zweigkanäle ausgebildet, die jeweils in einer Düsenöffnung münden und auf ihrer stromauf liegenden Seite mit dem Durchgangskanal und somit mit dem Schmelzekanal verbunden sind. Das Verteilerelement ist vorzugsweise auswechselbar am Grundteil gehalten. Um die Metallspritzdüse an die spritztechnischen Anforderungen anzupassen, kann entweder der Düsenkopf in seiner Gesamtheit, d.h. einschließlich des Grundteils und des Verteilerelementes ausgetauscht werden, es ist jedoch auch möglich, das Grundteil zu belassen, und lediglich das Verteilerelement auszutauschen. Das Grundteil mit seinen gegebenenfalls integrierten Heizelementen kann zusammen mit unterschiedlichen Verteilerelementen verwendet werden, da das Grundteil im Wesentlichen eine Tragfunktion für das Verteilerelement bildet und dafür sorgt, dass die Metallschmelze auf einer vorgewünschten Temperatur gehalten wird. Falls bei speziellen Metallschmelzen sehr hohe Temperaturen gewünscht sind, kann es notwendig sein, auch das Grundteil auszuwechseln, was durch die lösbare Anbringung gewährleistet ist.

Üblicherweise wird bei Anpassung der Metallspritzdüse an die spritztechnischen Anforderungen jedoch lediglich das Verteilerelement vom Grundteil gelöst und gegen ein anderes Verteilerelement ausgetauscht.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Verteilerelement eine Verteilerkammer ausge- bildet ist, die vorzugsweise mit dem Durchgangskanal des Grundteils verbunden ist oder direkt an diese anschließt und von der aus die Zweigkanäle abzweigen.

Die Anzahl der Zweigkanäle ist grundsätzlich beliebig, jedoch hat sich in der Praxis bewährt, drei bis sieben und vorzugsweise vier oder fünf Zweigkanäle vorzusehen. Jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt.

Aufgrund der Auswechselbarkeit des Verteilerelementes ist es möglich, dass ein Benutzer an dem Grundteil wahlweise

Verteilerelemente unterschiedlicher Ausgestaltung anbringen kann. Die Verteilerelemente können dabei unterschiedliche Form und Größe besitzen. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch Verteilerelemente mit einer unterschiedlichen Anzahl und gegenseitigen Anordnung von Zweigkanälen und Düsenöffnungen verwendet werden. In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in dem Verteilerelement zumindest ein Kühlelement angeordnet ist. Bei dem Kühlelement kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere von einem gekühlten Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit durchströmte Kühlkanäle oder auch um ein elektrisches Kühlelement, beispielweise ein Peltier- Element handeln.

Vorzugsweise ist jedem Zweigkanal zumindest ein Kühlelement zugeordnet. Die Kühlelemente können dazu verwendet werden, die Metallschmelze im Bereich der Düsenöffnung bei Bedarf soweit abzukühlen, dass sie erstarrt und damit die Metallspritzdüse in thermischer Weise verschlossen wird. Wenn der Spritzgussvorgang fortgesetzt werden soll, wird die Kühlung der Metallschmelze unterbrochen und/oder die Metallschmelze erwärmt, wodurch sie sich wieder verflüssigt und die Düsenöffnungen wieder freigegeben sind.

Um einzelne Düsenöffnungen bei Bedarf zu verschließen oder verschlossen zu halten, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Kühlelemente einzeln und/oder gruppenweise ansteuerbar sind. Dies ermöglicht es, bei Bedarf nur einige der Düsenöffnungen durch Kühlung und Erstarren der Metallschmelze zu verschließen und/oder bei Bedarf nur einige der durch die erstarrte Metallschmelze verschlossenen Düsenöffnungen durch Verflüssigung der

Metallschmelze wieder freizugeben. Mit Hilfe des auswechselbaren Düsenkopfes bzw. des

auswechselbaren Verteilerelementes ist es auch möglich, Düsenköpfe bzw. Verteilerelemente zu verwenden, die auf ihrer dem Grundteil abgewandten Stirnseite, in der die Düsenöffnungen ausgebildet sind, unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen besitzen. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dem Grundteil abgewandte Stirnseite des Verteilerelementes eben und vorzugsweise in einem rechten Winkel zur Austritts- richtung der Metallschmelze ausgebildet ist.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die dem Grundteil abgewandte Stirnseite des Verteilerelementes zumindest einen hervorstehenden Ansatz aufweist, in dem zumindest eine Düsenöffnung ausgebildet ist. Somit ist die Stirnseite des Düsenkopfes bzw. des Verteilerelementes terrassenförmig strukturiert und kann damit hinsichtlich der Fließwege der Metallschmelze innerhalb des Düsenkopfes verändert und auch an die Geometrie eines zu spritzenden Bauteils angepasst werden.

Die Erfindung beschreibt somit einen auswechselbaren

Düsenkopf mit vorzugsweise mehreren Zweigkanälen für das Verteilen der Lotschmelze. Dabei sind die Zweigkanäle von integrierten in einer Ebene (2D) oder im Raum (3D) angeordneten Kanälen für ein Kühlmedium umgeben, die nach

Beendigung eines Einspritzvorgangs mit einem Kühlmedium durchströmt werden, so dass die Metallschmelze unterhalb des Erstarrungspunktes abkühlt. Der Düsenkopf wird be- vorzugt auf eine Temperatur von 5°C bis 100°C unterhalb der Solidustemperatur abgekühlt. Durch die darunterliegende Heizvorrichtung wird der Düsenkopf später bevorzugt auf 10°C bis 150°C oberhalb der Liquidustemperatur aufgeheizt. Um eine gleichmäßige Druckverteilung zu gewährleisten, können die Abschnitte an das zu spritzende Bauteil unter^¬ schiedliche Querschnitte aufweisen. Die Stirnseite des Düsenkopfes kann dabei zweidimensional als auch drei- dimensional ausgebildet sein.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine

erfindungsgemäße Metallsprit zdüse ,

Fig. 2 die Ansicht II der Stirnseite der

Memtallspritzdüse gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausgestaltung, Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht einer weiteren

Ausgestaltung der Metallspritzdüse und

Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechend stirnseitige

Ansicht einer abgewandelten Ausgestaltung.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Metallspritzdüse 10. Die Metallspritzdüse 10 besitzt ein nur teilweise dargestelltes Düsenrohr 11, in dem ein Schmelzekanal 12 ausgebildet ist, dem in nicht näher darge- stellter Weise eine Metallschmelze zugeführt wird, wie es durch den Pfeil S angedeutet ist. Auf der Außenseite des Düsenrohres 11 sind in dessen axialer Längserstreckung versetzt angeordnete Düsenrohr- heizungen 13 vorgesehen, bei denen es sich vorzugsweise um elektrische Widerstandsheizungen handelt.

An seinem in Strömungsrichtung der Metallschmelze stromab liegenden, gemäß Figur 1 linken Ende ist das Düsenrohr 11 an einen Düsenkopf 14 angeschlossen. Der Düsenkopf 14 weist ein an das Düsenrohr 11 angrenzendes Grundteil 15 auf, in dem ein Durchgangskanal 18 ausgebildet ist, der mit dem

Schmelzekanal 12 des Düsenrohres 11 fluchtet und stufenlos in diesen übergeht. In dem Grundteil 15 sind mehrere

Heizelemente 16 angeordnet, mit denen die im Durchgangskanal 18 befindliche Metallschmelze erwärmt bzw. auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden kann.

Auf seiner dem Düsenrohr 11 abgewandten, stromab liegenden Seite ist in dem Grundteil 15 eine Ausnehmung 21 ausgebildet .

Ein Verteilerelement 17, das beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein kann, besitzt einen zur Form der Aus^¬ nehmung 21 komplementären Ansatz 22, der in die Ausnehmung 21 unter enger Passung eingesetzt werden kann. Das Ver- teilerelement 17 kann an dem Grundteil 15 fixiert werden, wobei der Eingriff des Einsatzes 22 in die Ausnehmung 21 sicherstellt, dass das Verteilerelement 17 korrekt relativ zum Grundteil 15 positioniert ist. Im Inneren des Verteilerelementes 17 ist auf der stromauf liegenden Seite eine Verteilerkammer 19 ausgebildet, die mit dem Durchgangskanal 18 in Verbindung steht und glatt in diesen übergeht. Von der Verteilerkammer 19 zweigen mehrere Zweigkanäle 20 ab, die auf der dem Grundteil 15 abgewandten, stromab liegenden Stirnseite 26 des Verteilerelementes 17 jeweils unter Bildung einer Düsenöffnung 25 münden. Im Bereich der Düsenöffnungen 25 bzw. Mündungen sind in dem Verteilerelement 17 mehrere Kühlelemente 23, beispielsweise in Form von mit Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlkanälen ausgebildet. Die Kühlelemente 23 können einzeln und/oder gruppenweise angesteuert werden. Die stromab liegende Stirnseite 26 des Verteilerelementes 17 besitzt eine höhenmäßige Strukturierung mit zumindest einem hervorstehenden Ansatz 24, wobei in dem Ansatz 24 zumindest eine Düsenöffnung 25 ausgebildet ist. Figur 2 zeigt die stirnseitige Ansicht II der Metallspritzdüse 10 gemäß Figur 1. Daraus ist ersichtlich, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Zweigkanäle 20 mit vier Düsenöffnungen 25 vorgesehen sind, wobei die Düsenöffnungen 25 auf einem Kreisbogen liegen und jeweils zueinander um 90° versetzt angeordnet sind.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung bezüglich der Anordnung der Düsenöffnungen 25, wobei diese in einem beliebigen Muster auf der Stirnseite 26 des Verteiler- elementes 17 angeordnet sind.

Figur 4 zeigt ein Verteilerelement 17 mit einer grundsätzlich anderen Form, indem es als langgestreckter Quader ausgebildet ist, in dem fünf Düsenöffnungen 25 gleichmäßig in einer Reihe über die Höhe verteilt angeordnet sind. Figur 5 zeigt eine Abwandlung des Verteilerelementes 17 gemäß Figur 4, wobei nunmehr die fünf Düsenöffnungen 25 in beliebiger relativer Ausrichtung ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Zweigkanäle 20 und die Düsenöffnungen 25 so dimensioniert, dass an den Düsenöffnungen jeweils die gleiche Menge an Metallschmelze austritt.

Wenn die Metallspritzdüse 10 an andere spritztechnische Anforderungen angepasst werden soll, ist es in den meisten Fällen ausreichend, das Verteilerelement 17 von dem Grundteil 15 zu lösen und gegen ein anderes Verteilerelement auszuwechseln, das vorzugsweise eine andere Form und Größe und/oder eine unterschiedliche Anzahl und Anordnung von Zweigkanälen und Düsenöffnungen besitzt.

Nach Abschluss eines Spritzgussvorgangs werden die

Kühlelemente 23 in dem Verteilerelement 17 aktiviert, wobei die Metallschmelze, die sich im Bereich der Düsenöffnungen 25 innerhalb der Zweigkanäle 20 befindet, erstarrt, wodurch die Metallspritzdüse verschlossen ist. Wenn der Spritzgussvorgang wieder aufgenommen werden soll, werden die Kühlelemente 23 entweder abgeschaltet oder in ihrer Kühlwirkung reduziert und gegebenenfalls die Heizelemente 16 des Grundteils 15 aktiviert, wodurch die Metallschmelze, die sich in den Zweigkanälen 20 befindet, erwärmt wird und verflüssigt, so dass die Metallspritzdüse 10 wieder

freigegeben ist.

Claims

Patentansprüche

Metallspritzdüse (10) mit einem Düsenrohr (11), das einen Schmelzekanal (12) bildet und das mittels zumindest einer Düsenrohrheizung (13) beheizbar ist, und mit einem Düsenkopf (14), der zumindest eine Düsenöffnung (25) für den Schmelze-Austritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (14) zumindest abschnittsweise auswechselbar ist und ein Grundteil (15), in dem ein mit dem Schmelzekanal (12) in Verbindung stehender Durchgangskanal (18) ausgebildet ist, und ein stromab des Grundteils (15) angeordnetes Verteilerelement (17) aufweist, wobei in dem Verteilerelement (17) mehrere Zweigkanäle (20) ausgebildet sind, die jeweils in einer Düsenöffnung (25) münden.

Metallspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Grundteil (15) zumindest ein Heizelement (16) integriert ist.

Metallspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (17) auswechselbar am Grundteil (15) gehalten ist.

Metallspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundteil (15) wahlweise

Verteilerelemente (17) unterschiedlicher Form und Größe und/oder mit einer unterschiedlichen Anzahl und Anordnung von Zweigkanälen (20) und Düsenöff ungen (25) anbringbar sind.

5. Metallspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verteilerelement (17) eine Verteilerkammer (19) ausgebildet ist, von der aus die Zweigkanäle (20) abzweigen.

6. Metallspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verteilerelement (17) zumindest ein Kühlelement (23) angeordnet ist.

7. Metallspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zweigkanal (20) zumindest ein Kühlelement (23) zugeordnet ist.

8. Metallspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (23) einzeln und/oder gruppenweise ansteuerbar sind.

9. Metallspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Grundteil (15) abgewandte Stirnseite (26) des Verteilerelementes (17) eben ausgebildet ist.

10. Metallspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Grundteil (15) abgewandte Stirnseite (26) des Verteilerelementes (17) zumindest einen hervorstehenden Ansatz (24) aufweist, in dem zumindest eine der Düsenöffnungen (25) ausgebildet ist.