CH656573A5

CH656573A5 - Verfahren zur herstellung einer heizsonde fuer spritzgussmaschinen sowie eine nach dem verfahren hergestellte heizsonde.

Info

Publication number: CH656573A5
Application number: CH2371/82A
Authority: CH
Inventors: Jobst Ulrich Gellert
Original assignee: Gellert Jobst U
Priority date: 1981-05-08
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1986-07-15
Also published as: IT8220881A0; GB2098113A; NL190188B; NL190188C; FR2505599A1; IT1150874B; US4376244A; NL8201455A; FR2505599B1; DE3214884C2; JPS6181924U; JPS57191033A; CA1163073A; DE3214884A1; JPH0144132B2; GB2098113B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Heizsonde für eine Spritzgussmaschine gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Heizsonde gemäss Oberbegriff des Anspruches 6.

Es sind bisher Patronenheizkörper bekannt, zu deren Herstellung in einem Gehäuse elektrische Heizdrähte durch ein Wärmeübertragermetall hindurchgeführt werden, das dann durch Gesenkschmieden verdichtet bzw. kompaktiert wird, so dass Hohlräume beseitigt werden, was den Wärmeübergang verbessert (z.B. US-PS 2 831 951). Wie seit kurzer Zeit bekannt, wurde dieses Konzept für eine Heizsonde benutzt, welche sich in einem Heissangussdurchgang erstreckt, um die Temperatur von unter Druck befindlichem Schmelz-fluss in Längsrichtung um denselben herum zu einer Angussöffnung aufrechtzuerhalten. Bei einer derartigen Anwendung ist der Wärmeübergang bzw. die Wärmeableitung von den elektrischen Heizdrähten oder -elementen weg zum äusseren Gehäuse natürlich von grosser Bedeutung. Wird die Hitze nicht schnell und ausreichend das gesamte Heizelement entlang abgeleitet, so entwickelt sich eine «Heissstelle» oder ein «heisser Fleck» und damit ein Ausbrand, was ein Auswechseln erforderlich macht. Es ist weiterhin wünschenswert, dass das äussere Gehäuse entlang seiner Länge auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird.

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damit die Wirkung der Wärmeableitung an die umgebende Schmelze verbessert wird und auch jegliche Verschlechterung der Schmelze infolge Überhitzung, insbesondere bei Maschinenbau- und anderen schwer zu schmelzenden Materialien vermieden wird. Einige dieser Sonden oder stabförmi-gen Heizer werden dadurch ausgebildet, dass ein durch Gesenkschmieden hergestellter zylindrischer Patronenheizkörper in einen hohlen äusseren Torpedokörper eingesetzt wird. Dieses hat jedoch den Nachteil, dass der äussere Körper zum Aufnehmen des Patronenheizkörpers gross genug ausgeführt sein muss, wodurch dann ein Spalt oder ein Luftraum zwischen denselben vorliegt. Obwohl hierbei in vorteilhafter Weise ausgebrannte Patronenheizkörper schnell ersetzt werden können, so ist demgegenüber nachteilig, dass der Luftraum als Isolator wirkt. Es sind daher Versuche unternommen worden, einen konisch ausgebildeten Heizkörper in eine entsprechend konisch ausgebildete Bohrung einzusetzen oder sogar einen z.B. geteilten Band- oder Mantelheizkörper zu verwenden. Die Beseitigung des isolierenden Luftraumes oder -spaltes erfolgt dadurch jedoch nicht.

Es ist weiterhin z.B. aus der US-PS Nr. 3 970 821 bekannt, eine Heizsonde durch Gesenkschmieden eines Torpedokörpers oder -gehäuses unmittelbar über dem Magnesiumoxyd herzustellen, durch welches sich das Heizelement erstreckt. Obwohl dadurch der isolierende Luftspalt in einem gewissen Ausmass verkleinert werden kann, so wird kein ausreichendes Gleichgewicht der Wärmeleitung zwischen den Seiten und dem spitzen Ende der Sonde hergestellt. Die Wärmeableitung nach den Seiten der Sonde ist sogar erheblich grösser als durch das Magnesiumoxydpulver zum spitzen Ende der Sonde.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik auf diesem Gebiet zu beseitigen und ein Verfahren zur Herstellung einer Heizsonde sowie eine Heizsonde der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Wärmeableitung an den äusseren Körper, insbesondere im an das benachbarte Ende angrenzenden Bereich erleichtert.

Die Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 1 und für die Heizsonde der eingangs genannten Art erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 6 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäs-sen Verfahrens können mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5 und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsge-mässen Heizsonde können durch die Merkmale der Ansprüche 6 bis 10 erreicht werden.

Die Erfindung ist nachstehend in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer Spritzgusseinrichtung mit einer Heizsonde in schematischer Darstellung im Schnitt,

Fig. 2 bis 5 jeweils eine Heizsonde entsprechend einer Folge von Herstellungsschritten derselben in schematischer Darstellung im Schnitt und

Fig. 6 einen Satz von Einbaueinheiten fertig zum Einsetzen in einen Vakuumschmelzofen.

Gemäss Figur 1 ist eine Heizsonde oder Stabheizung 10 in eine Spritzgusseinrichtung eingesetzt. In der Einrichtung fliesst unter Druck stehende Schmelze z.B. von einer nicht-dargestellten Schmelz- oder Giesseinrichtung durch einen Heissangussdurchgang 12, der sich zwischen einer Sonden-halteplatte 13 und einer Angussplatte 14 durch einen Angusseinsatz 15 hindurch erstreckt, und in eine Matrize 16 durch eine Angussöffnung 18. Der Angusseinsatz 15 wird durch eine Halteplatte 19 festgehalten und durch Wasser gekühlt, das durch eine Leitung 20 fliesst. Die Matrizenplatte 21 wird in ähnlicher Weise durch ein nicht-dargestelltes Kühlmittel gekühlt. Die langgestreckte Heizsonde 10 sitzt in der Son-

denhalteplatte 13 und erstreckt sich in einem Abschnitt des Heissangussdurchganges 12, durch welchen der Schmelzfluss an der Heizsonde 10 vorbei zur Angussöffnung 18 fliesst.

Die Heizsonde 10 besitzt einen Aussenkörper 22 und eine innere Heizeinrichtung 24 und dazwischen eine Füllung von hochleitfähigem Material, d.h. Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung ist. Der langgestreckte Aussenkörper 22 ist im allgemeinen zylindrisch mit einem Flanschteil an seinem äusseren Ende 30 und einer scharfen Spitze 32 an seinem inneren zweiten Ende 34 ausgebildet. Der Aussenkörper ist hohl, sodass eine Bohrungsöffnung oder ein Schacht 36 gebildet ist, der sich von dem offenen äusseren Ende 30 zu dem geschlossenen inneren Ende 34 erstreckt. Der Schacht 36 hat eine im allgemeinen zylindrisch ausgebildete Wand 38, besitzt jedoch einen im Querschnitt vergrösserten Abschnitt 40 nahe dem äusseren Ende und einen im allgemeinen konischen Abschnitt 42, der sich in die scharfe Spitze am inneren Ende 34 erstreckt.

Die innere Heizeinrichtung 24 besteht in üblicher Weise aus einem Heizelement, z.B. einer elektrischen Heizwicklung 44, die sich der Länge nach durch ein Wärmeübertragermaterial 45 erstreckt, das sich in einem im allgemeinen zylindrischen Aussengehäuse 47 befindet. In der vorliegenden Aus-führungsform ist das Wärmeübertragungsmaterial 45 z.B. Magnesiumoxydpulver und die Heizeinrichtung 24 ist in üblicher Weise gesenkgeschmiedet, wodurch das Magnesiumoxydpulver um das Heizelement 44 herum verdichtet bzw. zusammengepresst ist.

Zwischen der Heizeinrichtung 24 und dem Aussenkörper 22 befindet sich ein Zwischenraum bzw. ein Spalt 46, der mit einem Material 28 hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist. Ein Abschnitt 48 des Zwischenraumes 46 zwischen dem zylindrischen Aussengehäuse 47 der Heizeinrichtung 24 und der zylindrischen Wand 38 des Schachtes 36 ist gerade gross genug, damit ausreichend Spiel zum Einsetzen der Heizeinrichtung 24 in den Schacht 36 verbleibt. Ein weiterer im allgemeinen konisch ausgebildeter Abschnitt 50 des Zwischenraumes 46 ist an derjenigen Stelle ausgebildet, an der sich das Ende 52 der im allgemeinen stumpf ausgebildeten Heizeinrichtung 24 befindet, d.h. sich nicht mehr in den konischen Abschnitt 42 des Schachtes 36 erstreckt. Der gesamte Zwischenraum 46 ist mit dem hochleitfähigen Material 26 gefüllt, das den Wärmeübergang zwischen der Heizeinrichtung 24 und dem Aussenkörper 22 insbesondere zur scharfen Spitze 32 des Aussenkörpers 22 beträchtlich erhöht. In der vorliegenden Ausführungsform ist das hochleitfähige Material 26 Kupfer und der Aussenkörper 22 ist aus rostfreiem Stahl hergestellt.

Das elektrische Heizelement 44 der Heizeinrichtung 24 ist mit Zuleitungen 54 verbunden, welche sich durch eine keramische Verschlusskappe 56 und nach aussen durch eine Gummidichtung 58 hindurch bis zu einer äusseren elektrischen Stromquelle (nicht gezeigt) erstrecken. Die keramische Verschlusskappe 56 liegt an dem einen Ende der Heizeinrichtung 24 an, wodurch eine gewisse Isolierung geschaffen ist, und ist durch die Gummidichtung 58 abgedeckt, die im vergrösserten Abschnitt 40 des Schachtes 36 am äusseren Ende 30 des Aussenkörpers 22 sitzt. Die Rückhaltespalte 13 weist einen Sitz 60 auf, der den Flanschteil 28 des Aussenkörpers 22 in einer Stellung aufnimmt, in welcher die Heizsonde 10 im Heissangussdurchgang 12 zentriert ist und in welcher die scharfe Spitze 32 sich in einem gewünschten bzw. erforderlichen Abstand von der Angussöffnung 18 befindet. Die Heizsonde 10 wird in dieser Lage durch übliche Mittel (nicht gezeigt) festgehalten.

Bei Betrieb beginnt das Spritzgiessen nach dem Zusammenbau des Systems, wie es oben beschrieben wurde, mit einer oder mehreren Gesenkplatten bzw. Matrizen. Die unter

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Druck stehende Schmelze wird aus einer Giessmaschine zugeführt und fliesst durch den Heissangussdurchgang 12, in welchem sie an der Aussenseite der Heizsonde 10 entlang läuft. Die Wärme der Heizsonde 10 hält die Schmelze im geschmolzenen Zustand bis sie an der Spitze 32 des Aussenkörpers 22, durch die Angussöffnung 18 und in die Matrize 16 hinein gelangt. Wenn die Matrize 16 gefüllt ist, hört der Fluss auf und die Schmelze wird vom Druck entlastet, das Material erstarrt in der Angussöffnung und die Gussform wird zum Ausstoss des spritzgegossenen Produktes geöffnet. Dann wird die Gussform wieder geschlossen, die Schmelze wieder unter Druck gesetzt, sodass sie an der heissen Spitze 32 vorbei in die Matritze fliesst und der Prozess sich wiederholt.

Im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben, in welchem eine Reihenfolge von Schritten zur Herstellung der Heizsonde 10 erläutert wird. Gemäss Figur 2 wird ein zylindrisches Metallstück 62 einer vorbestimmten Menge von Kupfer in den Schacht 36 des Aussenkörpers 22 eingebracht (siehe Pfeilrichtung). Der Aussenkörper 22 wird dann unter einem Unterdruck in einer aufrechten Stellung in einem Vakuumschmelzofen 64 (Fig. 6) auf eine mit Schmelzen des Kupfers ausreichende Temperatur erhitzt. Es wird eine Kupfermenge gewählt, die den konisch ausgebildeten Abschnitt 50 des Raumes 46 am spitzen Ende 32 des Aussenkörpers 22 ausfüllt. Beim Füllen des Abschnittes 50 unter dem Unterdruck schmilzt das Kupfer an den rostfreien Stahl des Aussenkörpers 22 an, sodass eine Bindung zwischen diesen mit ausgezeichneten Wärmeübergangscharakteristiken gebildet wird.

Nachdem der Aussenkörper 22 aus dem Schmelzofen entnommen ist, wird eine Büchse 66 aus einer ebenfalls vorbestimmten Menge von Kupfer in den vergrösserten Abschnitt 40 des Schachtes 36 eingesetzt. Wie Fig. 3 und 4 weiterhin zeigen, wird dann die innere Heizeinrichtung 24 in den

Schacht 36 durch die Büchse 66 hindurch eingesetzt, bis ihr stumpfes inneres Ende 52 gegen das bereits im Schacht bzw. im Abschnitt 50 desselben befindliche Kupfer stösst. Dann wird die keramische Verschlusskappe 56 eingesetzt und ihrer s Stellung gegenüber der Heizeinrichtung 24 fixiert. Das so zusammengebaute System wird dann wiederum in den Vakuumschmelzofen 64 eingesetzt und in aufrechter Stellung unter Unterdruck in Gegenwart eines inerten Gases bis zum Schmelzen der Kupferbüchse 66 erhitzt. Dabei fliesst das io Kupfermetall abwärts zwischen das zylindrische äussere Gehäuse 47 der Heizeinrichtung 24 und die zylindrische Wand 38 des Schachtes 36 herab. Das zuvor eingebrachte Kupfer schmilzt wieder auf und das neu hinzugekommene Kupfer verschmilzt mit demselben sowie mit dem Aussengehäuse 47 15 und der Wand 38 des Schachtes 36. Zusätzlich zu der verbesserten Bindung zwischen den Materialien gewährleistet das Füllen unter Vakuum, dass das Kupfer in alle Öffnungen hineinfliesst und dort die Luft verdrängt, sodass isolierende Lufträume unterhalb der Heizeinrichtung 24 und um diesel-20 be herum vermieden werden. Wie Fig. 5 zeigt, verbleibt ein Luftraum 68, wenn das Kupfer um die Heizeinrichtung 24 herum herabläuft, jedoch ist seine isolierende Wirkung kein Problem, weil dieser Luftraum sich in der Nähe des äusseren Endes 30 befindet, wo ein maximaler Wärmeübergang nor-25 malerweise nicht erforderlich ist. Vielmehr schützt dieser Luftraum 68 die keramische Verschlusskappe 56 vor übermässigem Wärmeverlust an diesem Ende der Heizeinrichtung 24. Nachdem das Kufper aufgeschmolzen ist und herabrinnt, wird die zusammengebaute Einrichtung aus dem 30 Schmelzofen entnommen und abgekühlt, sodass sich nach Erstarrung des Kupfers eine eingebaute Heizsonde 10 ergibt. Danach wird eine Silikonkautschukdichtung 58 aufgesetzt, um ein Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Wie Fig. 6 zeigt, können nicht nur einzelne zusammengebaute 35 Einheiten sondern auch ganze Chargen derselben produziert werden.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer langgestreckten Heizsonde zum Einbau in eine Spritzgussmaschine mit einer langgestreckten, zylindrischen Heizeinrichtung (24), die in einen zentralen Schacht (36) in einem langgestreckten korrosionsfesten Aussenkörper (22) eingesetzt ist und mit einem Raum (46) zwischen denselben, der mit einem Material (26) hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist, wobei der Aussenkörper (22) ein offenes äusseres erstes Ende (30) und ein geschlossenes inneres zweites Ende (34) mit einer scharf geformten Spitze (32) besitzt, der Raum (46) zwischen der Heizeinrichtung (24) und dem Aussenkörper (22) einen konisch ausgebildeten Abschnitt (50) zwischen dem spitzen Ende (34) des Aussenkörpers (22) und der Heizeinrichtung (24) aufweist, die in diesem Bereich mit einem stumpfen Ende (52) angrenzt, und die Heizeinrichtung (24) ein elektrisches Heizelement (44) besitzt, das sich von äusseren Zuführungen (54) durch das offene äussere erste Ende (30) des Aussenkörpers (22) und durch ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit in einem zylindrischen Gehäuse (47) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass man a) eine vorbestimmte Menge (62) eines Materials hoher Wärmeleitfähigkeit in den Schacht (36) im Aussenkörper (22) einbringt,

b) den Aussenkörper (22) in einer aufrechten Stellung erhitzt, bis das Material hoher Wärmeleitfähigkeit schmilzt und den konisch ausgebildeten Abschnitt (50) des Raumes (46) am spitzen Ende (34) des Aussenkörpers (22) ausfüllt,

c) die Heizeinrichtung (24) in den Schacht (36) im Aussenkörper (22) einsetzt, wobei eine Menge eines Materials hoher Wärmeleitfähigkeit im Bereich des äusseren ersten Endes (30) des Aussenkörpers (22) angeordnet wird,

d) die zusammengebauten Teile (66; 24; 36; 22) in einer aufrechten Stellung unter Unterdruck bis zum Aufschmelzen des im Bereich des äusseren ersten Endes (30) angeordneten Materials hoher Wärmeleitfähigkeit erhitzt, bis dasselbe abwärts fliesst, wodurch der Raum (46) zwischen der Heizeinrichtung (24) und dem Aussenkörper (22) im wesentlichen gefüllt wird, und e) die zusammengebauten Teile zur Erstarrung des Materials hoher Wärmeleitfähigkeit abkühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzungsschritte b und d in einem Vakuumschmelzofen durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Material hoher Wärmeleitfähigkeit im Verfahrensschritt c durch eine Büchse (66) aus dem Material hoher Wärmeleitfähigkeit vorgegeben wird, welche die Heizeinrichtung (24) umgibt.
4. Verfahren nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (44) im wesentlichen entlang der gesamten Länge der Heizeinrichtung (24) eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material hoher Wärmeleitfähigkeit Kupfer ist und der Aussenkörper (22) aus rostfreiem Stahl besteht.
6. Langgestreckte Heizsonde zum Einbau in eine Spritzgussmaschine, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, die bestimmt ist, sich zentral in einem Abschnitt eines Heissangussdurchganges zu erstrecken, durch welchen unter Druck stehende Schmelze an der Heizsonde entlang zu einer Angussöffnung fliesst, die zu einer Matrize führt, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein langgestreckter hohler Aussenkörper (22) mit einem ersten (30) und einem zweiten Ende (34) vorliegt, der einen Schacht (36) besitzt, der sich vom ersten Ende (30) zum geschlossenen, eine scharfe, in Richtung des Schmelzflusses verlaufende Spitze (32) aufweisenden zweiten Ende (34) erstreckt, der Schacht (36) eine zylindrische Innenwand (38) besitzt, jedoch an einem konischen Abschnitt (42) im Bereich der Spitze (32) des zweiten Endes (34) endet, und das erste Ende (30) Mittel (28) zur Festlegung der Heizsonde in der langgestreckten Lage im Heissangussdurchgang aufweist,

b) eine langgestreckte innere Heizeinrichtung (24) im Schacht (36) im Aussenkörper (22) sitzt und ein elektrisches zu äusseren Zuführleitungen (54) führendes Heizelement (44) vorgesehen ist, das sich durch ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit hindurch in einem zylindrischen Gehäuse (47) erstreckt, welches einen etwas kleineren Aussendurch-messer aufweist als der Innendurchmesser der Innenwand (38) des Schachtes (36) im Aussenkörper (22), wodurch ein Zwischenraum (46) zwischen denselben gebildet ist, und c) ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit den konischen Abschnitt (50) des Schachtes (36) nahe der Spitze (32) des Aussenkörpers (22) und den Raum (46) zwischen dem Gehäuse (47) der Heizeinrichtung (24) und der Innenwand (38) des Schachtes (36) im wesentlichen ausfüllt.
7. Heizsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitungen (54) sich vom elektrischen Heizelement (44) in der Heizeinrichtung (24) durch eine keramische Verschlusskappe (56) hindurch erstrecken, die im Schacht (36) in der Nähe des einen Endes (30) der Heizeinrichtung (24) angeordnet ist, und durch eine Gummidichtung (58) herauserstrecken, die im Schacht in der Nähe der keramischen Verschlusskappe (56) am ersten Ende (30) des Aussenkörpers (22) angeordnet ist.
8. Heizsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (44) sich im wesentlichen auf der ganzen Länge der Heizeinrichtung (24) erstreckt.
9. Heizsonde nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material hoher Wärmeleitfähigkeit Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
10. Heizsonde nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenkörper (22) aus rostfreiem Stahl gebildet ist.