DE4217455A1 - Spritzgiessverteiler mit einem eingebauten beheizten einlassabschnitt - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Spritzgießen und insbesondere auf einen Spritzgießschmelzenverteiler, der einen integralen beheizten Einlaßabschnitt aufweist.

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 Abschnitte 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 Abschnitte, 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. 20 17 055 von Gellert, die am 17. Mai 1990 eingereicht und mit "Injection Molding Cast Manifold-Spritzgießverteiler" betitelt ist, zeigt ein Beispiel eines Verteilers, das ein integrales elektrisches Heizelement aufweist, das sich entlang einer gewundenen Bahn erstreckt.

Die kanadische Patentanmeldung mit der Serien Nr. 20 17 055 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 46 69 971 von Gellert, das am 2. Juni 1987 erteilt wurde und Nr. 47 77 348 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. 44 38 325 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.

Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, zumindest teilweise die Probleme des Standes der Technik durch Vorsehen eines Schmelzenverteilers zu überwinden, der ein gemeinsames elektrisches Heizelement aufweist, das sich durch eingebaute Haupt- und Einlaßabschnitte erstreckt.

In einem ihrer Aspekte schafft die Erfindung einen Spritzgießschmelzenverteiler, der einen Hauptabschnitt mit einer vorderen Fläche und einer hinteren Fläche aufweist, durch die sich ein Schmelzendurchlaß hindurcherstreckt und in eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Auslässen auf der vorderen Fläche verzweigt, wobei sich ein integrales elektrisches Heizelement von einem äußeren Anschluß in einer vorbestimmten gewundenen Bahn in den Hauptabschnitt erstreckt, wobei die Verbesserung darin besteht, daß der Verteiler einen integralen Einlaßabschnitt aufweist, der sich rückwärtig von der hinteren Fläche des Hauptabschnittes erstreckt, wobei der Einlaßabschnitt eine zylindrische Außenfläche und ein hinteres Ende aufweist, wobei der Schmelzendurchlaß sich zentrisch durch den Einlaßabschnitt von einem Einlaß am hinteren Ende erstreckt und wobei das elektrische Heizelement einen hinteren wendelförmigen Abschnitt aufweist, der sich um den Einlaßabschnitt herum erstreckt.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Darin zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht von vier beheizten Sonden, die in einem beheizten Verteiler entsprechend einer bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung angebracht sind,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht, die die Sonden und den Verteiler entlang der Linie II-II in Fig. 1 und einem Abschnitt der umgebenden Gießform zeigt, und

Fig. 3 eine Schnittansicht des Verteilers entlang der Linie III-III in Fig. 1.

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 Hohlraumplatte 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.

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. 20 32 728 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 Abschnitt 38, der sich durch die Hohlraumplatte 14 zu einem Hohlraum 40 hin erstreckt. Während das gezeigte System vier Sonden 32 aufweist, die mit vier Abschnitten 38 fluchten, die zu vier verschiedenen Hohlräumen 40 führen, können andere Systeme eine unterschiedliche Anzahl von Anschnitten 38 haben, und die Abschnitte 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 Abschnitt 38 ausgerichtet ist. Der vordere Abschnitt 42 der Sonde 32 ist präzise in dieser Position mittels einer Zentrier- und Isolierhülse 52 angeordnet, die in dem sie umgebenden Schacht 36 eingepaßt ist. Wie in der zuvor erwähnten kanadischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 20 32 728 gezeigt ist, hat die Zentrier- 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.

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.

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.

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 Stahlgehäuse 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.

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. 46 09 138 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. 46 88 622 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. 47 68 283 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. 48 37 925 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.

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 2000°F 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.

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 A schnitte 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.

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.

Claims (4)

1. Spritzgieß-Schmelzenverteiler, der einen Hauptabschnitt (74) mit einer vorderen Fläche (78) und einer hinteren Fläche (80) aufweist, der einen Schmelzendurchlaß (66) aufweist, der sich hindurch erstreckt und in eine Mehrzahl beabstandeter Auslässe (86) auf der vorderen Fläche (78) erstreckt, wobei ein integrales elektrisches Heizelement (88) sich von einem äußeren Anschluß (90) in einer vorbestimmten gewundenen Bahn in den Hauptabschnitt (74) erstreckt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verteiler einen integralen Einlaßabschnitt (76) aufweist, der sich rückwärtig von der hinteren Fläche des Hauptabschnittes (74) erstreckt,
daß der Einlaßabschnitt (76) eine zylindrische Außenfläche (82) und ein hinteres Ende (84) aufweist,
daß der Schmelzendurchlaß (66) sich zentrisch durch den Einlaßabschnitt (76) von einem Einlaß (68) am hinteren Ende (84) erstreckt, und
daß das elektrische Heizelement (88) einen hinteren wendelförmigen Abschnitt (96), einen vorderen Abschnitt (92) und einen mittleren Abschnitt (94) aufweist, wobei der hintere wendelförmige Abschnitt (96) des Heizelementes (88) sich um den Einlaßabschnitt (76) herum erstreckt, wobei der vordere Abschnitt (92) des Heizelementes (88) sich in einer vorbestimmten gewundenen Bahn (98) benachbart zur vorderen Fläche (78) des Hauptabschnittes (74) des Verteilers erstreckt, und wobei der mittlere Abschnitt (94) des Heizelementes (88) sich durch den Hauptabschnitt (74) des Verteilers hindurch erstreckt, um den hinteren wendelförmigen Abschnitt (96) des Heizelementes (88) mit dem vorderen Abschnitt (92) des Heizelementes (88) zu verbinden.

2. Spritzgießverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere wendelförmige Abschnitt (96) des elektrischen Heizelementes (88) einstückig in einer spiralförmigen Auskehlung (108) in der zylindrischen Außenfläche (82) des Einlaßabschnittes (76) des Verteilers hartgelötet ist.

3. Spritzgießverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Auskehlung (108) einen ausgedehnten Abschnitt (110) aufweist, der nahe dem hinteren Ende (84) des Einlaßabschnittes (76) des Verteilers liegt, wobei mehrere Windungen (112) des hinteren wendelförmigen Abschnittes (96) des elektrischen Heizelementes (88) nebeneinander gewunden sind.

4. Spritzgießverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Auskehlung (108) in der zylindrischen Außenfläche (82) des Einlaßabschnittes (76) des Verteilers eine vorbestimmte veränderliche Steigung aufweist.