ES2314367T3 - Un calentador y un difusor de calor combinados, para una tobera de inyeccion para moldear mateiales de plastico. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo combinado de calentador y difusor de calor para ajustar en una tobera (10) de inyección para moldear materiales de plástico, en el que la tobera comprende un núcleo tubular (12) de metal con un conducto central longitudinal (14) de inyección y una superficie lateral exterior (13) que es esencialmente cilíndrica, y en el que el calentador y el difusor de calor incluyen: - un elemento (30) de difusor de calor, hecho de metal y con forma sustancialmente tubular, con una cavidad central definida por una superficie interna (30d), sustancialmente cilíndrica, congruente con la superficie cilíndrica (13) del núcleo de tobera, y con un asiento cóncavo (32) en forma de canal en una superficie del difusor (30), y - un elemento (40) de resistencia acomodado en dicho asiento (32) con forma de canal; en el que el asiento (32) con forma de canal está formado en la superficie cilíndrica interna (30d), el elemento (40) de resistencia está dispuesto sustancialmente a nivel con dicha superficie interna con el fin de transmitir calor directamente al núcleo de tobera, y el cuerpo del difusor (30) de calor es cilíndrico y está torcido en un anillo sustancialmente cerrado con una discontinuidad a lo largo de una generatriz del cilindro formada por dos bordes enfrentados (30e, 30f); estando caracterizado dicho dispositivo combinado de calentador y difusor de calor: porque dicho asiento (32) con forma de canal, con dicho elemento (40) de resistencia acomodado en él, tiene a lo largo de dicha superficie interna (30d) una configuración serpenteante que incluye una pluralidad de porciones que se extienden sustancialmente paralelas a los extremos no enfrentados de dicho elemento (30) de difusor de calor, con una de dichas porciones dispuesta y extendiéndose adyacente a la mayor parte de al menos uno de dichos extremos superior e inferior no enfrentados, porque dicho asiento (32) con forma de canal, con dicho elemento (40) de resistencia, está distribuido más densamente en los extremos superior e inferior de dicho elemento (30) de difusor de calor y menos densamente en la porción central de él, y porque las porciones de extremo de conexión de dicho elemento (40) de resistencia se extienden a lo largo de una dirección radial desde la superficie interna cilíndrica (30d) de dicho elemento (30) de difusor de calor.
Description
Un calentador y un difusor de calor combinados,
para un tobera de inyección para moldear materiales de plástico.
La presente invención se refiere a un
dispositivo combinado de calentador y difusor de calor para una
tobera de inyección para el moldeo de materiales de plástico.
Convencionalmente, una tobera de inyección para
moldear materiales de plástico comprende un núcleo tubular
cilíndrico de acero que forma un conducto longitudinal central de
inyección para inyectar el material derretido de plástico a través
de uno o más agujeros de inyección adentro de la cavidad de moldeo
de un molde. Una resistencia eléctrica está devanada alrededor del
núcleo tubular para calentar el material de plástico que fluye a
través del conducto de inyección y para mantener las partes de la
tobera en contacto con el flujo de material a una temperatura
controlada con el fin de impedir que el flujo se solidifique. Las
bobinas de la resistencia están habitualmente más cerca entre sí en
el área cerca del orificio de inyección, que está más cerca de la
cavidad de moldeo y de este modo tiende a enfriarse más rápidamente
que la porción central de la tobera. Un termopar capilar mide la
temperatura de la tobera cerca del orificio de inyección. El calor
impartido por la resistencia tiende a acumularse en la porción
central de la tobera, que alcanza temperaturas más altas que el área
alrededor del orificio de inyección que son a veces inaceptables
para el tipo de material de plástico que se está moldeando, que
necesita ser mantenido dentro de un intervalo de temperatura algo
baja, o de otro modo el material se puede deteriorar. Puede por lo
tanto suceder que la resistencia se active tan pronto como el
termopar detecta que la temperatura en la región del orificio de
inyección ha caído por debajo de un mínimo establecido, mientras
que la temperatura de la porción central del conducto de inyección,
aunque aún aceptable, sube con la activación de la resistencia
hasta que supera el valor máximo admisible para el
material.
material.
Tales disposiciones de técnica anterior usan
mayoritariamente resistencias espirales con una sección transversal
rectangular con el fin de aumentar la superficie de contacto entre
la resistencia y el núcleo tubular de la tobera alrededor de la que
está devanada. Sin embargo, esta superficie de contacto constituye
sólo una fracción de la superficie global de la resistencia, de
manera que la mayoría del calor generado por la resistencia no se
transmite de hecho a la tobera sino que se disipa adentro del molde
circundante y por lo tanto se desperdicia. De hecho, el molde
necesita ser enfriado con el fin de mantener las superficies de la
cavidad de moldeo a la temperatura más baja posible con el fin de
acelerar la solidificación del material derretido y por ello acortar
los ciclos de moldeo.
Con el fin de disipar calor desde la porción
central de la tobera y difundirlo más uniformemente a lo largo del
conducto de inyección, se ha sugerido que la resistencia se
incorpore en un elemento tubular de difusor hecho de metal que esté
ajustado en el exterior del núcleo tubular de la tobera. En esta
disposición, un asiento en forma de canal está formado en la
superficie exterior de un elemento tubular cilíndrico para insertar
la resistencia en él. Sin embargo, en este caso asimismo, el exceso
de calor se disipa, desde la superficie exterior de la resistencia
adentro del molde circundante; además, no hay ningún contacto
directo entre la resistencia y el núcleo tubular de la tobera (y
por lo tanto ninguna transmisión directa de calor por
conducción).
El documento
DE-U-20212918 divulga un calentador
y un difusor de calor combinados, para ajustar a una tobera de
inyección para moldear plástico.
El documento
DE-U-20212918 divulga adicionalmente
un método para la fabricación de un calentador y un difusor
combinados.
El documento
EP-A-1051059 divulga un dispositivo
combinado de calentador y difusor de calor de acuerdo con los
rasgos del preámbulo de la reivindicación 1.
El objeto de la presente invención es por lo
tanto proporcionar un calentador y un difusor de calor combinados,
de un tipo mejorado, siendo el objetivo principal resolver los
problemas de:
- calentar uniformemente el conducto de
inyección de una tobera dentro de un intervalo establecido y
limitado de temperatura;
- evitar la acumulación de calor y por lo tanto
temperaturas excesivamente altas en la porción central de la
tobera; y
- optimizar el consumo de potencia eléctrica
para hacer funcionar las resistencias, así como reducir la cantidad
de calor disipado adentro del molde en el que están ajustadas las
toberas.
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Estos y otros objetos y ventajas, que se
entenderán mejor más adelante, se consiguen de acuerdo con un primer
aspecto de la invención proporcionando un dispositivo combinado de
calentador y difusor de calor que tiene los rasgos mencionados en
la reivindicación 1.
En las reivindicaciones dependientes se
describen realizaciones preferidas.
Características y ventajas de la invención se
pondrán de manifiesto a partir de la descripción detallada de una
realización de ella, con referencia a los dibujos adjuntos,
proporcionados puramente a modo de ejemplo no limitativo, en los
que:
La figura 1 es una vista en corte transversal de
una tobera de inyección con un calentador y un difusor de calor
combinados, de acuerdo con la presente invención;
la figura 2 es una vista el alzado de un
dispositivo de difusor de calor;
la figura 3 es una vista en planta de uno de los
lados del difusor de la figura 2 en una condición plana inicial;
la figura 4 es un corte tomado en la línea
IV-IV de la figura 2;
la figura 4a es una vista a escala ampliada de
un detalle de la figura 4;
la figura 5 es una vista desde arriba a lo largo
de la flecha V de la figura 2;
las figuras 6 y 7 son una vista lateral y una
vista en planta respectivamente de una pinza de inmovilización que
se ha de ajustar al difusor de la figura 2;
las figuras 8 y 9 son una vista en planta y un
corte tomado en la línea IX-IX respectivamente de un
producto semiacabado para producir un difusor del tipo mostrado en
la figura 2;
las figuras 10 a 12 son vistas que ilustran
esquemáticamente tres diferentes pasos de plegado en la fabricación
de un difusor de calor de la figura 2; y
las figuras 13 y 14 son dos vistas en planta
similares a la figura 2 de dos realizaciones de un difusor de calor
de acuerdo con la invención.
Con referencia ahora a la figura 1, una tobera
de inyección para moldear materiales de plástico, indicada
generalmente con el 10, está montada en un molde 20 con una cavidad
21 de moldeo. Está claro que cualquier referencia de los tipos de
tobera y molde mostrados en la figura 1 no se debería interpretar de
ninguna manera como que limita el alcance de la invención. La
invención es igualmente aplicable a toberas que tienen más de un
orificio de inyección y a moldes de múltiples cavidades, como será
evidente para los expertos en la técnica.
La tobera 10 comprende un cuerpo 11 de acero que
forma de una pieza un núcleo 12 en forma de tubo cilíndrico con una
superficie lateral exterior 13.
El núcleo tubular 12 tiene un canal longitudinal
central 14 de inyección que se extiende desde una porción superior
15 para la toma del material derretido hasta una porción inferior 16
dentro de la cual se inserta una punta convencional 17 que forma la
porción de extremo del canal 14 de inyección. Un termopar capilar,
indicado con el 19, se extiende cerca de la porción inferior 16 del
canal 14 de inyección para medir la temperatura cerca del área en
la que se inyecta el material de plástico derretido adentro de la
cavidad de moldeo.
Un difusor tubular cilíndrico 30 está ajustado
en la superficie lateral exterior 13 del núcleo 12, siendo la
cavidad cilíndrica central de él coincidente con la superficie
lateral 13 del núcleo. El difusor 30 está hecho de un metal o una
aleación de metal con alta conductividad térmica, tal como latón,
cobre o aluminio, y, cuando se ajusta en una tobera como se muestra
en la figura 1, se extiende sustancialmente a lo largo de toda la
longitud del núcleo 12.
Una característica importante de la disposición
de la invención consiste en el hecho de que, en su superficie
cilíndrica interna 30d, el difusor tiene un asiento cóncavo 32 en
forma de canal que aloja una resistencia eléctrica 40 para calentar
el núcleo 12 directamente. El canal 32 sigue una trayectoria
alrededor de la superficie lateral del núcleo de tal manera que la
resistencia 40 transmite calor uniformemente al núcleo 12,
cooperando con el difusor 30. Gracias a su alta conductividad
térmica, el difusor 30 también asegura que se mantiene una
temperatura sustancialmente uniforme a lo largo del núcleo 12 e
impide la acumulación de calor y la posibilidad de que surjan
temperaturas altas en la porción central de la tobera.
El método para fabricar el calentador y el
difusor de calor combinados, de la invención, es como viene a
continuación.
Una placa plana, sustancialmente rectangular,
tal como la indicada como 30a en las figuras 8 y 9, se obtiene de
una chapa plana de metal. La longitud h de la placa 30a corresponde
a la longitud del núcleo 12 de la tobera sobre el que se ha de
fijar el difusor, mientras que la anchura w corresponde a la
circunferencia de la superficie cilíndrica 13 del núcleo. El grosor
t de la placa se selecciona de manera que el canal 32 que se forma
subsiguientemente en una de las dos caras de ella es adecuado para
alojar una resistencia 40 de alambre de un diámetro seleccionado
dependiendo de las características eléctricas deseadas. Por ejemplo,
con el fin de alojar un alambre de 1 mm, se podría usar una placa
de aproximadamente 2 mm de grosor. En la realización preferida
ilustrada en los dibujos, también se forman en esta etapa parejas
de orificios pequeños 30b, 30c, alineados a lo largo de los dos
bordes opuestos 30e, 30f de la placa.
Se trabaja entonces una superficie 30d de la
placa 30a, por ejemplo por fresado, electroerosión u otro método
conocido, como para formar un canal 32 con una sección transversal
con forma sustancialmente de C o de U capaz de alojar una
resistencia 40 de manera precisa o con una holgura mínima
predeterminada. Alternativamente, el paso de formar los canales 32
se podría llevar a cabo sobre la chapa inicial de metal antes de que
sea cortada en un cierto número de placas que corresponde al número
de canales.
La resistencia 40 se inserta entonces dentro del
canal 32 (figura 3). La superficie de la resistencia está a nivel
con la superficie 30d que tiene el canal 32 o se proyecta
ligeramente más allá de ella con el fin de asegurar que está en
contacto directo con la tobera cuando está en la condición
ensamblada.
La placa 30a con la resistencia ajustada se
coloca entonces en un primer dispositivo P1 de plegado (figura 10)
en el que los dos bordes opuestos 30e, 30f de la placa se curvan
hacia el lado hacia el que está mirando la superficie 30d. La placa
se coloca entonces en un segundo dispositivo P2 de plegado (figura
11) en el que se confiere a la placa una forma en C o en U.
Finalmente, un tercer dispositivo P3 de plegado (figura 12) da al
cuerpo 30 su forma definitiva de anillo sustancialmente cerrado,
obteniendo por ello un cuerpo tubular cilíndrico con un eje
geométrico longitudinal central x paralelo a los bordes opuestos
30e, 30f.
Durante este paso de plegado, una herramienta
cilíndrica P4 de conformación se coloca en contacto con la
superficie interna 30d de la placa; el diámetro de la herramienta
P4 es el mismo que el de la superficie cilíndrica 13 del núcleo 12
de la tobera sobre el que se ha de ajustar el difusor.
Durante los pasos de plegado mostrados en las
figuras 11 y 12, el torcimiento del difusor 30 también proporciona
la ventaja de una ligera convergencia de las superficies enfrentadas
32a, 32b del canal 32, al menos a lo largo de esas porciones en las
que el canal 32 es paralelo al eje geométrico longitudinal del
difusor. La convergencia de las superficies enfrentadas 32a, 32b
hacia el centro del difusor (figura 4a) también sirve para
inmovilizar la resistencia 40 en el canal 32. En este caso, la forma
y las dimensiones del canal 32 y de la resistencia 40 se deberían
determinar naturalmente con precisión con el fin de obtener este
efecto de inmovilización.
Con el fin de mantener el difusor en su
configuración cilíndrica final, los bordes longitudinales
enfrentados 30e, 30f del difusor 30 se aseguran uno a otro mediante
pinzas de metal (ilustradas separadamente en las figuras 6 y 7) con
lengüetas radiales 33b, 33c para la inserción dentro de los
respectivos orificios 30b, 30c. Ventajosamente, se forma un hueco
longitudinal 30g entre los bordes longitudinales enfrentados 30e,
30f a lo largo de una generatriz de la superficie cilíndrica del
difusor 30. Este hueco puede alojar un termopar capilar 19, como se
muestra esquemáticamente en las figuras 1 y 5. En este caso, el
núcleo 12 de la tobera no necesita ser trabajado especialmente para
formar el canal lateral indicado con el 18 en la figura 1. Las
pinzas 33 forman, cada una, una hendidura longitudinal 33d, para
insertar el termopar capilar 19; una atención cuidadosa a las
dimensiones de la hendidura 33d asegura que puede agarrar el
termopar y sostenerlo en la posición correcta a lo largo del hueco
30g.
Con el fin de que las pinzas 33 se puedan
ajustar sin proyectarse desde el contorno circular exterior del
difusor 30, es preferible que las áreas de la superficie exterior
indicada como 30h, que están entre los orificios 30b, 30c y los
bordes del difusor, sean fresadas o trabajadas de otro modo para
formar rebajes de una profundidad que corresponda al grosor de las
pinzas.
Se pueden usar disposiciones distintas a las
pinzas 33 para asegurar los bordes 30e, 30f uno a otro; por ejemplo,
los bordes enfrentados podrían estar unidos mediante soldeo por
puntos.
Se apreciará que, a diferencia del caso de los
difusores de técnica anterior discutidos en la parte introductoria
de esta descripción, la resistencia 40 está en contacto directo con
el núcleo 12 de la tobera. La distribución uniforme de la
resistencia alrededor de la superficie cilíndrica interna del
difusor asegura que el calor se transmite uniformemente a lo largo
del conducto de inyección, especialmente en el área más cercana al
orificio de inyección. Además, puesto que la resistencia 40 está en
contacto directo con la superficie cilíndrica 13 del núcleo de
tobera, requiere menos potencia eléctrica calentar el conducto de
inyección hasta la temperatura prescrita y mantenerla. La porción
de la superficie de la resistencia 40 en contacto con la superficie
del canal 32 transmite calor al difusor 30 destinado a dispersarlo
adentro del molde.
Está claro que la invención no está limitada a
las realizaciones descritas e ilustradas aquí, que se deberían ver
como ejemplos de realizaciones del difusor y de métodos para la
fabricación del mismo. La invención se puede por el contrario
someter a cambios en cuanto a la forma y disposición de las partes,
y los detalles constructivos y funcionales. De acuerdo con la
presente invención como se muestra en las figuras 13 y 14, la
trayectoria del canal 32 a lo largo de la superficie interior del
difusor varía dependiendo del tipo de tobera y de las dimensiones y
requisitos operativos de ella. Las figuras 13 y 14 muestran dos
ejemplos del dispositivo combinado de calentador y difusor de calor
de acuerdo con la presente invención en los que el canal 32 (y por
lo tanto la resistencia 40) está distribuido más densamente en los
extremos superior e inferior del difusor y menos densamente en la
porción central con el fin de impedir que el calor se acumule en
esta región.
Claims (9)
1. Un dispositivo combinado de calentador y
difusor de calor para ajustar en una tobera (10) de inyección para
moldear materiales de plástico, en el que la tobera comprende un
núcleo tubular (12) de metal con un conducto central longitudinal
(14) de inyección y una superficie lateral exterior (13) que es
esencialmente cilíndrica, y en el que el calentador y el difusor de
calor incluyen:
- un elemento (30) de difusor de calor, hecho de
metal y con forma sustancialmente tubular, con una cavidad central
definida por una superficie interna (30d), sustancialmente
cilíndrica, congruente con la superficie cilíndrica (13) del núcleo
de tobera, y con un asiento cóncavo (32) en forma de canal en una
superficie del difusor (30), y
- un elemento (40) de resistencia acomodado en
dicho asiento (32) con forma de canal;
en el que el asiento (32) con forma de canal
está formado en la superficie cilíndrica interna (30d), el elemento
(40) de resistencia está dispuesto sustancialmente a nivel con dicha
superficie interna con el fin de transmitir calor directamente al
núcleo de tobera, y el cuerpo del difusor (30) de calor es
cilíndrico y está torcido en un anillo sustancialmente cerrado con
una discontinuidad a lo largo de una generatriz del cilindro formada
por dos bordes enfrentados (30e, 30f);
estando caracterizado dicho dispositivo
combinado de calentador y difusor de calor:
porque dicho asiento (32) con forma de canal,
con dicho elemento (40) de resistencia acomodado en él, tiene a lo
largo de dicha superficie interna (30d) una configuración
serpenteante que incluye una pluralidad de porciones que se
extienden sustancialmente paralelas a los extremos no enfrentados de
dicho elemento (30) de difusor de calor, con una de dichas
porciones dispuesta y extendiéndose adyacente a la mayor parte de al
menos uno de dichos extremos superior e inferior no
enfrentados,
porque dicho asiento (32) con forma de canal,
con dicho elemento (40) de resistencia, está distribuido más
densamente en los extremos superior e inferior de dicho elemento
(30) de difusor de calor y menos densamente en la porción central
de él, y
porque las porciones de extremo de conexión de
dicho elemento (40) de resistencia se extienden a lo largo de una
dirección radial desde la superficie interna cilíndrica (30d) de
dicho elemento (30) de difusor de calor.
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los dos bordes
enfrentados (30e, 30f) están asegurados uno a otro mediante medios
(33) de fijación.
3. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque dichos medios de
fijación incluyen pinzas (33) de metal que tienen, cada una, dos
porciones (33b, 33c) de aplicación insertadas, cada una, en uno de
un par de orificios (30b, 30c) formados cerca de los bordes
enfrentados (30e, 30f) del difusor (30).
4. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque están formados unos
rebajes (30h) en la superficie lateral exterior del elemento (30)
de difusor entre los orificios (30b, 30c) y los respectivos bordes
(30e, 30f), donde la profundidad de los rebajes (30h) corresponde al
grosor de las pinzas (33), por lo que unas porciones de las pinzas
puede estar alojadas sin proyectarse desde el contorno externo del
difusor (30).
5. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los dos bordes
longitudinales enfrentados (30e, 30f) forman entre ellos un hueco
longitudinal (30g) para alojar un termopar capilar (19).
6. Un dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 3 y 5, caracterizado porque las pinzas (33)
forman, cada una, una hendidura longitudinal (33d) para alojar un
termopar capilar (19).
7. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el asiento (32) con
forma de canal es de sección transversal con forma sustancialmente
de C o de U con el fin de acomodar una resistencia (40) de alambre
de manera precisa o con una holgura mínima predeterminada o con una
ligera interferencia.
8. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque las superficies
enfrentadas (32a, 32b) de dicho asiento (32) con forma de canal
convergen ligeramente hacia el centro del difusor (30) como para
sostener la resistencia (40) en el asiento (32).
9. Un dispositivo de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, caracterizado porque el elemento
(40) de resistencia está dispuesto en el asiento (32) con forma de
canal de una manera tal que, cuando el dispositivo está ajustado en
una tobera, la resistencia (40) está en contacto directo con la
superficie exterior (13) del núcleo (12) de la tobera.
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