DE2948561A1

DE2948561A1 - Angussbuchse mit integriertem heizelement

Info

Publication number: DE2948561A1
Application number: DE19792948561
Authority: DE
Inventors: Jobst Ulrich Gellert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-14
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1980-06-26
Also published as: FR2443919A1; DE2948561C2; GB2044162B; IL58614A; NL7907655A; GB2044162A; IT1127737B; NL183877C; PT70591A; IT7928082A0; FR2443919B1; CH643774A5

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE - Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfadi 110386 ■ Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung Jobst Ulrich Geliert, 11 Newton Road, Bramton, Ontario, Canada

Angußbuchse mit integriertem Heizelement

Die Erfindung betrifft eine in sich elektrisch beheizbare Angußbuchse für Spritzgußmaschinen.

Angußbuchsen der genannten Art werden im Zusammenhang mit Spritzgußmaschinen verwendet, die keine Durchlaufkanäle für die unter Druck stehende Schmelze aufweisen. Bei solchen Spritzgußmaschinen ist die unter Druck stehende Schmelze zunächst durch kalte Angußbuchsen der Form zugeführt worden. Diese haben den Nachteil, daß die geformten Gegenstände Angüsse aufweisen, die nach dem Spritzguß entfernt werden müssen. Weiterhin ist es bei einer solchen Anordnung erforderlich, daß ein größerer Kanal für die Schmelze vorhanden ist, um Verstopfungen durch den Anguß zu vermeiden. Das macht längere Zeiten zur Kühlung des Angusses erforderlich, was wiederum die Verringerung der Zeitdauer eines Arbeitszyklus begrenzt.

Kürzlich sind auch beheizte Angußbuchsen zur Überwindung dieser Nachteile vorgesehen worden. Bei einer Art solcher beheizten Angußbuchsen fließt die Schmelze um ein mittiges, torpedo-

artiges Heizelement herum. Bei dieser Anordnung bleiben viele Nachteile der kalten Angußbuchsen erhalten; zusätzlich dazu entsteht über die Buchse ein unzulässiger Druckabfall. Weiterhin ist dabei die Temperatur der Schmelze ungleichförmig, und es müssen an dem mittigen torpedo-artigen Element überhöhte Temperaturen vorgesehen werden um sicherzustellen, daß die Buchse betriebsbereit bleibt.

Kürzlich sind weitere Angußbuchsen entwickelt worden, die ein schraubenförmig gewundenes elektrisches Heizelement aufweisen, das eine Buchse umgibt, die den zentralen Kanal für den Durchfluß der Schmelze begrenzt. Diese Buchse wiederum ist außen von einer länglichen Hülse oder einem entsprechenden Glied umgeben. Während dadurch gewisse Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden, hat dieser Aufbau immer noch einige Nachteile. Um den momentanen Einspritzdrucken zu widerstehen, die 2800 bar (40 000 psi) übersteigen können, werden diese Buchsen aus hochfesten Materialen wie Hi3-Stahl oder rostfreiem Stahl gebildet. Weiterhin muß die innere Buchse oder das innere Glied eine Mindestwandstärke besitzen, die ausreicht, um diesen wiederholt auftretenden Kräften Stand zu halten. Das Heizelement befindet sich in einem Luftraum zwischen den beiden Hülsen, und die Luft, die die Windungen des Heizelementes umgibt, wirkt als Isoliermittel. Dies in Verbindung mit der erforderlichen Stärke des Stahls für das Innenglied zur Erzielung der geforderten Festigkeit verlangt, daß das Heizelement auf höheren Temperaturen gehalten werden muß, um der Schmelze Wärme in ausreichender Menge zuzuführen. Da auf diese Weise die Wärme nicht rasch von dem Heizelement abgeführt wird, brennt dieses durch, was die wirksame Lebensdauer der Angußbuchse begrenzt.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die vorgenannten Nachteile wenigstens teilweise zu überwinden und eine Angußbuchse der genannten Art mit einem schraubenförmig

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gewundenen Heizelement zu schaffen, das bessere Wärmeleitfähigkeit besitzt und bessere Festigkeit aufweist.

Eine diese Aufgabe lösende Angußbuchse ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch

(a) einen länglichen inneren Kern aus einem hochfesten, wärmeleitenden, metallischen Material und mit einem durch diesen hindurch verlaufenden Mittelkanal,

(b) ein elektrisch isoliertes Heizelement, das den inneren Kern in einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Windungen umgibt und mit Anschlußmitteln zur Verbindung mit einer äußeren Stromquelle versehen ist, wobei der Innendurchmesser der Windungen mindestens so groß ist wie der größte Außendurchmesser der gewellten äußeren Oberfläche des inneren Kerns, und

(c) einen länglichen äußeren Mantel aus metallischem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, der den inneren Kern und das Heizelement über deren Länge umgibt und mit diesen fest verbunden ist.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Angußbuchse;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Angußbuchse;

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Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines zweiadrig gebauten Heizelementes für die Angußbuchse nach Fig. 1 oder 2;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Heizelementes von einadrigem Aufbau für die Angußbuchse nach Fig. 1 oder 2 und

Fig. 5 eine Schnittansicht des Heizelementes nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Angußbuchse 10 mit einem Mittelkanal 12, durch den die Schmelze von der Düse der Spritzgußmaschine dem Formhohlraum 13 zugeführt wird. Die Angußbuchse 10 hat einen inneren Kern 14, ein schraubenförmig gewundenes Heizelement 16 und einen äußeren Mantel 18. Der innere Kern 14 begrenzt den Mittelkanal 12, der einen mit einer Ausnehmung versehenen Einlaß 20 zur Aufnahme der Düse der Spritzgußmaschine aufweist, sowie eine verengte Düse 22, die zu dem Formhohlraum 13 führt. Die Außenfläche 24 des inneren Kerns 14 ist so geformt, daß sie einen schraubenförmig gewundenen Grat 26 von gleichmäßigem Krümmungsquerschnitt bildet. Im Querschnitt ändert sich daher die Außenfläche 24 nach einem regelmäßigen, gewellten Muster ohne scharfe Ecken oder Spitzen.

Das elektrische Heizelement 16 ist ein einziges Heizelement, das eine ganze Anzahl schraubenförmiger Windungen 28 bildet. Es ist oberhalb des inneren Kerns 14 angeordnet und erstreckt sich über den größten Teil der Länge des inneren Kerns 14 und in der Weise, daß jede Windung 28 des Heizelementes 16 von den benachbarten Windungen getrennt ist. Der innere Kern 14 der Angußbuchse 10 hat im Einlaß eine Schulter 30 mit einem herunterhängenden ümfangsteil 32; die Anschlußmittel 34 des

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Heizelementes 16 verlaufen durch den Umfangsteil 32 und sind mit Zuleitungen 36 verbunden. Ein in dem Umfangsteil 32 vorgesehener Schlitz dient zur Einführung eines Thermoelementes 38 zur überwachung der Temperatur der Angußbuchse 10. Während der Schraubendurchmesser des Heizelementes 16 ausreicht, um gerade eben Abstand von der Außenfläche 24 des inneren Kerns zu halten, ist das Heizelement 16 in einer und der schraubenförmige Grat 26 an der Außenfläche 24 des inneren Kerns 14 in der entgegengesetzten Richtung gewunden, so daß, falls sich beide berühren, diese Berührung nur an den Stellen erfolgt, an denen sich die Schraubenwindungen überschneiden.

Nach Anordnung des Heizelementes 16 um den inneren Kern 14 werden diese mit dem äußeren Mantel 18 umgössen, der allgemein zylinderförmig ist, jedoch zur Erleichterung des Gußvorgangs geringfügig verjüngt ausgebildet sein kann. Der innere Kern 14 besteht aus hochfestem, korrosionsfestem, wärmeleitendem Material, bei dieser Ausführung aus einer Beryllium-Nickel-Legierung aus ca. 2% Beryllium, 0,5% Chrom und dem aus Nickel bestehenden Rest. Der äußere Mantel 18 besteht aus einem hochleitfähigen Material, bei dieser Ausführung aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung mit ca. 1% Beryllium, 4% Kobalt und dem Rest aus Kupfer. Beim Guß des äußeren Mantels 18 über das Heizelement 16 und den inneren Kern 14 fließt das Material zwischen die getrennten Windungen 28 des Heizelementes 16 und verbindet sich mit den Oberflächen beider. Da die Windungen 28 getrennt und das Heizelement 16 und der schraubenförmig gewundene Grat 26 in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, umgibt die Beryllium-Kupfer-Legierung die Windungen 28 des Heizelementes 16 vollständig, wobei, wenn überhaupt, nur wenige isolierende Lehrstellen oder Luftlöcher verbleiben. Es wird daher die Wärme rasch von dem Heizelement 16 abgeführt, weil das Material des äußeren Mantels 18 sehr hohe Leitfähigkeit besitzt. Des weiteren stellt die gratförmige Außenfläche 24 des inneren Kerns 14 einen maximalen Oberflächenkontakt zu dem

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äußeren Mantel 18 her, wodurch die Wirksamkeit der Wärmeübertragung vergrößert und die Schmelze im Mittelkanal 12 auf einer eher konstanten Temperatur gehalten wird. Außerdem bewirken der integrale Aufbau der Angußbuchse 10 und die umlaufende Anordnung des Grates 26 und des Heizelementes 16 einen erhöhten Widerstand gegen die wiederholte Hochdruckbelastung, so daß die Wandstärke des inneren Kerns 14 verringert werden kann, wodurch wiederum die Wärmeleitung vom Heizelement 16 zur Schmelze vergrößert wird.

Das aus einem einzigen Element gebildete Heizelement 16 kann einadrig oder,zweiadrig aufgebaut sein. In Fig. 3 ist das zweiadrige Heizelement 16 mit einem biegsamen metallischen Mantel 60 versehen, der aus einem Material wie Inconel oder rostfreiem Stahl besteht. In dem Mantel 60 ist ein Widerstanddraht 62 eingeschlossen, der aus einem Material wie einer Nickel-Chrom-Legierung besteht und von einem hitzefesten, pulverförmigen, elektrischen Isoliermaterial 64, z.B. verdichtetem Magnesiumoxidpulver, umgeben ist. Wie man sieht, verläuft der Widerstandsdraht 62 bis zum Ende des Heizelements 16 und wird dann in sich selbst zurückgeführt, um über die Länge des Heizelementes 16 die Wärmeerzeugung zu bewirken.

Fig. 4 und 5 zeigen ein einadriges Heizelement 16 von ähnlichem Aufbau, außer daß nur ein Widerstandsdraht 62 in dem Isoliermaterial 64 innerhalb des Mantels 60 angeordnet ist. Dieser Aufbau entsteht dadurch, daß die zusammengebaute Einheit in sich selbst zurückgeführt wird und dann die beiden Teile miteinander verlötet werden. Dies hat den Vorteil einer sehr viel wirtschaftlicheren Herstellung.

Im Gebrauch wird die Angußbuchse 10 zwischen der Spritzgußmaschine und dem Formhohlraum 13 angeordnet und die Zuleitungen 36 werden an eine geeignete Stromquelle angeschlossen. Nach Aufheizung der Angußbuchse 10 kann der Betrieb aufgenommen werden. Von der Spritzgußmaschine her wird die Schmelze unter sehr hohem Druck in den Mittelkanal 12 eingebracht und darin

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durch die von dem Heizelement 16 ausgehende Wärme im geschmolzenem Zustand gehalten. Nach jedem Druckstoß aus der Maschine zur Füllung des Formhohlraums 13 verfestigt sich die Schmelze im Bereich der verjüngten Öffnung 22 und gleichzeitig tritt von der Spritzgußmaschine her ein leichter Druckabfall auf, der mindestens einen gewissen Teil der Schmelze aus diesem Bereich des Mittelkanals 12 zurücksaugt. Die Kühlung 54 der Hohlraumplatte 44 wird dann eingeschaltet und nach Erstarrung des Formteils wird die Form geöffnet, das Formteil ausgestoßen und die Form wieder geschlossen und der ganze Ablauf wiederholt. Dadurch, daß bis dicht an dem Bereich der Zufuhröffnung genügend Wärme zur Verfügung steht und die Ansaugwirkung der Spritzgußmaschine ausgenutzt wird, kann ein angußfreies Formteil hoher Qualität erhalten werden, das ohne wiederholten Ausfall der Maschine hergestellt werden kann.

In Fig. 2 ist die zweite Ausführung einer Angußbuchse 10 dargestellt. Darin sind viele Teile identisch mit den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform, und diese, beiden Ausführungsformen gemeinsamen Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. In dieser Ausführungsform hat die Angußbuchse ebenfalls einen Mittelkanal 12, der durch einen inneren Kern begrenzt wird, ein schraubenförmig gewundenes Heizelement 16 und einen äußeren Mantel 18. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, daß der innere Kern 14 zu einer punktförmigen Spitze 40 geformt ist, die sich benachbart zu der Zufuhröffnung 42 in der Formplatte 44 erstreckt. Wie man sieht, ist der Durchlaufkanal 12 in zwei Arme 46 gespalten, die die Schmelze einem Bereich 48 von halbkreisförmigem Querschnitt zuführen, der die Spitze 40 umgibt und von dem aus sie an der Spitze 40 vorbei in den Formhohlraum 13 eintritt. Der innere Kern 14 hat auch noch einen Randflansch 52, der in der Formplatte 44 mindestens über eine Breite von ca. 0,1 cm (0,04 Zoll) in Berührung steht, um diesen festzustellen und eine Dichtung gegen die Schmelze zu bewirken. Der hochleitfähige äußere Mantel 18 ist von einem Luftraum 56 umgeben, um Wärmeverluste zur Formplatte 44 zu verringern.

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Der Aufbau des Heizelementes 16 und des schraubenförmig gewundenen Grates 26, sowie die Betriebsweise sind bei dieser Ausführung ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und
brauchen daher hier nicht weiter beschrieben zu werden. Die gewellte Außenfläche 24 des inneren Kerns 14 der Angußbuchse kann auch von Graten anderer Form und Anordnung gebildet
werden.

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Claims

Patentansprüche

In sich elektrisch beheizbare Angußbuchse für Spritzgüßmaschinen, gekennzeichnet durch

(a) einen länglichen inneren Kern (14) aus einem hochfesten, wärmeleitenden, metallischen Material und mit einem durch diesen hindurch verlaufenden Mittelkanal (12),

(b) ein elektrisch isoliertes Heizelement (16), das den inneren Kern (14) in einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Windungen (28) umgibt und mit Anschlußmitteln (34) zur Verbindung mit einer äußeren Stromquelle versehen ist, wobei der Innendurchmesser der Windungen (28) mindestens so groß ist wie der größte Außendurchmesser der gewellten äußeren Oberfläche des inneren Kerns (14), und

(c) einen länglichen äußeren Mantel (18) aus einem metallischen Material hoher Wärmeleitfähigkeit, der den inneren Kern (14) und das Heizelement (16) über deren Länge umgibt und fest mit diesen verbunden ist.
2. Angußbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des inneren Kerns (14) geriffelt ist.
3. Angußbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des inneren Kerns (14) einen schraubenförmig verlaufenden Grat (26) von gleichmäßigem Krümmungsquerschnitt aufweist.
4. Angußbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwindungen des Heizelementes (16) und des Grates (26) entgegengesetzt gerichtet sind.

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5. Angußbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern (14) aus einer Beryllium-Nickel-Legierung und der äußere Mantel (18) aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung besteht.
6. Angußbuchse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (16) einen Widerstandsdraht (62) mit einer ersten Teillänge, die von den Anschlußmitteln (34) ausgeht, und einer zweiten Teillänge, die zu den Anschlußmitteln (34) zurückgeführt ist, aufweist und daß die Teillängen in Isoliermaterial (64) und in einen gemeinsamen leitenden Mantel (60) eingeschlossen sind.
7. Angußbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (16) einen Widerstandsdraht (62) mit einer ersten Teillänge, die von den Anschlußmitteln (34) ausgeht, und einer zweiten Teillänge, die zu den Anschlußmitteln (34) zurückgeführt ist, aufweist und daß die Teillängen unter Ausbildung eines einzigen Elementes miteinander verdreht sind.

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