DE69912485T2

DE69912485T2 - Gekühlter Spritzgiesseinsatz

Info

Publication number: DE69912485T2
Application number: DE69912485T
Authority: DE
Inventors: Jobst Ulrich Georgetown Gellert; Denis L. Acton Babin
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2019-01-30
Also published as: EP0933186B1; CN1229712A; JP2000202884A; CA2228458C; EP0933186A1; BR9900392A; US6017209A; JP4286361B2; ATE253443T1; DE19903574A1; CA2228458A1; CN1102098C; DE69912485D1; ES2210867T3

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Spritzgußvorrichtungen und insbesondere auf einen einteiligen Spritzguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatz mit einem oder mit mehreren durch diesen verlaufenden Kühlfluid-Durchlässen, die abwechselnd sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen verlaufen.
Spritzguß-Anguß- und -Hohlraumeinsätze mit Kühlfluid-Durchlässen, die einen Teil des Hohlraums bilden und durch die der Anguß zum Transport der Schmelze von einer beheizten Düse in den Hohlraum verläuft, sind bekannt. Zum Beispiel zeigt US-A-4,622,001 an Bright u. a., erteilt am 11. November 1986, einen zweiteiligen Einsatz mit einem Kühlfluid-Durchlaß oder mit einer Kühlfluid-Kammer, die abwechselnd radial nach innen und nach außen verläuft, um die Kühlung dadurch zu verbessern, daß sie den Fließweg des Kühlfluids verlängert und das Kühlfluid näher an den Hohlraum bringt. US-A-5,443,381 an Gellert, erteilt am 22. August 1995, zeigt einen einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz mit Rippenteilen, die bewirken, daß die Kühlfluid-Kammern oder -Durchlässe abwechselnd nach vom und nach hinten verlaufen, um eine verbesserte Kühlung und eine höhere bauliche Festigkeit zu schaffen. US-A-5,599,567 beschreibt einen geteilten Gewindeeinsatz mit einem darin vorgesehenen Kanal, durch den Kühlflüssigkeit zirkuliert, um die Kühlung zu verbessern und die Formtaktzeiten zu verkürzen.
Während diese früheren Konfigurationen für viele Anwendungen ausreichend sind, ist es beim Schmelzen bestimmter Materialien mit bestimmten Hohlraumkonfigurationen und -größen wünschenswert, für den Hohlraum und für den Angußbereich zusätzliche Kühlung zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, wenigstens teilweise die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen einteiligen Spritzguß-Anguß- und Hohlraumeinsatz nach Anspruch 1 und eine Heißkanal-Spritzgußvorrichtung nach Anspruch 2. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Figurenkurzbeschreibung
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 einen Schnitt eines Teils eines Mehrfachhohlraum-Spritzgußsystems, der einen Anguß- und Hohlraumeinsatz gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung veranschaulicht;
2 eine perspektivische Darstellung, die das innere und das äußere Teilstück des in 1 gezeigten Anguß- und Hohlraumeinsatzes in der richtigen Lage des Zusammenbaus zeigt;
3 einen Querschnitt des zusammengesetzten Anguß- und Hohlraumeinsatzes nach 1;
4 eine perspektivische Darstellung des Anguß- und Hohlraumeinsatzes im Schnitt längs der Linie 4-4 in 3; und
5 eine schematische Darstellung der Wege der Kühlfluid-Durchlässe durch den Anguß- und Hohlraumeinsatz nach 1.
Wie zunächst in 1 gezeigt ist, ist ein Teil eines Mehrfachhohlraum-Spritzgußsystems oder einer Mehrfachhohlraum-Spritzgußvornchtung mit einem einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung zwischen einer beheizten Düse 14 und einem Hohlraum 16 in eine Gießform 12 eingebaut. Während die Gießform 12 in Abhängigkeit von der Anwendung eine größere Anzahl von Platten haben kann, sind in diesem Fall zur Erleichterung der Darstellung nur eine Düsenhalteplatte 18 und eine Gegenplatte 20, die mit Schrauben 22 miteinander befestigt sind, sowie eine Hohlraum-Halteplatte 24 und eine Abstreifplatte 26 gezeigt.
Jeder Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 besitzt eine Außenfläche 28, eine hintere Fläche 30, eine vordere Fläche 32 und einen Anguß 34, der von der hinteren Fläche 30 zu der vorderen Fläche 32 mittig durch ihn verläuft, um die Schmelze von der Düse 14 zu dem Hohlraum 16 zu transportieren. Die Außenfläche 28 ist allgemein zylindrisch mit einem nach außen sich erstreckenden kreisförmigen Flanschabschnitt 36, der in einem kreisförmigen Sitz 38 in der Hohlraum-Halteplatte 24 sitzt, um den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 in der Gießform 12 genau zu fixieren. Die hintere Fläche 30 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 besitzt einen ausgesparten Abschnitt 40, der einen Düsenbehälter zur Aufnahme der beheizten Düse 14 bildet.
Ein Schmelzedurchlaß 42 verzweigt in einen stählernen Schmelzeverteiler 44 und verläuft durch eine mittige Schmelzebohrung 46 in jeder beheizten Düse 14 zu dem zu dem Hohlraum 16 führenden Anguß 34. Der Schmelzeverteiler 44 besitzt ein zylindrsches Einlaßteil 48 und wird von einem einteiligen elektrischen Heizelement 50 beheizt. Der Schmelzeverteiler 44 ist mit einem mittigen Fixierring 52 und mit einer Anzahl isolierender und federnder Abstandshalter 54, die einen isolierenden Luftzwischenraum 56 zwischen dem beheizten Verteiler 44 und der umgebenden Gießform 12 schaffen, zwischen der Düsenhalteplatte 18 und der Gegenplatte 20 eingebaut.
Jede Düse 14 besitzt ein einteiliges elektrisches Heizelement 58 und ein hinteres Ende 60, das an den Schmelzeverteiler 42 angrenzt. In dieser Konfiguration ist in jeder beheizten Düse 14 ein Torpedo 62 mit Spiralklingen 64 und mit einer nach vom zulaufenden Spitze 66 eingebaut. Jede beheizte Düse 14 besitzt außerdem einen Flanschabschnitt 68, der in einen kreisförmigen Sitz 70 in der Verteilerhalteplatte 18 eingepaßt ist. Dadurch ist die beheizte Düse 14 mit der zulaufenden Spitze 66 des Torpedos 62 genau auf den Anguß 34 ausgerichtet fixiert, wobei zwischen der beheizten Düse 14 und der sie umgebenden Schmelze 12 ein isolierender Luftzwischenraum 72 gebildet wird, der dadurch gekühlt wird, daß das Kühlfluid durch die Kühlleitungen 74 gepumpt wird.
In dieser Ausführung bildet ein Abschnitt der vorderen Fläche 32 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 die hintere Fläche 78 des Hohlraums 16. In diesem Fall dient der Hohlraum 16 der Herstellung von Behälterverschlüssen und erstreckt sich zwischen dem Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 und einem Gießformkern 80, der durch einen Abstreifring 82 verläuft. Der Gießformkern 80 wird durch Kühlwasser gekühlt, das durch einen mittigen Kühlkanal 84 fließt.
In den 2-4 ist nun ausführlich der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 gemäß der Erfindung beschrieben. In 2 besteht der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 aus einem im wesentlichen zylindrischen inneren Teilstück 86 und aus einem im wesentlichen zylindrischen äußeren Teilstück 88. Das äußere Teilstück 88 ist normalerweise aus einer geeigneten Dichtung wie etwa aus nichtrostendem Stahl hergestellt, während das innere Teilstück 86 zweckmäßig aus H13-Werkzeugstahl hergestellt ist, der besser leitet und wärmeschockbeständiger ist. Das innere Teilstück 86 ist in eine mittige zylindrische Öffnung 90 in dem äußeren Teilstück 88 eingepaßt. Das innere Teilstück 86 besitzt ein nach vorn verlaufendes zylindrisches Nasenteilstück 92, durch das der Anguß 34 verläuft, wobei das Nasenteilstück in eine kleine zylindrische Öffnung 94 eingepaßt ist, die einen Teil der vorderen Fläche 32 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 bildet. Wie gezeigt ist, bildet das innere Teilstück 86 den Düsenbehälter 40, in den sich die beheizte Düse 14 erstreckt.
Das äußere Teilstück 88 des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 besitzt die allgemein zylindrische Außenfläche 28, die von dem nach außen verlaufenden Flanschabschnitt 36 nach vom verläuft. In dieser Ausführung ist das Teilstück 88 in der Weise bearbeitet, daß es zwei Kühlfluid-Durchlässe 96, 98 besitzt, die auf gewundenen Wegen durch es verlaufen. Die Durchlässe 96, 98 verlaufen jeweils von einem Paar Kühlfluid-Einlässen 100, 102, die von der Außenfläche 28 nach innen verlaufen, zu einem Paar Auslässen 104, 106, die nach außen zur Außenfläche 28 verlaufen. Die Auslässe 104, 106 liegen den Einlässen 100, 102 gegenüber, wobei die zwei Kühlfluid-Durchlässe 96, 98 in zueinander entgegengesetzten Richtungen um den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 verlaufen. Wie auch in 1 gezeigt ist, sind die zwei Kühlfluid-Einlässe 100, 102 mit einer dazwischenliegenden dünnen Zwischenwand 108 auf eine dünne Kühlfluidleitung 110 ausgerichtet, die zur Aufnahme eines geeigneten Kühlfluids wie etwa Wasser durch die Hohlraum-Halteplatte 24 verläuft. Die zwei Kühlfluid-Auslässe 104, 106 haben außerdem eine dazwischenliegende dünne Zwischenwand 112 und sind ähnlich auf eine weitere Kühlfluidleitung 114 ausgerichtet, die durch die Hohlraum-Halteplatte 24 zur Aufnahme des Kühlfluids aus ihnen verläuft. Die Zwischenwände 108, 112 besitzen Messerkanten 109, 113, um Einschnürungen des Wasserflusses zu vermeiden. Die gewundenen Wege 116, 118 der zwei Kühlfluid-Durchlässe 96, 98 sind am besten in den 4 und 5 zu sehen. Jeder der Durchlässe 96, 98 verläuft zunächst eine kurze Strecke entlang des Umfangs, dann eine kurze Strecke nach hinten, dann über einen Uförmigen Abschnitt 120 des Durchlasses nach innen und nach außen, dann eine kurze Strecke zurück nach vorn und dann wieder entlang des Umfangs. In der gezeigten Konfiguration wiederholt sich dieser wiederkehrende Flußweg oder dieses wiederkehrende Muster zwischen jedem Einlaß 100, 102 und jedem Auslaß 104, 106 dreimal. Dieser Weg oder dieses Muster der Kühlfluid-Durchlässe 96, 98, die abwechselnd sowohl nach vorn und nach hinten als auch nach innen und nach außen verlaufen, schafft die Vorteile, daß es die Länge der Flüssigkeitsdurchlässe verlängert, die turbulente Strömung erhöht und die Durchlässe näher an den Hohlraum 16 bringt, wobei all dies den Wirkungsgrad der Kühlung bei gleichzeitiger Erhaltung der konstruktiven Festigkeit der Gießform, die ständig hohen Anpreßdrücken unterworfen ist, verbessert.
Der Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 wird durch Einsetzen des inneren Teilstücks 86 in das äußere Teilstück 88 hergestellt. Entlang der Verbindungen zwischen ihnen ist eine Nickellegierungs-Hartlötmasse aufgetragen, die in einem Vakuumofen allmählich auf eine Temperatur von ungefähr 1052°C, oberhalb des Schmelzpunkts der Nickellegierung, erwärmt werden. Während des Erwärmens wird der Ofen auf einen relativ hohen Unterdruck evakuiert, um im wesentlichen allen Sauerstoff zu entfernen, wobei er dann teilweise mit einem Edelgas wie etwa Argon oder mit Stickstoff wieder gefüllt wird. Wenn der Schmelzpunkt der Nickellegierung erreicht ist, schmilzt sie und fließt zwischen den Außenflächen 122 des inneren Teilstücks 86 und den Innenflächen 124 des äußeren Teilstücks 88. Durch die Kapillarwirkung breitet sich die Nickellegierung zwischen der Oberfläche 122, 124 aus, um die zwei Teilstücke 86, 88 miteinander einteilig hartzulöten, um den einteiligen Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 zu bilden. Dadurch, daß sie in dieser Weise in dem Vakuumofen miteinander hartverlötet werden, wird eine metallurgische Verbindung der Nickellegierung mit dem Stahl geschaffen, um eine maximale Festigkeit des Einsatzes zu erzielen und ein Ausfließen des Kühlwassers zu verhindern.
Im Betrieb wird die Spritzgußvorrichtung oder das Spritzgußsystem, wie in 1 gezeigt, zusammengesetzt. Während zur Erleichterung der Darstellung nur ein einzelner Hohlraum 16 gezeigt ist, ist klar, daß der Schmelzeverteiler 44 normalerweise wesentlich mehr Schmelzedurchlaßverzweigungen hat, die in Abhängigkeit von der Anwendung zu mehreren Hohlräumen 16 verlaufen. Durch die Heizelemente 50, 58 in dem Verteiler 44 und in den Düsen 14 wird ein elektrischer Strom geschickt, um sie auf die vorgegebene Betriebstemperatur zu erwärmen. Zum Kühlen der Gießform 12 und des Anguß- und Hohlraumeinsatzes 10 wird dem Kühlkanal 84 und den Kühlleitungen 74 und 110 Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlfluid mit vorgegebenen Temperaturen zugeführt. Dann wird durch einen mittigen Einlaß 126 gemäß einem vorgegebenen Zyklus in herkömmlicher Weise die heiße, mit Druck beaufschlagte Schmelze aus einer (nicht gezeigten) Schmelzemaschine in den Schmelzedurchlaß 42 eingespritzt. Die Schmelze fließt durch die Schmelzebohrungen 46 in den beheizten Düsen 14 und in den Angüssen 34 in die Hohlräume 16. Wenn die Hohlräume 16 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend zum Verdichten gehalten und dann wieder gelöst. Nach einer kurzen Kühlperiode wird die Gießform 12 für das Ausstoßen geöffnet. Nach dem Ausstoßen wird die Gießform 12 geschlossen und zum Neufüllen der Hohlräume 16 erneut mit dem Schmelzeeinspritzdruck beaufschlagt. Dieser Zyklus wird mit einer von der Größe der Hohlräume 16 und der Art des geschmolzenen Materials abhängigen Frequenz ständig wiederholt.
Obwohl die Beschreibung des einteiligen Spritzguß-Anguß- und -Hohlraumeinsatzes mit Kühlfluid-Durchlässen in Bezug auf eine zweckmäßige Ausführung der Erfindung gegeben wurde, ist offensichtlich, daß verschiedene weitere Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er vom Fachmann verstanden und in den folgenden Ansprüchen definiert ist. Zum Beispiel kann in einer alternativen Ausführung von einem Einlaß, der einem Auslaß gegenüberliegt, nur ein Durchlaß um den Anguß- und Hohlraumeinsatz 10 verlaufen, wobei der Durchlaß den gleichen wiederkehrenden Weg oder das gleiche wiederkehrende Muster hat, das oben beschrieben worden ist.

Claims

Einstöckiger Spritzgieß-Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatz (10), der in einer Form (12) zwischen einer beheizten Düse (14) und einem Hohlraum (16) anzubringen ist, wobei der Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatz (10) eine hintere Fläche (30) mit einem ausgesparten Abschnitt (40), der die Düse (14) aufnimmt, eine vordere Fläche (32), die wenigstens einen Teil einer hinteren Fläche (78) des Hohlraums (16) bildet, einen Anschnitt (34), der sich von der hinteren Fläche (30) zu der vorderen Fläche (32) mittig durch ihn hindurch erstreckt, um Schmelze von der Düse (14) zu dem Hohlraum (16) zu transportieren, und eine äußere Fläche (28) aufweist, von der aus sich wenigstens ein Kühlfluid-Einlass und wenigstens ein Kühlfluid-Auslass nach innen erstrecken, wobei der Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatz (10) des Weiteren wenigstens einen Kühlfluid-Strömungsdurchlass aufweist, der sich von dem Kühlfluid-Einlass zu dem Kühlfluid-Auslass durch ihn hindurch erstreckt, wobei: der Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatz (10) aus einem inneren Anschnittteil (86) und einem äußeren Anschnittteil (88) gebildet ist, die metallurgisch miteinander verbunden sind, und der äußere Hohlraumabschnitt (88) einen Teil der Fläche (78) des Hohlraums (16) bildet und sich der wenigstens eine Kühlfluid-Strömungsdurchlass in dem Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatz (10) abwechselnd sowohl nach vorn als auch nach hinten und sowohl nach innen als auch nach außen erstreckt, und sich der wenigstens eine Kühlfluid-Strömungsdurchlass nur durch den äußeren Hohlraumabschnitt (88) hindurch erstreckt.
Heißkanal-Spritzgießvorrichtung, die wenigstens eine Düse (14) sowie einen Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatz (10) umfasst, der an die wenigstens eine Düse (14) angrenzend angebracht ist, wobei der Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatz (10) einen inneren Anschnittteil (86) aufweist, der mit einem äußeren Hohlraumteil (88) in Kontakt ist, der innere Anschnittteil (86) einen Anschnitt (34) aufweist, der zu einem Hohlraum (16) führt, und der äußere Hohlraumteil (88) einen Teil der Fläche (78) eines Hohlraums (16) bildet und wenigstens einen Kühlfluid-Strömungskanal auf weist, der sich sowohl radial, d. h. nach vorn und nach hinten, als auch kreisförmig um den Anschnitt (34) herum erstreckt.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der innere Anschnittteil (86) und der äußere Hohlraumteil (88) metallurgisch miteinander verbunden sind.
Spritzgießvorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei der innere Anschnittteil (86) des Anschnitt-und-Hohlraum-Einsatzes (10) eine äußere Fläche (122) aufweist, die den wenigstens einen Fluid-Strömungskanal wenigstens teilweise verschließt.
Spritzgießvorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei der Anschnitt-und- Hohlraum-Einsatz (10) in einer Form (12) aufgenommen ist und die Form (12) in Kontakt mit dem äußeren Hohlraumteil (88) ist und den wenigstens einen Kühlfluid-Strömungskanal wenigstens teilweise verschließt.
Spritzgießvorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei der Anschnittteil (86) aus einem Material besteht, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der äußere Hohlraumteil (88).
Spritzgießvorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei der wenigstens eine Kühlfluidkanal eine Form hat, derart dass strömendes Kühlfluid durch ihn hindurch turbulent ist.