JP2018501112A - 射出成形機における金属溶湯の供給装置 - Google Patents

Abstract

射出成形機、例えば鋳造機における金属溶湯の供給装置は、金属溶湯のための貯湯容器と供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯が成形キャビティに供給可能である。前記供給通路がシリンダを含み、そのシリンダ内にピストンが軸方向に移動可能に配置されている。前記シリンダ内に金属溶湯のための収集チャンバが設けられ、前記ピストンの軸方向移動によって金属溶湯が前記収集チャンバから後続管路を通して前記成形キャビティに導入可能である。前記シリンダが少なくとも１つの加熱要素を有する第１の加熱装置によって取り囲まれている。【選択図】図１

Description

本発明は、金属溶湯のための貯湯容器と供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯が成形キャビティに供給可能であり、前記供給通路がシリンダを含み、そのシリンダ内にピストンが軸方向に移動可能に配置され、前記シリンダ内に金属溶湯のための収集チャンバが設けられ、前記ピストンの軸方向移動によって金属溶湯が前記収集チャンバから後続管路を通して前記成形キャビティに導入可能である、射出成形機における金属溶湯の供給装置に関する。

鋳造機では、一般に合金である液状金属が成形キャビティに導入され、ここで硬化させられ、それによって成形キャビティに対応する金属部品が形成される。金属溶湯の導入は金属溶湯に加えられる圧力によって行われる。

特許文献１から、金属溶湯のための供給装置が公知であり、この公知の供給装置では、金属溶湯が貯湯容器からシリンダ内に形成された収集チャンバに供給され、それに続いてすぐにピストンがシリンダ内で軸方向に移動され、それによって金属溶湯が収集チャンバから押し出されて後続管路に達し、その後続管路において金属溶湯が成形キャビティに供給される。

適切な射出成形機で製造される金属部品の品質は、主として、金属溶湯が貯湯容器と成形キャビティとの間の供給経路上で十分な流動性を有することに関係し、またその供給経路上で金属溶湯が粘着性になりさらには硬化さえするということがないことに関係する。このことを達成するべく、金属溶湯が成形キャビティ内に入る際にもまだ十分に高い温度を有すること、即ち良好な流動性を有することを保証するために、貯湯容器内の金属溶湯を十分な温度に加熱することは公知である。しかし、射出成形機により加工できる多くの考えられ得る合金に対して、十分な温度調節、従って十分な流動性を保証することは、実際にはかなり困難であることが判明した。

独国特許出願公開第１０２０１２０１０９２３号明細書

本発明の課題は、種々の金属材料についても供給経路上での良好な流動性を達成することができるような射出成形機における金属溶湯の供給装置を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴事項を有する、射出成形機における金属溶湯の供給装置によって解決される。その場合に、内部に収集チャンバが形成されているシリンダが、少なくとも１つの加熱要素を有する第１の加熱装置によって取り囲まれている。

本発明によれば、金属溶湯が供給経路上で流動性を失うことを防止するべく、第１の加熱装置の使用によって貯湯容器と成形チャンバとの間の供給経路上で少なくとも部分的に金属溶湯を所望の温度に調整又は維持するという基本的な考え方から出発している。他方では、シリンダの領域内での第１の加熱装置の使用により、金属溶湯が貯湯容器内で過度に加熱される必要がないので、貯湯容器内での金属溶湯の過度の加熱によって供給装置の他の追加部品、特に電子式制御装置又は駆動装置が損傷させられ又はこれらの機能が制限されるという危険が阻止されている。

好ましくは、第１の加熱装置がシリンダの周囲にわたって特に一様に分散配置された複数の加熱要素を含み、これらの加熱要素が、例えば、シリンダに対して半径方向に距離をおいてシリンダに対して平行に延びているとよい。これらの加熱要素は、それぞれ供給装置のハウジング内の孔に挿通された電気的なカートリッジヒータよって構成されているとよい。カートリッジヒータは電気抵抗加熱装置であるが、しかし代替として第１の加熱装置は、高温流体、特に高温液体によって貫流される通路によって構成されていてもよい。

これらの加熱要素の個数および配置は射出成形機の大きさ、特にシリンダの大きさに関係するが、実際には４〜８個の加熱要素を使用するのが合理的である。しかし、本発明はそれに限定されない。

前記加熱要素が個別におよび／又はグループごとに制御可能であるならば、シリンダの壁および周囲部品の正確な温度調節を達成し、従って金属溶湯の正確な温度調節も達成することができる。本発明の発展形態では、所望の温度もしくは所望の温度プロファイルを達成するために、個々の加熱要素および／又は金属溶湯および／又はシリンダの壁の温度が検出・評価されて前記加熱要素が個別に又はグループごとに制御されるフィードバック制御が使用されるとよい。

前記ピストンがシリンダ内で軸方向に移動可能であり、それにより前記収集チャンバ内にある金属溶湯がその収集チャンバから押し出される。好ましくは、この目的のために、電気式又は液圧式駆動装置および／又は電子式制御装置が設けられるとよく、このような装置は一般に収集チャンバとは反対側のピストン上端部に配置されている。前記駆動装置および／又は前記制御装置は温度過上昇時に故障しやすい温度に敏感な部品である。第１の加熱装置による金属溶湯の加熱にもかかわらず前記駆動装置および／又は前記制御装置の正常な動作を保証するために、本発明の発展形態では、前記駆動装置および／又は前記制御装置に冷却装置が付設されている。前記冷却装置は、例えばペルチエ素子である電気式冷却装置、又は冷却流体および特に冷却液によって貫流される冷却通路であるとよい。

本発明の好ましい実施形態では、前記加熱装置と前記冷却装置との間に、前記ピストンが貫通している隔壁が設けられている。前記隔壁は、熱シールド材として使用され、加熱装置により加熱される領域と冷却装置により冷却される領域とを互いに遮蔽する。

本発明の好ましい実施形態では、例えば前記冷却通路が前記隔壁内に組み込まれていることによって、前記隔壁が前記冷却装置により冷却可能である。

前記ピストンが軸方向孔を有し、その軸方向孔に弁棒が移動可能に収容されていることは公知である。前記弁棒が、前記収集チャンバとは反対側の端部に、特に電気式駆動モータ又は液圧式駆動装置の形での弁棒駆動装置および／又は電子式制御装置を有し、前記弁棒駆動装置および／又は前記制御装置が前記冷却装置により冷却可能である。このようにして、前記弁棒駆動装置および／又は前記制御装置の正常な機能を保証し、従って前記弁棒の正常な機能を保証する。

供給経路上での金属溶湯の十分な流動性を保証するために、金属溶湯が貯湯容器内で正確に温度調節されていることは有益である。

この目的のためには、シリンダ用の第１の加熱装置とは独立に制御可能である第２の加熱装置が金属溶湯の貯湯容器に付設されているとよい。

さらに、金属溶湯の流動性にとって、貯湯容器内の金属溶融の表面に過度のスラグ層が発生することが回避されているならば有意義である。なぜならば、スラグ粒子が供給装置を通して供給経路内に達する危険があるからである。これを防止するべく、本発明の発展形態では、金属溶湯が前記貯湯容器内で保護ガス雰囲気下におかれている。この目的のために、例えば貯湯容器の内部空間の金属溶湯の上方に二酸化炭素（ＣＯ_２）又は窒素（Ｎ_２）が充填されかつ印加されるとよい。

金属溶湯が前記収集チャンバから前記ピストンによって押し出されて後続管路内に達する。この後続管路には一般に逆止弁が配置されている。本発明の発展形態では、前記逆止弁に第３の加熱装置が付設されており、この第３の加熱装置は、前記シリンダのための第１の加熱装置とは独立に制御可能であり、また前記貯湯容器のための第２の加熱装置とは独立に制御可能である。

第２の加熱装置も、第３の加熱装置も、電気抵抗加熱装置、例えばカートリッジヒータによって構成してよいが、高温流体および特に高温液体によって貫流されている加熱通路を設けてもよい。

以下において図面を参照して実施例を説明することにより、本発明の更なる詳細および特徴事項を明らかにする。

図１は本発明による供給装置の縦断面図を示す。 図２は外側に加熱装置を有するシリンダの拡大斜視図を示す。

図１に示された射出成形機における金属溶湯Ｍの供給装置１０はハウジング１１を有し、そのハウジング内に垂直方向の収容孔１２が形成されている。

ハウジング１１には貯湯容器２６が設けられ、この貯湯容器は金属溶湯Ｍを満たされている。金属溶湯Ｍは、液状の形態で貯湯容器２６に供給されてもよいし、この貯湯容器２６内で、例えば金属顆粒の溶解によって生成されてもよい。

貯湯容器２６は蓋部４５により気密に覆われており、貯湯容器２６内で金属溶湯Ｍの上方に形成された空隙４６は保護ガス、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）又は窒素（Ｎ_２）で満たされている。

ハウジング１１内の貯湯容器２６の領域には、電気抵抗加熱装置であり得る第２の加熱装置４３が組み込まれており、この加熱装置により貯湯容器２６の壁を、従って金属溶湯Ｍを所望の温度にし、又は所望の温度に維持することができる。

貯湯容器２６は、流れ方向に斜め下方に傾斜して延びた少なくとも１つの供給通路１８を介して、収容孔１２に連通している。収容孔１２内には、はめあい部材２８がぴったり合うようにはめ込まれており、そのはめあい部材２８は管状構造を有し、下端が閉鎖されている。はめあい部材２８は交換可能に収容孔１２内に保持されて、中心部にある軸方向のシリンダ２７を有する。そのシリンダ２７は上に向けて開いた止まり穴の形態をなしている。はめあい部材２８の壁内には、斜めに延びた接続孔３０が設けられており、この接続孔３０は、供給通路１８と一直線になって供給通路１８をシリンダ２７に接続する。

シリンダ２７内にはピストン１３がぴったり合うように移動可能に挿通されている。ピストン１３の軸方向の長さの下半分部に配置されていてピストン下端から軸方向に或る距離を有する領域に、ピストン１３の外側面に対して環状空間１７が形成されている。環状空間１７の下端では、ピストン１３の周囲にわたって分散配置された複数の充填孔１６が、ピストン１３内でそれぞれピストン１３の下端面に向かって延びている。充填孔１６が形成されているピストン１３の領域は、シリンダ２７の内壁に密着接触している。

ピストン１３の外側面には、軸方向に距離をおいて周りを取り巻いている２つの溝２９が形成されており、これらの溝２９にはそれぞれスリット付きピストンリング３１がはめ込まれており、そのピストンリングは、シリンダ２７の内壁に対して半径方向外側に向けられたバネ付勢により、その内壁に密着接触している。ピストンリング３１は、例えばバネ鋼からなる。

さらに、ピストン１３は中心の軸方向孔１４を有し、この軸方向孔１４内に弁棒１９が移動可能に配置されている。弁棒１９は、ピストン１３を完全に貫通しており、ピストン１３の端面の下流側で弁棒下端部において皿形の弁体２０を支持している。弁体２０は、ピストン１３に対する弁棒１９の相対的な移動によって、図１に示された閉位置と、図示されていない開位置との間で移動することができる。閉位置においては、弁体２０が充填孔１６からの金属溶湯の流出を阻止し、開位置においては、金属溶湯が充填孔１６からその下側にあるシリンダ２７内に形成された収集チャンバ１５内に流入することができる。

弁体２０の横断面積はシリンダ２７の横断面積よりも小さいので、シリンダ２７内において弁体２０は密閉機能を持ち、金属溶湯Ｍは弁体２０の周りを自由に流れることができる。

収集チャンバ１５内には簡略的にしか示されていない圧力センサ４９が配置され、この圧力センサ４９が配線を介して圧力信号を図示されていない制御装置に与え、この制御装置がピストン１４の駆動装置を制御する。このようにして、ピストン１４の駆動装置（液圧シリンダ）のための調節回路がもたらされる。

シリンダ２７もしくはそのシリンダの下側領域に形成された収集チャンバ１５は、下端部において、後続管路２１を介して詳しくは示されていない成形キャビティに接続されている。後続管路２１は、はめあい部材２８の壁内の下方の横孔３２を含み、横孔３２は、ハウジング２１内の後続横孔３３と一直線になっており、この後続横孔を介して収集チャンバ１５が垂直上昇管路２２に連通している。上昇管路２２の上端は充填通路２３に移行し、その充填通路から金属溶湯が、矢印Ｆによって示されているように成形キャビティに供給される。上昇管路２２と充填通路２３との間の移行部には逆止弁２４が配置されており、この逆止弁はバネ３４によって反流れ方向に弁座３５に向かって押圧される弁体２５を有する。

シリンダ２７およびはめあい部材２８は第１の加熱装置３６によって取り囲まれており、この第１の加熱装置は、はめあい部材２８の周囲にわたって分散配置された複数の加熱要素３７を有し、これらの加熱要素は、図１に破線で示されているように、それぞれハウジング内に形成された孔内に挿通されている。好ましくは電気的なカートリッジヒータである加熱要素３７の配置が図２に示されている。これから分かるように、６個の加熱要素３７が設けられており、それらの加熱要素３７は、はめあい部材２８の周囲にわたって一様に分散配置されて、好ましくはそれぞれ個別に又はグループごとに制御されるとよい。加熱装置３６により、接続孔３０、充填孔１６、収集チャンバ１５の領域において、また少なくとも部分的に後続管路２１において、金属溶湯Ｍを所望の温度に調整し又は所望の温度に維持することができる。

図１に破線で簡略的に示されているように、逆止弁２４に第３の加熱装置４４が付設され、この第３の加熱装置により、逆止弁２４を貫流する金属溶湯が、特に逆止弁２４内で、温度調節される。第３の加熱装置４４は電気抵抗加熱装置、又は高温の流体、特に高温の液体が貫流している加熱通路によって構成されているとよい。

収集チャンバ１５とは反対側の、ピストン１３および弁棒１９の端部は、ハウジング１１の外側に配置された駆動／制御ハウジング４７内に配置され、この駆動／制御ハウジング４７内には、ピストン１３のための簡略に示しているだけ駆動装置３８と、同様に簡略に示されているだけの弁棒駆動装置４１とが配置されており、これらの駆動装置によりピストン１３もしくは弁棒１９が軸方向に移動可能である。同様に駆動／制御ハウジング４７内には、特に上記の両駆動装置のために電子式制御装置４８が設けられており、この電子式制御装置４８は概略的にしか示されていない。駆動／制御ハウジング４７は、ハウジング１１の側に隔壁４０を有し、この隔壁４０は、ピストン１３および弁棒１９によって貫通されており、熱シールドとして利用されている。

さらに、駆動／制御ハウジング４７内には、複数の冷却通路４２を含む冷却装置３９が設けられている。それらの冷却通路４２は、冷却液によって貫流されており、駆動／制御ハウジング４７も隔壁４０も貫通して延びている。冷却装置３９により、駆動／制御ハウジング４７の内部空間を、従ってピストン１３のための駆動装置３８、弁棒駆動装置４１および電子式制御装置４８を、好ましくは８０℃より低い有利な動作温度に保つことができる。というのは、加熱装置３６に基づいて、上記構成部品がさもなければ過熱になり、それによって損傷する危険が存在するからである。

Ｍ 金属溶湯
１０ 供給装置
１１ ハウジング
１２ 収容孔
１３ ピストン
１４ 軸方向孔
１５ 収集チャンバ
１６ 充填孔
１７ 環状空間
１８ 供給通路
１９ 弁棒
２０ 弁体
２１ 後続管路
２２ 上昇管路
２３ 充填通路
２４ 逆止弁
２５ 弁体
２６ 貯湯容器
２７ シリンダ
２８ はめあい部材
２９ 溝
３０ 接続孔
３１ ピストンリング
３２ 下方横孔
３３ 後続横孔
３４ バネ
３５ 弁座
３６ 第１の加熱装置
３７ 加熱要素
３８ 駆動装置
３９ 冷却装置
４０ 隔壁
４１ 弁棒駆動装置
４２ 冷却通路
４３ 第２の加熱装置
４４ 第３の加熱装置
４５ 蓋部
４６ 空隙
４７ 駆動／制御ハウジング
４８ 電子式制御装置
４９ 圧力センサ

本発明は、金属溶湯のための貯湯容器と供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯が成形キャビティに供給可能であり、前記供給通路がシリンダを含み、そのシリンダ内にピストンが軸方向に移動可能に配置され、前記シリンダ内に金属溶湯のための収集チャンバが設けられ、前記ピストンの軸方向移動によって金属溶湯が前記収集チャンバから後続管路を通して前記成形キャビティに導入可能であり、前記シリンダが、少なくとも１つの加熱要素を有する第１の加熱装置によって取り囲まれている、射出成形機における金属溶湯の供給装置に関する。

適切な射出成形機で製造される金属部品の品質は、主として、金属溶湯が貯湯容器と成形キャビティとの間の供給経路上で十分な流動性を有することに関係し、またその供給経路上で金属溶湯が粘着性になりさらには硬化さえするということがないことに関係する。このことを達成するべく、金属溶湯が成形キャビティ内に入る際にもまだ十分に高い温度を有すること、即ち良好な流動性を有することを保証するために、貯湯容器内の金属溶湯を十分な温度に加熱することは公知である。しかし、射出成形機により加工できる多くの考えられ得る合金に対して、十分な温度調節、従って十分な流動性を保証することは、実際にはかなり困難であることが判明した。
請求項１のプリアンブル部分は、特許文献１に示されているような供給装置から出発している。この種の供給装置は、加熱装置によって取り囲まれたシリンダを有する。特に、供給装置の長時間動作時には、供給装置の個々の部品又は領域が強く加熱され、それによって供給装置が損傷され、又は少なくとも供給装置の機能に障害がもたらされることがある。

本発明の課題は、過熱作用による損傷又は機能障害が回避されている冒頭に述べた如き供給装置を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴事項を有する、射出成形機における金属溶湯の供給装置によって解決される。その場合に、公知の如く、内部に収集チャンバが形成されているシリンダが、少なくとも１つの加熱要素を有する第１の加熱装置によって取り囲まれている。

前記ピストンがシリンダ内で軸方向に移動可能であり、それにより前記収集チャンバ内にある金属溶湯がその収集チャンバから押し出される。好ましくは、この目的のために、電気式又は液圧式駆動装置および／又は電子式制御装置が設けられており、このような装置は一般に収集チャンバとは反対側のピストン上端部に配置されている。前記駆動装置および／又は前記制御装置は温度過上昇時に故障しやすい温度に敏感な部品である。第１の加熱装置による金属溶湯の加熱にもかかわらず前記駆動装置および／又は前記制御装置の正常な動作を保証するために、本発明によれば、前記駆動装置および／又は前記制御装置に冷却装置が付設されている。前記冷却装置は、例えばペルチエ素子である電気式冷却装置、又は冷却流体および特に冷却液によって貫流される冷却通路であるとよい。

前記加熱装置と前記冷却装置との間に、前記ピストンが貫通している隔壁が設けられている。前記隔壁は、熱シールド材として使用され、加熱装置により加熱される領域と冷却装置により冷却される領域とを互いに遮蔽する。

本発明の好ましい実施形態では、例えば前記冷却通路が前記隔壁内に組み込まれていることによって、前記隔壁が前記冷却装置により冷却可能である。

好ましくは、第１の加熱装置がシリンダの周囲にわたって特に一様に分散配置された複数の加熱要素を含み、これらの加熱要素が、例えば、シリンダに対して半径方向に距離をおいてシリンダに対して平行に延びているとよい。これらの加熱要素は、それぞれ供給装置のハウジング内の孔に挿通された電気的なカートリッジヒータよって構成されているとよい。カートリッジヒータは電気抵抗加熱装置であるが、しかし代替として第１の加熱装置は、高温流体、特に高温液体によって貫流される通路によって構成されていてもよい。

これらの加熱要素の個数および配置は射出成形機の大きさ、特にシリンダの大きさに関係するが、実際には４〜８個の加熱要素を使用するのが合理的である。しかし、本発明はそれに限定されない。

前記加熱要素が個別におよび／又はグループごとに制御可能であるならば、シリンダの壁および周囲部品の正確な温度調節を達成し、従って金属溶湯の正確な温度調節も達成することができる。本発明の発展形態では、所望の温度もしくは所望の温度プロファイルを達成するために、個々の加熱要素および／又は金属溶湯および／又はシリンダの壁の温度が検出・評価されて前記加熱要素が個別に又はグループごとに制御されるフィードバック制御が使用されるとよい。

Claims (13)

1. 金属溶湯（Ｍ）のための貯湯容器（２６）と供給通路とを有し、その供給通路内で金属溶湯（Ｍ）が成形キャビティに供給可能であり、前記供給通路がシリンダ（２７）を含み、そのシリンダ内にピストン（１３）が軸方向に移動可能に配置され、前記シリンダ（２７）内に金属溶湯（Ｍ）のための収集チャンバ（１５）が設けられ、前記ピストン（１３）の軸方向移動によって金属溶湯（Ｍ）が前記収集チャンバ（１５）から後続管路（２１）を通して前記成形キャビティに導入可能である、射出成形機における金属溶湯（Ｍ）の供給装置において、前記シリンダ（２７）が、少なくとも１つの加熱要素（３７）を有する第１の加熱装置（３６）によって取り囲まれていることを特徴とする射出成形機における金属溶湯の供給装置。
2. 前記シリンダ（２７）の周囲にわたって分散配置された複数の加熱要素（３７）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の供給装置。
3. 前記加熱要素（３７）が前記シリンダ（２７）に対して半径方向に距離をおいて平行に延びているカートリッジヒータであることを特徴とする請求項１又は２記載の供給装置。
4. ４乃至８個の前記加熱要素（３７）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の供給装置。
5. 前記加熱要素（３７）が個別におよび／又はグループごとに制御可能であることを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載の供給装置。
6. 前記ピストン（１３）が前記収集チャンバ（１５）とは反対側の端部に駆動装置（３８）および／又は制御装置（４８）を有し、前記駆動装置（３８）および／又は前記制御装置（４８）に冷却装置（３９）が付設されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の供給装置。
7. 第１の加熱装置（３６）と前記冷却装置（３９）との間に隔壁（４０）が設けられ、その隔壁を前記ピストン（１３）が貫通していることを特徴とする請求項６記載の供給装置。
8. 前記隔壁（４０）が前記冷却装置（３９）により冷却可能であることを特徴とする請求項７記載の供給装置。
9. 前記ピストン（１３）が軸方向孔（１４）を有し、その軸方向孔内に弁棒（１９）が移動可能に収容されており、前記弁棒（１９）が前記収集チャンバ（１５）とは反対側の端部に弁棒駆動装置（４１）および／又は制御装置（４８）を有し、前記弁棒駆動装置（４１）および／又は前記制御装置（４８）が前記冷却装置（３９）により冷却可能であることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の供給装置。
10. 前記冷却装置（１９）が、冷却流体および特に冷却液によって貫流される少なくとも１つの冷却通路（４２）を含むことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の供給装置。
11. 金属溶湯（Ｍ）が前記貯湯容器（２６）内で保護ガス雰囲気下にあることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の供給装置。
12. 金属溶湯（Ｍ）の前記貯湯容器（２６）に第２の加熱装置（４３）が付設されていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の供給装置。
13. 前記後続管路（２１）内に逆止弁（２４）が配置されており、前記逆止弁（２４）に第３の加熱装置（４４）が付設されていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の供給装置。
    

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