DE19731214A1

DE19731214A1 - Verfahren zur Herstellung einer Spritzgußdüse unter Verwendung eines Positionierungs- und Abdichtendstückes

Info

Publication number: DE19731214A1
Application number: DE19731214A
Authority: DE
Inventors: Chun Keung Mak
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1997-07-21
Publication date: 1998-01-29
Also published as: US5704113A; EP0820847B1; EP0820847A1; CA2181964C; CA2181964A1; DE69708405T2; DE69708405D1; JPH1086183A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein das Spritzgießen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer integralen beheizten Düse unter Verwendung eines terminalen Po sitionierungs- und Abdichtendstückes.

Wie in einer Anzahl von Patenten gezeigt, wie z. B. in dem US-Patent mit der Nr. 5,235,737 von Gellert, das am 17. August 1993 erlassen wurde, ist es allgemein be kannt, integrale Spritzgußdüsen herzustellen, die einen äußeren Kragenabschnitt und ein elektrisches Heizelement aufweisen, indem diese in einem Vakuumofen miteinan der durch Hartlöten verbunden werden. Kürzlich wurde bekannt, wie in der kanadi schen Patentanmeldung mit der Nr. 2,152,664 von Gellert gezeigt, das am 26. Juni 1995 mit dem Titel "Injection Molding Nozzle with Pressed in Heating Element and In tegral Collar Portion" ("Spritzgußdüse mit eingepreßtem Heizelement und integralem Kragenabschnitt") gezeigt daß integrale Düsen hergestellt werden, ohne diese auf ei ne hohe Temperatur aufzuheizen, indem das Heizelement in eine spiralförmig aus gebildete Rinne eingepreßt wird und der äußere Kragen an Ort und Stelle unter Ver wendung einer keramischen Dichtung befestigt wird. Während diese Düsen sehr vor teilhaft sind, weist dies oben angegebene Verfahren zu deren Herstellung Nachteile dahingehend auf, daß der Anfang des terminalen Abschnittes des Heizelementes nicht akkurat positioniert ist und daß häufig eine Leckage der flüssigen keramischen Dichtmasse auftritt.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, zumindest teil weise die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden durch Angabe eines Verfahrens zur Herstellung einer integralen Spritzgußdüse unter Verwendung eines terminalen Positionierungs- und Abdichtungsschlüssels bzw. eines Positionsierungs- und Abdichtendstückes.

Insoweit stellt gemäß einen ihrer Aspekte die Erfindung ein Verfahren zur Verfügung zur Herstellung einer Spritzgußdüse mit einem langgestreckten inneren Abschnitt, ei nem integralen äußeren Kragenabschnitt, der um den inneren Abschnitt passend an liegt, und mit einem elektrischen Heizelement. Das Verfahren enthält das Ausformen des inneren Abschnittes mit einem rückwärtigen Ende, einem vorderen Ende, einer Schmelzebohrung, die sich von dem rückwärtigen Ende dadurch erstreckt, und mit ei ner allgemein zylinderförmigen äußeren Oberfläche, entlang und um der sich spiral förmige Rinnen erstrecken. Ein Teil des elektrischen Heizelementes ist in die spiral förmige Rinne pressend eingepaßt, um einen spiralförmigen Abschnitt des elektri schen Heizelementes mit einem oder mehreren verbleibenden Endabschnitten des elektrischen Heizelementes zu bilden, die sich von diesem nach außen erstrecken. Der äußere Kragenabschnitt gleitet über den inneren Abschnitt in seine Montageposi tion, wobei die Endabschnitte des Heizelements sich nach außen durch einen Schlitz in dem äußeren Kragenabschnitt erstrecken. Der äußere Kragenabschnitt ist in seiner Montageposition angrenzend an dem nickwärtigen Ende des inneren Abschnittes gesichert, indem der innere Abschnitt mit dem vorderen Ende allgemein aufwärts ori entiert ist, und indem eine thermofixierende Dichtung zwischen dem inneren Abschnitt und dem diesen umgebenden äußeren Kragenabschnitt eingebracht wird. Ein Posi tionierungs- und Abdichtendstück wird in den Schlitz in dem äußeren Kragenabschnitt eingepaßt. Das Positionierungs- und Abdichtendstück ist mit Eingriffseinrichtungen ausgestattet, um in den inneren Abschnitt einzugreifen und um dabei rotationsmäßig das Positionierungs- und Abdichtendstück in Bezug auf den inneren Abschnitt zu po sitionieren. Das Positionierungs- und Abdichtendstück weist ein oder mehrere Löcher auf, um die Endabschnitte des Heizelementes dadurch aufzunehmen. Das Positionie rungs- und Abdichtendstück gleitet über den zumindest einen Endabschnitt des Heiz elementes in eine Montageposition hinein, in der es sich mit dem inneren Abschnitt der Düse im Eingriff befindet. Der äußere Kragenabschnitt gleitet in seine Position, in der das Positionierungs- und Abdichtendstück in dem Schlitz in dem äußeren Kra genabschnitt aufgenommen ist, um eine Leckage der thermofixierenden Dichtmasse dadurch zu verhindern.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be schreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnittes eines Spritzgußsystems, das eine Düse zeigt, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Düse entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht zur Darstellung des in die Rinne pres send eingepaßten Heizelementes;

Fig. 4 ist eine isometrische Ansicht des in den Fig. 1 und 2 gesehenen Positionie rungs- und Abdichtendstückes;

Fig. 5 ist eine weitere isometrische Ansicht des gleichen Endstückes von der ande ren Seite;

Fig. 6 ist eine isometrische Ansicht zur Darstellung des in seine Position eingepreß ten Heizelementes und des Positionierungs- und Abdichtendstückes sowie des äußeren Kragenabschnittes in der Montageposition; und

Fig. 7 ist eine isometrische Ansicht zur Darstellung der Anwendung der thermofixie renden keramischen Dichtmasse.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Zunächst wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, die eine integrale, beheizte Spritzgußdüse 10 zeigen, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Die Düse 10 weist einen langgestreckten inneren Abschnitt 12 mit einem rückwärtigen Ende 14 und einem vorderen Ende 16 auf. Die Düse 10 sitzt in einer Form (nicht dargestellt) und weist eine zentrale Schmelzebohrung 18 auf, die sich durch den inneren Abschnitt 12 erstreckt, um Schmelze von einem Schmelzeka nal 20 zu erhalten, der sich durch einen Verteiler 22 für die Verteilung aufgeheizter Schmelze erstreckt. Während das vordere Ende 16 verschiedene Konfigurationen für verschiedene Arten von Einläufen aufweisen kann, ist in diesem Fall eine Düsendich tung 24 gezeigt, die ein hohles inneres Stück 26 sowie ein mit einem Gewinde verse henes äußeres Stück 28 aufweist, das in einen Gewindesitz 30 eingeschraubt ist.

Die Düse 10 weist einen äußeren Kragenabschnitt 32 auf, der angrenzend an seinem rückwärtigen Ende 14 den inneren Abschnitt 12 umschlingt. Während der äußere Kragenabschnitt 32 normalerweise aus einem H13 Werkzeugstahl für Warmarbeit hergestellt ist, kann der innere Abschnitt 12 aus einem unterschiedlichen Material hergestellt sein, wie z. B. Aluminium, rostfreier Stahl oder einer Beryllium-Kupfer- oder Beryllium-Nickel-Legierung mit unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeiten, um eine geeignete thermische Balance für die unterschiedlichen Materialien oder unterschied lichen Arten von Einläufen, wie z. B. einem Thermoeinlauf, zur Verfügung zu stellen. Der innere Abschnitt 12 der Düse 10 weist an seinem rückwärtigen Ende 14 einen sich nach außen erstreckenden Kopf 34 auf. Der Kopf 34 paßt eng in einen Sitz 36 in dem äußeren Kragenabschnitt 32 und schlägt gegen eine sich nach innen erstrek kende Schulter 38 an. In diesem Fall weist der äußere Kragenabschnitt 32 Gewin delöcher 40 auf, um Schrauben 42 aufzunehmen, damit er an den die Schmelze ver teilenden Verteiler 22 angeschlossen werden kann. Der äußere Kragenabschnitt 32 weist einen zylinderförmigen Rand 44 auf, der sich nach vorne um den inneren Ab schnitt 12 erstreckt, um die Düse 10 in der Form (nicht gezeigt) zu positionieren. Wie gesehen werden kann, ist ein isolierender Raum 46 zwischen der zylinderförmigen äußeren Oberfläche 48 des inneren Kern-Abschnittes 12 und dem umgebenden Rand 44 des äußeren Kragenabschnittes 32 ausgebildet.

Nun wird auf die Fig. 3 bis 7 Bezug genommen, mit deren Hilfe ein Verfahren zur Her stellung der integralen Spritzgußdüse 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird. Der innere Abschnitt 12 ist mit einer spiralförmigen Rinne 50 versehen, die in seiner äußeren Oberfläche 48 maschinell ausgearbeitet worden ist. Während die Rinne 50 verschiedene Konfigurationen in Abhängigkeit von den thermischen Bedingungen der Düse 10 aufweisen kann, ist in diesem Fall, wie in Fig. 6 zu sehen, der Abstand der Rinne 50 in Richtung auf die rückwärtigen und vorde ren Enden 14 und 16 enger, bei denen aufgrund des größeren Wärmeverlustes mehr Wärme benötigt wird. In diesem Fall ist die Rinne 50 eine Doppelrinne, die sich von einer U-förmigen Krümmung 52 aus erstreckt, die an dem vorderen Ende 16 des in neren Abschnittes 12 angrenzt.

Ein elektrisches Heizelement 54 ist derart gebogen, daß es in die U-förmige Krüm mung 52 der spiralförmigen Rinne 50 paßt und ist dann in die Rinne 50 pressend ein gepaßt worden, indem es um den inneren Abschnitt 12 geschlungen wurde. Dadurch wird das Heizelement 54 mit einem Spiralabschnitt 56 versehen, der sich in der Rinne 50 erstreckt, sowie mit zwei verbleibenden Endabschnitten 58 ausgestattet, die sich radial auswärts davon erstrecken. Wie in der Fig. 3 zu sehen, weist das elektrische Heizelement 54 einen Widerstandsdraht 60 auf, der sich in einem elektrisch abdich tenden Material 62 aus feuerfestem Pulver erstreckt, wie z. B. Magnesiumoxidpulver innerhalb eines äußeren Stahlgehäuses 64. Anfänglich weist das Heizelement 54 ei nen kreisförmigen Querschnitt auf mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner als die Weite der spiralförmigen Rinne 50 ist. Allerdings wird durch das pressende Ein passen des Spiralabschnittes 56 des Heizelementes 54 in die spiralförmige Rinne 50 dieser derart deformiert, daß er eine flache äußere Seite 66 aufweist, wobei außer dem auch noch seine äußere Oberfläche 58 in einen kontinuierlichen Kontakt mit der inneren Oberfläche 70 der spiralförmigen Rinne 50 gedrückt wird. Dieser Kontakt stellt eine gute Wärmeübertragung von dem spiralförmigen Abschnitt 56 des Heizelemen tes 54 zu dem angrenzenden inneren Abschnitt 12 der Düse 10 sicher.

Wie deutlich in den Fig. 4 und 5 zu sehen, ist ein terminaler Positionierungs- und Ab dichtschlüssel bzw. ein Positionierungs- und Abdichtendstück 72 aus einem geeigne ten Material, wie z. B. aus Stahl hergestellt. Das Endstück 72 ist so beschaffen, daß es in einen Schlitz 74 in dem äußeren Kragenabschnitt 32 paßt, und weist einen Stiftab schnitt 76 auf, der sich von dort ausgehend nach innen erstreckt und der in ein pas sendes Loch 78 in dem Kopf 34 des inneren Abschnittes 12 paßt. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Endstück 72 mit zwei Löchern 80 versehen die sich dadurch erstrecken. Die zwei Endabschnitte 58 des Heizelementes 54 sind durch die zwei Löcher 80 hindurchgesteckt, und das Positionierungs- und Abdicht endstück 72 ist nach innen in seine Montageposition gedrückt, in welcher es gegen den inneren Abschnitt 12 drückt und der Stiftabschnitt 76 ist in dem Loch 78 in dem inneren Abschnitt 12 aufgenommen. Dies legt positionsmäßig akkurat die Stelle fest, an der sich die Endabschnitte 58 des Heizelementes 54 radial nach auswärts erstrecken, legt exakt die Länge des Spiralabschnittes 56 des in die spiralförmige Rinne 50 gewickelten Heizelementes 54 fest und verhindert, daß der Spiralabschnitt 56 des Heizelementes 54 sich auch nur geringfügig von der spiralförmigen Rinne 50 löst. In dieser Ausführungsform ist das Endstück 72 mit zwei Löchern 80 versehen und ist das Heizelement 54 mit zwei Endabschnitten 58 versehen, die in den zwei Löchern 80 aufgenommen sind. In anderen Ausführungsformen ist das Endstück 72 lediglich mit einem Loch versehen und ist das Heizelement 54 lediglich mit einem Endabschnitt versehen, der dann in dem einen Loch aufgenommen ist.

Als nächstes wird der äußere Kragenabschnitt 32 montiert, indem er über das vordere Ende 16 des inneren Abschnittes 12 in seine Montageposition gleitet, in welcher der Kopf 34 des inneren Abschnittes 12 in dem in dem äußeren Kragenabschnitt 32 vor handenen Sitz 36 aufgenommen ist. Die Passung des Kopfes 34 in dem Sitz 36 ist recht eng, um den inneren Abschnitt 12 in den äußeren Kragenabschnitt 32 akkurat zu positionieren. Schließlich wird der äußere Kragenabschnitt 32 einheitlich an seinem Platz um den inneren Abschnitt 12 befestigt, indem dazwischen eine thermo fixierende keramische Dichtmasse 82 eingefügt wird. Nach dem Ausrichten der An ordnung in eine aufrechte Position, die in der Fig. 7 zu sehen ist, wird eine vorbestimm te Menge eines geeigneten thermofixierenden keramischen flüssigen Dichtmittels 82, wie z. B. CERAMABOND 668 (Handelsname von Aremeo) über eine pneumatische Verteilerröhre 84 oder mittels Einspritzen in den Raum 46 zwischen dem Rand 44 und der zylinderförmigen äußeren Oberfläche 48 des inneren Abschnittes 12 eingebracht.

Das flüssige thermofixierende keramische Dichtmittel 82 fließt nach unten und füllt teilweise den Raum 46. Die Passung des Positionierungs- und Abdichtendstücks 72 in dem Schlitz 84 verhindert, daß flüssiges Dichtmittel 82 durch den Schlitz 74 nach außen entweicht. Die montierte Düse wird dann in einem Ofen auf eine Temperatur von in etwa 200°C erhitzt, um das thermofixierende keramische Dichtmittel 82 zu verfestigen. Dieses verbindet fest den inneren Abschnitt 12 mit dem äußeren Kragen abschnitt 32, ohne das Heizelement 54 zu überhitzen. Das Positionierungs- und Ab dichtendstück 72 und das verfestigte Dichtmittel 82 verhindern eine Leckage von Schmelze zwischen diesen oder um die zwei Endabschnitte 58 nach außen.

Im Gebrauch wird an das Heizelement 86 in dem Verteiler 22 für die Schmelzevertei lung sowie an die Heizelemente 54 in den Düsen 10 elektrische Energie angelegt, um diese auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur aufzuheizen. Gemäß einem vorbe stimmten Einspritzzyklus wird dann druckbeaufschlagte Schmelze von einer Spritz gußmaschine (nicht dargestellt) zu dem Schmelzekanal 20 in dem Verteiler 22 für die Schmelzeverteilung zugeführt. Die Schmelze fließt durch die Schmelzebohrung 18 in der Düse 10 und durch die zweistückige Düsendichtung 24 zu einem Einlauf (nicht dargestellt) in der Form. Nachdem die Hohlräume befüllt worden sind und eine geeig nete Verdichtungs- und Abkühlperiode verstrichen ist, wird der Einspritzdruck aufge hoben und wird das die Schmelze fördernde System dekomprimiert, um ein Faden ziehen durch die offenen Einläufe zu vermeiden. Die Form wird dann geöffnet, um die geformten Produkte auszustoßen. Nach dem Ausstoß wird die Form erneut geschlos sen und wird der Zyklus kontinuierlich mit einer von der Größe der Hohlräume und der Art des zu formenden Materials abhängigen Zykluszeit wiederholt.

Während die Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der Spritzgußdüse 10 in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform gegeben wurde, ist es doch offensicht lich, daß verschiedene andere Modifikationen möglich sind, ohne sich von dem Schutzumfang der Erfindung zu entfernen, wie er von den Fachleuten auf diesem Gebiet verstanden und wie er von den folgenden Patentansprüchen definiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Spritzgußdüse mit einem langgestreckten inneren Abschnitt, einem integralen äußeren Kragenabschnitt, der um den inneren Abschnitt passend angesetzt ist, und mit einem elektrischen Heizelement, wobei der innere Ab schnitt mit einem rückwärtigen Ende, mit einem vorderen Ende, mit einer sich durch diesen von dem rückwärtigen Ende aus erstreckenden Schmelzebohrung und mit ei ner allgemein zylinderförmigen äußeren Oberfläche, die eine sich darum erstreckende spiralförmige Rinne aufweist, ausgebildet ist, wobei ein Teil des elektrischen Heizele mentes in die spiralförmige Rinne pressend eingepaßt ist, um einen Spiralabschnitt des elektrischen Heizelementes mit zumindest einem verbleibenden Endabschnitt des elektrischen Heizelementes auszubilden, der sich davon nach außen erstreckt, wobei der äußere Kragenabschnitt über den inneren Abschnitt in eine Montageposition glei tet, in der der zumindest eine Endabschnitt des Heizelementes sich nach außen durch einen Schlitz in dem äußeren Kragenabschnitt erstreckt, und wobei der äußere Kra genabschnitt in der an dem rückwärtigen Ende des inneren Abschnittes angrenzen den Montageposition fixiert ist durch Ausrichten des inneren Abschnittes mit seinem vorderen Ende in eine allgemein aufrechte Position, und wobei zwischen dem inneren Abschnitt und dem umgebenden äußeren Kragenabschnitt ein thermofixierendes Dichtmittel eingebracht wird, wobei das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte aufweist:
Anbringen eines Positionierungs- und Abdichtendstücks, das in dem Schlitz des äu ßeren Kragenabschnittes paßt, wobei das Positionierungs- und Abdichtendstück Ein griffseinrichtungen aufweist, um mit dem inneren Abschnitt in Eingriff zu gelangen und um dadurch das Positionierungs- und Abdichtendstück bezüglich des inneren Ab schnittes rotationsmäßig zu positionieren, wobei ferner das Positionierungs- und Ab dichtendstück zumindest ein Loch aufweist, um den zumindest einen Endabschnitt des Heizelementes durch sich hindurch aufzunehmen, gleitendes Verschieben des Positionierungs- und Abdichtendstücks über den zumindest einen Endabschnitt des Heizelementes in eine Montageposition, in der es sich mit dem inneren Abschnitt der Düse in Eingriff befindet, sowie gleitendes Verschieben des äußeren Kragenabschnit tes bis zu seiner Montageposition, wobei in dieser Position das Positionierungs- und Abdichtendstück in dem Schlitz in dem äußeren Kragenabschnitt aufgenommen ist, um eine Leckage des thermofixierenden Dichtmittels dadurch zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Ausstatten an dem rück wärtigen Ende des inneren Abschnittes mit einem Kopf, der sich hinter der äußeren Oberfläche nach außen erstreckt, das Ausstatten des äußeren Kragenabschnittes mit einer sich nach innen erstreckenden Schulter, und das gleitende Verschieben des äußeren Kragenabschnittes über das vordere Ende des inneren Abschnittes bis zu der Montageposition, in der die sich nach innen erstreckende Schulter des äußeren Kragenabschnittes gegen den Kopf des inneren Abschnittes anstößt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionierungs- und Abdichtendstück mit zwei Löchern versehen ist, die durch dieses hindurchgehen, und daß der innere Abschnitt in seiner äußeren Oberfläche mit einer spiralförmigen Rinne versehen ist, die eine Doppelrinne ist, die sich von einer an dem vorderen Ende angrenzenden U-förmigen Krümmung rückwärtig erstreckt, wodurch das Heizelement zwei Endabschnitte aufweist, die sich jeweils durch ein entsprechendes der in dem Positionierungs- und Abdichtendstück vorhandenen Löcher nach außen erstreckt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffeinrichtun gen einen Stiftabschnitt umfassen, der sich von dem Positionierungs- und Abdicht endstück ausgehend nach innen erstreckt, um in einem entsprechenden Loch in dem inneren Abschnitt der Düse zu passen.