DE102004002882A1

DE102004002882A1 - Wärmeableitvorrichtung für eine und Verfahren zum Wärmeableiten aus einer Düse

Info

Publication number: DE102004002882A1
Application number: DE200410002882
Authority: DE
Inventors: Robert Trudeau
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: CA2455537A1; US7105123B2; DE102004002882B4; DE102004002883B4; US20040166195A1; US7118703B2; CA2455739C; CA2455739A1; DE102004002883A1; CA2455537C; US20040166194A1

Abstract

Eine Spritzgießvorrichtung weist einen Verteiler auf, der einen Verteilerkanal zum Aufnehmen eines Schmelzenstroms aus formbarem Material unter Druck besitzt. Eine Düse, die einen Düsenkanal besitzt, nimmt den Schmelzenstrom von dem Verteilerkanal auf und führt den Schmelzenstrom durch eine Formöffnung zu einem Formhohlraum zu. Die Düse umfasst einen Düsenkopf, einen Düsenkörper und eine Düsenspitze. Eine Wärmeabführvorrichtung ist mit dem Düsenkörper an einer Stelle zwischen dem Düsenkopf und der Düsenspitze verbunden, um die Temperatur der Düse zu regulieren und sie innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu halten.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional Patent Application No. 60/448,146, angemeldet am 20. Februar 2003, und der US Provision Patent Application No. 60/452,497, angemeldet am 7. März 2003.
Sachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Spritzgießvorrichtung und, insbesondere, auf eine Wärmeabführvorrichtung und ein Verfahren zum Abführen von Wärme von dem Mittelabschnitt einer Düse.

Düsen für einen beheizten Angusskanal nach dem Stand der Technik besitzen oftmals eine ungleichmäßige Verteilung von Wärme entlang der Länge davon, wenn sie in einer Spritzgießvorrichtung betrieben werden. Diese ungleichmäßige Verteilung von Wärme bewirkt, dass die Temperatur der Schmelze, die durch die Düse fließt, auf ihrem Weg zu einem Formhohlraum hin variiert. Jede Variation in der Schmelzentemperatur kann nachteilig die Qualität der geformten Produkte beeinflussen und ist deshalb nicht erwünscht. Die ungleichmäßige Wärmeverteilung der Düse resultiert von Wärme, die stärker an den Enden der Düse verloren geht als an dem Mittelabschnitt der Düse. Die 1 und 2 stellen dieses Muster eines Wärmeverlusts dar.

Eine Spritzgießvorrichtung 100 nach dem Stand der Technik ist allgemein in 1 dargestellt. Die Spritzgießvorrichtung umfasst eine Düse 102, die zwischen einem Verteiler 104 und einer Formhohlraumplatte 106 befestigt ist. Die Düse 102 und der Verteiler 104 sind so angeordnet, dass Schmelze von einem Verteilerkanal 108, über einen Düsenkanal 110 und in einen Formhohlraum 112 hineinfließt. Die Düse 102 berührt eine kalte Formplatte 114 durch Abstandsteile 116, die zwischen einem Düsenkopf 118 und der Formplatte 114 vorgesehen ist, und Dichtungen 120, die zwischen einer Düsenspitze 122 und der Formplatte 114 vorgesehen sind. Die Düse 102 verliert Wärme direkt an die Formplatte 114 über die Abstandsteile 116 und die Dichtungen 120. Der Mittelabschnitt der Düse 102 steht nicht in Kontakt mit irgendeinem Teil der Formplatte 114 und verliert deshalb keine Wärme so schnell wie der Düsenkopf 118 und die Düsenspitze 122.

Eine andere Düse 124 für einen beheizten Angusskanal nach dem Stand der Technik ist in 2 dargestellt. Die Düse 124 für einen beheizten Angusskanal schraubt sich in einen Verteiler (nicht dargestellt) hinein und ist in einem Hohlraum 126 angeordnet, der in einer Formplatte 128 einer Spritzgießvorrichtung vorgesehen ist. Ein Heizprofil der Düse 124 in einem Betriebszustand ist auch dargestellt. Das Heizprofil stellt die Temperatur an jeder Position entlang der Länge der Düse 124 dar. Wie dargestellt ist, umfasst das Heizprofil eine Temperaturspitze 130, die allgemein in dem Mittelabschnitt der Düse 124 liegt. Dies tritt auf, da ein größerer Wärmeverlust an den Enden der Düse 124 aufgrund eines Kontakts mit dem Verteiler (nicht dargestellt) und der kalten Formhohlraumplatte (nicht dargestellt) vorhanden ist. Der Mittelabschnitt der Düse 124 berührt nicht direkt irgendeinen Teil der Spritzgießvorrichtung und verliert deshalb Wärme so schnell wie die Enden der Düse 124.

Ungleichmäßige Wärmeverteilungen in den Düsen sind nicht erwünscht, da mit der zunehmenden Verwendung von schwieriger zu formenden Kunststoffmaterialien die Schmelze innerhalb kleinerer und kleinerer Temperaturbereiche beibehalten werden muss. Falls die Temperatur zu hoch ansteigt, wird sich eine Verschlechterung der Schmelze ergeben, und falls die Temperatur zu niedrig abfällt, wird die Schmelze in dem System verstopfen und ein nicht-akzeptierbares Produkt erzeugen. Beide Extreme können erfordern, dass die Spritzgießvorrichtung zum Reinigen abgeschaltet wird, was ein sehr kostspielieger Vorgang aufgrund des Verlusts von Produktionszeit sein kann.

Um die Temperatur der Schmelze, die durch den Schmelzkanal fließt, innerhalb eines erwünschten Temperaturfensters zu halten, ist es bekannt, weniger Wärme in den Bereichen vorzusehen, wo ein geringerer Wärmeverlust vorhanden ist, wie beispielsweise in dem Mittelabschnitt der Düse. Ein Verfahren, um dies zu erreichen, ist dasjenige, einen Spiralkanal mit variabler Teilung vorzusehen, in dem ein Wärmeelement gewickelt ist, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Diese Anordnung ist auch in dem US-Patent Nr. 4,557,685 des Anmelders, das am 10. Dezember 1985 herausgegeben ist, offenbart und das hier in seiner Gesamtheit unter Bezugnahme darauf eingeschlossen ist. Die Teilung des Spiralkanals wird kundenspe zifisch in Abhängigkeit von den Heizerfordernissen der bestimmten Anwendung der Form ausgelegt. Während dies das Heizprofil der Düse für viele Anwendungen durch Verringern der Größe der Temperaturspitze verbessert, beseitigt dies nicht das Problem. Zusätzlich ist diese Lösung relativ kostspielig, da Düsen kundenspezifisch für die speziellen Anwendungen erstellt werden müssen.

Ein weiterer Nachteil einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung entlang der Länge einer Düse ist derjenige, dass die Düse einer hohen Spannung bzw. Beanspruchung aufgrund des kontinuierlichen, zyklischen Arbeitens zwischen höherer und niedrigerer Temperaturen unterworfen wird. Dies kann zu einer kürzeren Lebensdauer der Düse führen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmeabführvorrichtung für eine Düse zu schaffen, die die vorstehenden Nachteile vermeidet oder zumindest vermindert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Spritzgießvorrichtung geschaffen, die einen Verteiler, der einen Verteilerkanal zum Aufnehmen eines Schmelzenstroms aus formbarem Material unter Druck besitzt, und eine Düse, die einen Düsenkanal in Verbindung mit dem Verteilerkanal zum Aufnehmen des Schmelzenstroms von dem Verteilerkanal besitzt, aufweist. Die Düse besitzt einen Düsenkopf und eine Düsenspitze. Die Spritzgießvorrichtung weist auch eine Formplatte auf, die einen Formhohlraum und eine Öffnung, in die hinein die Düse eingesetzt ist, besitzt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Spritzgießvorrichtung eine Wärmeabführvorrichtung, die mit der Düse an einer Stelle zwischen dem Düsenkopf und der Düsenspitze verbunden ist. Die Wärmeabführvorrichtung expandiert thermisch und berührt die Formplatte, wenn sich eine Temperatur der Düse oberhalb einer vorbestimmten Temperatur erhöht.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Spritzgießvorrichtung eine Düsenheizeinrichtung, verbunden mit der Düse, und eine Wärmeabführvorrichtung, verbunden mit der Düse an einer Stelle zwischen dem Düsenkopf und der Düsenspitze, auf. Die Wärmeabführvorrichtung besitzt eine erste Orientierung, wenn die Düse eine Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur besitzt, und eine zweite Orientierung, wenn die Düse eine Temperatur größer als ei ne vorbestimmte Temperatur besitzt. Die erste und die zweite Orientierung unterscheiden sich dahingehend, dass die zweite Orientierung die Formplatte berührt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Abführen von Wärme von einer Düse geschaffen, das ein Bereitstellen einer Vorrichtung, hergestellt aus mindestens einem thermisch sich expandierenden Material, das ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzt, aufweist. Das Verfahren umfasst ein Verbinden des ersten Endes der Vorrichtung mit der Düse und Positionieren eines zweiten Endes der Vorrichtung, so dass eine thermische Expansion bewirkt wird, und dass die Vorrichtung in Kontakt mit einem Kühlerelement gelangt, wenn die Temperatur der Düse auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht ist. Das Verfahren umfasst ein Erwärmen der Düse stärker als die vorbestimmte Temperatur, um die Wärmeabführvorrichtung zu aktivieren.

Die vorliegende Erfindung erzielt einen Vorteil dahingehend, dass das Heizprofil einer Düse vergleichmäßigt werden kann, so dass die Temperatur des Mittelabschnitts der Düse näher zu der Temperatur der Enden der Düse liegt. Weiterhin können Temperaturen basierend auf der spezifischen, thermisch expandierenden Art der Materialien der Wärmeabführvorrichtung und ohne die Verwendung zusätzlicher Steuerungen oder Überwachungsvorrichtungen kontrolliert werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun vollständiger unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 zeigt einen Bereich einer Spritzgießvorrichtung nach dem Stand der Technik;
2 zeigt eine Düse für einen beheizten Angusskanal nach dem Stand der Technik und ein entsprechendes Wärmeprofil;
3 zeigt eine Seitenschnittansicht einer Spritzgießvorrichtung, die eine Wärmeabführvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt;
4 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Düse der Spritzgießvorrichtung der 3;
5 zeigt eine isometrische Ansicht der Wärmeabführvorrichtung der 4;
6 zeigt eine Draufsicht aus einer Richtung eines Pfeils A der 5; 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs B der 6;
8 zeigt eine Seitenansicht einer Düse mit einer Wärmeabführvorrichtung der vorliegenden Erfindung und einem entsprechenden Wärmeprofil; und
9 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10A zeigt eine Explosionsansicht der Wärmeabführvorrichtung der 9; 10B zeigt eine isometrische Ansicht der Wärmeabführvorrichtung der 10A;
11 zeigt eine Draufsicht aus einer Richtung eines Pfeils AA der 10B;
12 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs BB der 11; 13, 14 und 15 zeigen Seitenschnittansichten von weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
16 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 zeigt eine Seitenschnittansicht einer anderen Wärmeabführvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und
18 zeigt eine Teilseitenschnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 3 ist eine Spritzgießvorrichtung allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Spritzgießvorrichtung 10 weist einen Verteiler 12 auf, der einen Verteilerkanal 14 besitzt, der sich dort hindurch erstreckt. Eine Verteilerbuchse 16 ist an einem Einlass des Verteilerkanals 14 angeordnet, um einen Schmelzenstrom aus formbarem Material von einer Maschinendüse (nicht dargestellt) aufzunehmen und den Schmelzenstrom zu Verteilerauslässen 18 zuzuführen. Verteiler-Heizeinrichtungen 20 sind in dem Verteiler 12 vorgesehen, um den Schmelzenstrom auf einer erwünschten Temperatur zu halten.
Düsen 22 sind zwischen dem Verteiler 12 und jeweiligen Formhohlräumen 30 angeordnet, die in Formhohlraumplatten 34 gebildet sind. Ein Gewindeende 48 jeder Düse 22 passt zu einer Vertiefung 49, die in einer unteren Oberfläche 13 des Verteilers 12 vorgesehen ist. Jede Düse 22 umfasst einen Düsenkörper 24, mit einem Düsenkopf 26 und einer Düsenspitze 28. Der Düsenkopf 26 ist für einen Eingriff mit ei nem Werkzeug geformt. Ein Düsenkanal 32 erstreckt sich durch die Düse 22 zum Zuführen des Schmelzenstroms von jedem Verteilerauslass 18 zu dem entsprechenden Formhohlraum 30.
Formöffnungen 36 sind an dem Eintritt zu den Formhohlräumen 30 vorgesehen. Die Formöffnungen 36 sind selektiv zu öffnen, um zu ermöglichen, dass Schmelze zu den Formhohlräumen 30 zugeführt werden kann. Die Düsen 22 können thermisch geöffnet bzw. geschlossen werden (dargestellt an der linken Seite der 3) oder mittels Ventil geöffnet oder geschlossen werden (dargestellt an der rechten Seite der 2). Die mit Ventil zu öffnenden und zu schließenden Düsen 22 umfassen jeweils einen Ventilstift 38, der durch einen Ventilkolben 40 angetrieben wird. Jeder Ventilstift 38 ist selektiv so bewegbar, um die jeweilige Formöffnung 36 zu öffnen und zu schließen.
Jede Düse 22 ist weiterhin mit einer Heizeinrichtung 42 versehen, die dabei hilft, den Schmelzenstrom auf einer erwünschten Temperatur zu halten, wenn er durch die Düse 22 hindurchführt. Die Heizeinrichtung 42 wird über einen elektrischen Verbinder 44, der in Verbindung mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) steht, mit Energie versorgt. Die Temperatur der Düse wird durch ein Thermoelement 41 (dargestellt in 4) gemessen. Mehr als ein Thermoelement kann verwendet werden, um die Temperatur der Düse 22 zu überwachen. Um ein akkurates Wärmeprofil der Düse 22 zu erzeugen, sollten mehrere Thermoelemente verwendet werden. Ein anderes Verfahren zum Erzeugen eines Wärmeprofils einer Düse 22 ist dasjenige, eine Infrarotkamera zu verwenden, was ausreichend im Stand der Technik bekannt ist. Kühlkanäle 46 sind angrenzend an die Formhohlräume 30 angeordnet, um beim Kühlen davon zu unterstützen.
In 3 sind Wärmeabführvorrichtungen 50 mit jeder Düse 22 verbunden. Wie in den Ausführungsformen der 4–12 dargestellt ist, kann die Wärmeabführvorrichtung 50 eine Hülse sein, die eine Vielzahl von Finnen 52 besitzt, die sich von einem im Wesentlichen fortlaufenden Band 54 aus erstrecken. In einer Ausführungsform der Wärmeabführvorrichtung sind die Finnen 52 zwischen einer im Wesentlichen flachen Position, in der die Finnen 52 gegen den Düsenkörper 24 anliegen, und einer gekrümmten Position, in der sich die Finnen 52 von dem Düsenkörper 24 wegkrümmen, wie dies durch die Finne 52' angezeigt ist, bewegbar. In der gekrümmten Position berühren die Finnen 52' eine Formplatte 25 (dargestellt in 8), die den Düsenkörper 24 umgibt. In einer alternativen Ausführungsform können die Finnen 52 zu der Formplatte 25 hin vorgebogen sein, so dass eine geringere Bewegung der Finnen 52', und demzufolge eine geringere Wärmeübertragung von dem Düsenkörper 24, erforderlich ist, um die Formplatte 25 zu berühren.
Wie die 7 zeigt, umfasst die Wärmeabführvorrichtung 50 eine innere Schicht 56 und eine äußere Schicht 58. Die innere Schicht 56 und die äußere Schicht 58 sind miteinander durch Hartlöten, Schweißen, Löten oder ein Hochtemperaturklebemittel verbunden. Die innere Schicht 56 ist aus einem Material aufgebaut, das einen hohen Expansionskoeffizienten besitzt, und die äußere Schicht 58 ist aus einem Material aufgebaut, das einen niedrigen Expansionskoeffizienten besitzt. Ein Erwärmen der Wärmeabführvorrichtung 50 bewirkt, dass sich die Finnen 52 von dem Düsenkörper 24 weg aufgrund der Differenz in den Expansionsraten der inneren und der äußeren Schichten 56, 58 krümmen.
Geeignete Materialien für die innere Schicht 56 umfassen Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Geeignete Materialien für die äußere Schicht 58 umfassen Titan, Titanlegierungen, rostfreie Stähle, Eisenlegierungen, Keramiken und Fiberglas bzw. Glasfasern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere Schicht 56 Kupfer, oder eine Kupferlegierung, und die äußere Schicht 58 ist Nickel. Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass irgendeine Kombination von Materialien für die Wärmeabführvorrichtung 50 verwendet werden kann, vorausgesetzt, dass die innere Schicht 56 einen höheren Expansionskoeffizienten als die äußere Schicht 58 besitzt.
Die Dicke sowohl der inneren als auch der äußeren Schicht 56, 58 wird basierend auf den erwünschten, thermischen Ansprechcharakteristika für eine bestimmte Anwendung ausgewählt. Die Dicke der Schichten 56, 58 liegt allgemein in dem Bereich von 0,01 Inch bis 0,125 Inch.
Der Weg, um den sich die distalen Enden der Finnen 52 von der Düse 22 zwischen der im Wesentlichen flachen Position und der gekrümmten Position bewegen, kann basierend auf einer Auswahl der Materialien für die Finne 52 und einer Auswahl der Länge davon kontrolliert werden.
Die Wärmeabführvorrichtungen 50 sind auf die Düsen 22 mit Passung aufgepresst. Alternativ kann die Wärmeabführvorrichtung 50 auf die Düse 22 aufgenietet sein (siehe 18) oder kann in einer anderen Weise, die für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich ist, befestigt sein.
Im Betrieb wird die Spritzgießvorrichtung 10 von dem kalten Zustand, in dem sich alle Bauelemente auf im Wesentlichen derselben Umgebungstemperatur befinden, aufgeheizt. Der Verteiler 12 und die Düse 22 werden dann bei deren jeweiligen Temperaturen gehalten. Schmelze wird von der Maschinendüse in die Verteilerbuchse 16 des Verteilers 12 eingespritzt. Die Schmelze fließt durch den Verteilerkanal 14 in den Düsenkanal 32 hinein und wird in den Formhohlraum 30 eingespritzt. Die Schmelze wird dann gekühlt, um fertiggestellte, geformte Teile zu bilden.
Unter Bezugnahme auf 8 wird eine Betriebsweise der Wärmeabführvorrichtung 50 erläutert. Wenn die Spritzgießvorrichtung 10 von einem kalten Zustand aus erwärmt wird, erhöht sich die Temperatur der Düse 22. Wenn sich die Temperatur des Mittelabschnitts der Düse 22 über einen vorbestimmten Wert hinaus erhöht hat, beginnt die innere Schicht 56 der Wärmeabführvorrichtung 50 damit, zu expandieren, während die äußere Schicht 58 unter einer langsameren Rate expandiert. Wenn die innere Schicht 56 expandiert, beginnen die Finnen 52 damit, sich von dem Düsenkörper 24 weg zu krümmen, wie dies durch Finnen 52' in den 4 und 8 angezeigt ist. Die gekrümmten Finnen 52' berühren die kalte Formplatte 25 (dargestellt in 8) und Wärme wird von den gekrümmten Finnen 52' auf die Formplatte 25 übertragen. Die Temperatur an dem Mittelabschnitt der Düse 22 verringert sich dann in Abhängigkeit der Wärmeübertragung auf die Formplatte 25. Die verringerte Temperatur bewirkt, dass die innere Schicht 56 der Wärmeabführvorrichtung 50 zurück zu deren ursprünglicher Größe schrumpft, und, demzufolge, kehren die Finnen 52 zu der im Wesentlichen flachen Position zurück.
Die Finnen 52 der Wärmeabführvorrichtung 50 bewegen sich zyklisch zwischen der im Wesentlichen flachen Position und der gekrümmten Position, um die Temperatur des Mittelabschnitts der Düse 22 zu regulieren. Wie in 8 dargestellt ist, ist das Wärmeprofil der Düse 22 mit der Wärmeabführvorrichtung 50 viel flacher als das Wärmeprofil der 1 ohne die Wärmeabführvorrichtung 50. Jede Wärmeabführvorrichtung 50 in der Spritzgießvorrichtung 10 arbeitet unabhängig und reguliert sich selbst. Die Wärmeabführvorrichtung 50 wird nur durch die Zuführung von Wärme, übertragen von der Düse 22, betätigt und wird basierend auf den vorbestimmten Charakteristika der Materialien, die verwendet sind, um die Vorrichtung herzustellen, kontrolliert. Demzufolge sind keine anderen, externen Steuerungen oder eine Überwachung für die Wärmeabführvorrichtung erforderlich, damit sie funktioniert.
In einer Spritzgießvorrichtung, die mehrere Düsen besitzt, ist oftmals eine Variation zwischen den Wärmeprofilen der Düsen vorhanden. Wie diskutiert worden ist, muss, um geformte Teile mit einer hohen Qualität herzustellen, die Temperatur jeder Düse innerhalb eines schmalen Temperaturbereichs übereinstimmend sein. Deshalb kann der tatsächliche Betrag, um den die Temperatur verringert werden muss, von einer Düse zu der nächsten in der Größe variieren. Die innere Schicht 56 der Finnen 52 expandiert in Abhängigkeit der Temperatur der Düse 22 und erleichtert einen Wärmeverlust, wenn die Wärmeabführvorrichtung eine vorbestimmte Düsenbetriebstemperatur erreicht. Falls eine Düse eine höhere Temperatur als eine andere erreicht, werden sich die Finnen 52 der Wärmeabführvorrichtung 50 von der Düse weg krümmen und die Formplatte 25 berühren, wenn die Düse die vorbestimmte Temperatur erreicht. Die Wärmeabführvorrichtung wird in Kontakt mit der Formplatte 25 für eine längere Zeitperiode, falls notwendig, verbleiben, bis die Temperatur der Düse unterhalb der vorbestimmten Temperatur abfällt. Deshalb ermöglicht das Verhalten der Wärmeabführvorrichtung 50 in Bezug auf die Temperaturempfindlichkeit, dass sie in Abhängigkeit der bestimmten Temperatur jeder Düse arbeitet, was demzufolge eine relativ einfache und kostengünstige Lösung bei dem allgemeinen Problem beim Spritzgießen erzielt.
Es kann alternativ erwünscht sein, Wärme von dem Düsenkörper 24, ohne dass ein direkter Kontakt zwischen der Formplatte 25 und der Wärmeabführvorrichtung 50 auftritt, abzuführen. In diesem Fall werden die Materialdicke und die Länge der Finnen so ausgewählt, dass der Abstand, um den sich die Finnen 52 von der im Wesentlichen flachen Position zu der gekrümmten Position bewegen, geringer als der Abstand zwischen der Düse 22 und der Formplatte 25 ist. Wärme wird an die Luft von dem vergrößerten Oberflächenbereich der Finnen 52 abgeführt, wenn sie sich in der gekrümmten Position befinden.
In 9 ist eine andere Ausführungsform eine Wärmeabführvorrichtung 50a, befestigt an einer Düse 22a, dargestellt. Wie in den 9–12 dargestellt ist, umfasst die Wärmeabführvorrichtung 50a eine innere Hülse 60 und eine äußere Hülse 68. Die innere Hülse 60 umfasst eine Mehrzahl von Finnen 52a, die sich von einem im Wesentlichen fortlaufenden Band 54a aus erstrecken. Die innere Hülse 60 weist eine innere Schicht 56a, die aus einem Material aufgebaut ist, das einen hohen Expansionskoeffizienten besitzt, und eine äußere Schicht 58a, die aus einem isolierenden Material aufgebaut ist, auf. Die innere Schicht 56a und die äußere Schicht 58a können aneinander durch Hartlöten, Löten oder ein Hochtemperaturklebemittel befestigt sein. Die Finnen 52a der inneren Hülse 60 krümmen sich von dem Düsenkörper 24a weg, wenn erwärmt wird, wie durch eine Finne 52a' angezeigt ist, und zwar in einer ähnlichen Art und Weise wie die Finnen 52 der Wärmeabführvorrichtung 50.
Geeignete Materialien für die innere Schicht 56a umfassen Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Geeignete, isolierende Materialien für die äußere Schicht 58a umfassen Keramik, Harz, Fiberglas bzw. Glasfasern, Epoxidharz und Stahl.
Die äußere Hülse 68 umgibt die innere Hülse 60 und ist daran durch Hartlöten, Löten, Schweißen oder ein Hochtemperaturklebemittel befestigt. Die äußere Hülse 68 umfasst Finnen 52aa, die sich von einem im Wesentlichen fortlaufenden Band 54aa aus erstrecken. Die Finnen 52aa der äußeren Hülse 68 erstrecken sich weiter zu der Düsenspitze 58a hin als die Finnen 52a der inneren Hülse 60 und können auch länger als die Finnen 52a der inneren Hülse 60 sein. Die äußere Hülse 68 ist im Wesentlichen dünner als die innere Hülse 68, um so nicht die sich krümmende Bewegung der Finnen 52a der inneren Hülse 60 zu behindern.
Die äußere Hülse 68 ist aus einem Material aufgebaut, das eine hohe Rate einer thermischen Leitfähigkeit besitzt. Geeignete Materialien für die äußere Hülse 68 umfassen Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Das Material der äußeren Hülse 68 und das Material der inneren Schicht 56a können dieselben sein.
Die äußere Hülse 68 kann, alternativ, vollständig getrennt von der inneren Hülse 60 vorliegen. Die Finnen 52aa können weiterhin gewellt sein.
Im Betrieb expandiert, wenn sich die Temperatur des Mittelabschnitts der Düse 22a über einen vorbestimmten Wert hinaus erhöht, die innere Schicht 56a der inneren Hülse 60. Diese Expansion bewirkt, dass sich die Finnen 52a der inneren Hülse 60 von dem Düsenkörper 24a von einer im Wesentlichen flachen Position zu einer gekrümmten Position hin weg bewegen. Wenn sich die Finnen 52a von dem Düsenkörper 24a weg bewegen, bewirken sie, dass sich die Finnen 52aa der äußeren Hülse 68 zusammen mit ihnen bewegen. Die Finnen 52a und 52aa fahren fort, sich von der Düse 52a weg zu krümmen, bis die Finnen 52aa', dargestellt in 9, die Formplatte berühren. Wenn sich die Finnen 52aa der äußeren Hülse 68 in Kontakt befinden, isolieren sich die Finnen 52a der inneren Hülse gegen einen direkten Kontakt mit der Formplatte. Die äußere Hülse 68 arbeitet demzufolge als eine Dämp fungseinrichtung, so dass ein Wärmeverlust von dem Mittelabschnitt der Düse 22a über die innere Hülse 60 graduell ist. Dies stellt sicher, dass Finnen 52a der inneren Hülse 60 nicht schnell zwischen der gekrümmten und der im Wesentlichen flachen Position oszillieren.
Eine andere Ausführungsform eines Spritzgeräts 10b ist in 13 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist eine Düse 22b, die einen Düsenkopf 26b und eine Düsenspitze 28b besitzt, zwischen einem Verteiler 12b und einer Formhohlraumplatte 34b befestigt. Die Düse 22b und der Verteiler 12b sind so angeordnet, dass Schmelze von einem Verteilerkanal 14b, durch einen Düsenkanal 32b und in einen Formhohlraum 30b hinein fließen. Abstandsteile 62 trennen den Düsenkopf 26b von einer Formplatte 64 und Dichtungen 66 sind zwischen der Düsenspitze 28b und der Formplatte 64 vorgesehen.
Ein Heizelement 42b ist in einen Spiralkanal mit variabler Teilung in der Düse 22b eingebettet. Eine Wärmeabführvorrichtung 50 ist an der Düse 22b befestigt. Die Wärmeabführvorrichtung 50 ist ähnlich zu der Wärmeabführvorrichtung, die in Bezug auf die 3 bis 8 beschrieben worden ist. Es wird ersichtlich werden, dass die Wärmeabführvorrichtung 50b in Verbindung mit irgendeinem Typ einer Düse verwendet werden kann.
Die 14 und 15 stellen eine Wärmeabführvorrichtung 50 der vorliegenden Erfindung dar, die in Verbindung mit unterschiedlichen Typen von Düsenheizeinrichtungen verwendet wird. Die Spritzgießvorrichtung 10c der 14 umfasst Patronenheizeinrichtungen 42c, die mit der Düse 22c verbunden sind. Die Spritzgießvorrichtung 10d der 15 umfasst eine Heizeinrichtung 42d, die in die Düse 22d eingebettet ist. Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden erkennen, dass die Wärmeabführvorrichtung auch in Verbindung mit Düsen verwendet werden kann, die Filmheizeinrichtungen oder irgendeine andere, geeignete Düsenheizeinrichtung haben.
Die Wärmeabführvorrichtung 50 der vorstehenden Ausführungsformen können zusätzlich mit einem Schlitz in dem Band 54 versehen sein, so dass die Vorrichtung 50 nicht fortlaufend um den Düsenumfang herum vorliegt. Zusätzlich wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass der Querschnitt der Wärmeabführvorrichtung von irgendeiner Form sein kann, um zu ermöglichen, dass er mit Düsen, die verschieden geformte Querschnitte haben, passen.
Weiterhin kann das Band 54 insgesamt weggelassen werden. Zum Beispiel kann die Wärmeabführvorrichtung ein oder mehrere rechtwinklige oder alternativ geformte Elemente) sein, mit einem ersten Ende, das mit der Düse 22 verbunden ist, und mit einem zweiten Ende, dass dazu geeignet ist, in Kontakt mit einer Formplatte zu gelangen. In 16 besitzt die Düse 22 eine Mehrzahl von Wärmeabführvorrichtungen 50b, die um deren mittleren Bereich herum positioniert sind. Unter der Zuführung von Wärme von der Düse 22 aus wird jede Wärmeabführvorrichtung 50b' die Formplatte 25 berühren, wenn die Temperatur der Düse an der Stelle, an der sie befestigt ist, eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
Alternativ können weniger Wärmeabführvorrichtungen 50b oder sogar eine einzelne Wärmeabführvorrichtung 50b mit der Düse 22 verbunden werden. Wärmeabführvorrichtungen 50b können in einer Vielfalt von Arten und Weisen entlang des Düsenkörpers 24 beabstandet sein, um am besten Wärme von der Düse 22 zu entfernen. Eine Wärmeabführvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann größer oder kleiner als Wärmeabführvorrichtungen 50b, dargestellt in 16, sein, vorausgesetzt, dass, wenn sich die Temperatur der Düse erhöht, die Wärmeabführvorrichtung die Formplatte 25 berühren wird.
Die 17 und 18 stellen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Wärmeabführvorrichtung 50c, dargestellt in dem Querschnitt der 17, ist aus einem thermisch leitenden Material hergestellt und ist zu einer gekrümmten Form gebogen. Wie in 18 dargestellt ist, ist die Wärmeabführvorrichtung 50c an der Düse 22 vernietet und wird so gebogen, dass ein Ende 51 nahe zu der Formplatte 25 liegt, allerdings nicht diese berührt, wenn keine Wärme auf die Düse 22 aufgebracht wird. Wenn allerdings die Düse 22 einmal eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wird die Wärme in die Wärmeabführvorrichtung 50c überführt, was bewirkt, dass die Wärmeabführvorrichtung 50c thermisch expandiert, bis sie die Formplatte 25 (dargestellt als 50c' in 18) berührt. Wenn einmal die Wärmeabführvorrichtung 50c' die Formplatte 55 berührt, wird Wärme von der Düse 22 in die Formplatte 25 überführt, was die Wärme von der Düse 22 abführt und die Temperatur davon verringert. Wenn die Düse 22 zu einer Temperatur, geringer als die vorbestimmte Temperatur, zurückkehrt, expandiert die Wärmeabführvorrichtung 50c nicht länger thermisch zu dem Punkt, wo sie die Formplatte 25 berührt.
Die Wärmeabführvorrichtung 50c kann aus irgendeinem Material sein, das thermisch expandiert, vorausgesetzt, dass das Ende 51 der Wärmeabführvorrichtung 50c genug expandiert, um die Formplatte 25 bei einer vorbestimmten Temperatur zu berühren. Weiterhin kann die Wärmeabführvorrichtung 50f in irgendeiner Art und Weise positioniert sein, die für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich ist, um einen Kontakt mit der Formplatte 25 bei der vorbestimmten Temperatur zu erreichen. Die vielen Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich, und demzufolge ist vorgesehen, durch die beigefügten Ansprüche alle solche Merkmale und Vorteile der Erfindung zu umfassen, die innerhalb des wahren Gedankens und des Schutzumfangs der Erfindung fallen. Weiterhin ist, da zahlreiche Modifikationen und Änderungen leicht für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, nicht vorgesehen, die Erfindung auf den exakten Aufbau und die Betriebsweise, die dargestellt und beschrieben sind, einzuschränken, und dementsprechend können alle geeigneten Modifikationen und Äquivalente so umgeordnet werden, dass sie innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung fallen.

Claims

Spritzgießvorrichtung, die aufweist: einen Verteiler, der einen Verteilerkanal zum Aufnehmen eines Schmelzenstroms aus formbarem Material unter Druck besitzt; eine Düse, die einen Düsenkanal in Verbindung mit dem Verteilerkanal zum Aufnehmen des Schmelzenstroms von dem Verteilerkanal besitzt, wobei die Düse einen Düsenkopf und eine Düsenspitze besitzt; eine Formplatte, die einen Formhohlraum und eine Öffnung, in die hinein die Düse eingesetzt ist, besitzt; und eine Wärmeabführvorrichtung, verbunden mit der Düse an einer Stelle zwischen dem Düsenkopf und der Düsenspitze; wobei die Wärmeabführvorrichtung thermisch expandiert und die Formplatte berührt, wenn sich eine Temperatur der Düse oberhalb einer vorbestimmten Temperatur erhöht.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeabführvorrichtung ein Band aufweist, das eine Mehrzahl von Finnen besitzt, die sich davon erstrecken, wobei das Band an der Düse befestigt ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeabführvorrichtung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende an der Düse befestigt ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Wärmeabführvorrichtung ein zweites Ende aufweist, das zu der Formplatte hin vor einem Erwärmen der Düse gebogen ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Wärmeabführvorrichtung aus nur einem thermisch expandierbaren Material aufgebaut ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Wärmeabführvorrichtung ein erstes Material und ein zweites Material aufweist, wobei das erste Material einen unterschiedlichen, thermischen Expansionskoeffizienten gegenüber dem zweiten Material besitzt.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 6, wobei sowohl das erste als auch das zweite Material Metalle sind.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeabführvorrichtung eine erste Schicht, die zu einer äußeren Oberfläche des Düsenkörpers hin gerichtet ist, und eine zweite Schicht, angrenzend an die erste Schicht, umfasst.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Schicht einen größeren, thermischen Expansionskoeffizienten als die zweite Schicht besitzt.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Schicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen besteht.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Schicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Titanlegierungen, rostfreien Stählen, Eisenlegierungen, Keramik und Fiberglas bzw. Glasfasern besteht.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Wärmeabführvorrichtung zweimetallisch ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 8, das weiterhin eine dritte Schicht, angrenzend an die zweite Schicht, auf einer Seite der zweiten Schicht, gegenüberliegend der ersten Schicht, aufweist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die erste und die dritte Schicht aus Materialien hergestellt sind, die einen höheren, thermischen Expansionskoeffizienten als die zweite Schicht besitzen.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zweite Schicht aus einem isolierenden Material hergestellt ist.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1, das weiterhin eine Mehrzahl von Wärmeabführvorrichtungen, verbunden mit der Düse zwischen dem Düsenkopf und der Düsenspitze, aufweist.
Spritzgießvorrichtung, die aufweist: einen Verteiler, der einen Verteilerkanal zum Aufnehmen eines Schmelzenstroms aus formbarem Material unter Druck besitzt; eine Düse, die einen Düsenkanal in Verbindung mit dem Verteilerkanal zum Aufnehmen des Schmelzenstroms von dem Verteilerkanal besitzt, wobei die Düse einen Düsenkopf und eine Düsenspitze besitzt; eine Düsenheizeinrichtung, verbunden mit der Düse; eine Formplatte, die einen Formhohlraum und eine Öffnung, in die hinein die Düse eingesetzt ist, besitzt; und eine Wärmeabführvorrichtung, verbunden mit der Düse an einer Stelle zwischen dem Düsenkopf und der Düsenspitze, wobei die Wärmeabführvorrichtung eine erste Orientierung besitzt, wenn sich die Düse bei einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur befindet, und eine zweite Orientierung besitzt, wenn sich die Düse bei einer Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur befindet, wobei sich die erste und die zweite Orientierung dahingehend unterscheiden, dass die zweite Orientierung die Formplatte berührt.
Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Wärmeabführvorrichtung eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, wobei die erste Schicht näher zu der Düse als die zweite Schicht liegt und wobei die erste Schicht ein Material ist, das einen größeren, thermischen Expansionskoeffizienten als die zweite Schicht besitzt. 19. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Wärmeabführvorrichtung zu der Formplatte vor der Zuführung von Wärme zu der Düse hin gebogen ist.
Wärmeabführvorrichtung zur Verwendung in einer Spritzgießvorrichtung, die aufweist: eine oder mehrere Schichten) eines Materials, wobei jede Schicht ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzt, wobei das erste Ende mit einer Düse verbunden ist, wobei die Wärmeabführvorrichtung eine erste Orientierung besitzt, wenn sich die Düse bei einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur befindet, und eine zweite Orientierung besitzt, wenn sich die Düse bei einer Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur befindet, wobei sich die erste und die zweite Orientierung dahingehend unterscheiden, dass die zweite Orientierung das zweite Ende in Kontakt mit einer angrenzenden Formplatte umfasst.
Wärmeabführvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Wärmeabführvorrichtung von der Düse weggebogen ist.
Wärmeabführvorrichtung nach Anspruch 20, die weiterhin eine erste Schicht, die zu einer äußeren Oberfläche des Düsenkörpers hin gerichtet ist, und eine zweite Schicht, angrenzend an die erste Schicht, aufweist.
Wärmeabführvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die erste Schicht einen größeren, thermischen Expansionskoeffizienten als die zweite Schicht besitzt.
Wärmeabführvorrichtung nach Anspruch 23, die weiterhin eine dritte Schicht, angrenzend an die zweite Schicht, auf einer Seite der zweiten Schicht gegenüberliegend der ersten Schicht, aufweist, wobei die dritte Schicht einen größeren, thermischen Expansionskoeffizienten als die zweite Schicht besitzt.
Verfahren zum Abführen von Wärme von einer Düse einer Spritzgießvorrichtung, das aufweist: Bereitstellen einer Wärmeabführvorrichtung, hergestellt aus mindestens einem thermisch expandierenden Material, mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; Verbinden des ersten Endes mit der Düse der Spritzgießvorrichtung; Positionieren eines zweiten Endes der Vorrichtung so, dass die thermische Expansion bewirkt, dass das zweite Ende in Kontakt mit einem Kühlerelement gelangt, wenn die Düse auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist; und Erwärmen der Düse höher als die vorbestimmte Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 25, das weiterhin ein Biegen des zweiten Endes von der Düse weg und zu dem Kühlerelement hin aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Kühlerelement eine Formplatte ist.
Verfahren zum Abführen von Wärme von einer Düse einer Spritzgießvorrichtung, die aufweist: Bereitstellen einer Spritzgießdüse; Bereitstellen einer Formplatte angrenzend an die Spritzgießdüse, allerdings nicht diese berührend; Bereitstellen einer Wärmeabführvorrichtung, die ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzt; Verbinden des ersten Endes mit der Spritzgießdüse; Richten von Wärme weg von der Düse, indem ermöglicht wird, dass die Wärmeabführvorrichtung thermisch expandiert und die Formplatte berührt, wenn sich die Düsentemperatur oberhalb einer vorbestimmten Temperatur erhöht.
Verfahren zum Abführen von Wärme von einer Düse nach Anspruch 28, das weiterhin ein Biegen der Wärmeabführvorrichtung von der Düse weg und zu der Formplatte hin aufweist.
Verfahren zum Abführen von Wärme von einer Düse nach Anspruch 28, wobei die Wärmeabführvorrichtung eine erste Schicht, die zu einer äußeren Oberfläche des Düsenkörpers hin gerichtet ist, und eine zweite Schicht, angrenzend an die erste Schicht, aufweist, wobei die erste Schicht einen größeren, thermischen Expansionskoeffizienten als die zweite Schicht aufweist.