-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf eine Spritzgießvorrichtung und, insbesondere,
auf eine Wärmeableitvorrichtung
für einen
Verteiler und auf ein Verfahren zum Abführen von Wärme davon.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Wie ausreichend im Stand der Technik
bekannt ist, umfassen Spritzgießsysteme
mit beheiztem Angusskanal einen Verteiler, um unter Druck stehende
Schmelze von einem Einlass zu einem oder mehreren Verteilerauslässen zu
befördern.
Jeder Verteilerauslass führt
zu einer Düse,
die sich wiederum zu einer Öffnung
eines Spritzformhohlraums erstreckt. Verteiler besitzen verschiedene
Anordnungen, die von der Zahl und der Anordnung der Düsen und
den entsprechenden Spritzformhohlräumen abhängen.
-
Es ist bekannt, den Verteiler zu
erwärmen, um
eine erwünschte
Temperaturverteilung über
den Verteiler hinweg beizubehalten. Einrichtungen, um Verteiler
zu beheizen, umfassen integrales Eingießen oder Hartlöten eines
elektrischen Heizelements in den Verteiler hinein, wie dies in dem
US-Patent No. 4,688,622 für
Gellert und dem US-Patent No. 4,648,546 für Gellert, jeweils, beschrieben
ist. Das Heizelement kann auch mechanisch mit dem Verteiler durch
Einpressen des Elements in den Verteiler hinein verbunden werden,
um eine Press-, Reibungs- oder Deformationspassung zu erzeugen.
Alternativ können
thermische Sprühtechniken
eingesetzt werden, um das Heizelement an dem Verteiler anzubonden.
Weiterhin kann eine Patronenheizeinrichtung in den Verteiler eingegossen
werden, wie dies in dem US-Patent
No. 4,439,915 für
Gellert offenbart ist, oder eine Plattenheizeinrichtung kann angrenzend an
den Verteiler positioniert werden, um Wärme dorthin zuzuführen, wie
dies in dem US-Patent No. 6,447,283 für Gellert offenbart ist.
-
In 1 ist
ein typischer Verteiler nach dem Stand der Technik allgemein mit
100 bezeichnet. Der Verteiler 100 umfasst einen Verteilerkanal 102 und ein
integriertes Heizelement 104. Ein Beheizen des Verteilers 100 durch
das Heizelement 104 ist im Wesentlichen nicht gleichförmig. Keine
der Beheizungstechniken für
einen Verteiler nach dem Stand der Technik erzielt eine gleichmäßige Wärmeverteilung über den
Verteiler. Hot-Spots bzw. heiße
Stellen treten an Orten auf, wo die Watt-Dichte hoch ist und nur ein
geringer oder kein Kontakt mit den umgebenden Platten der Form vorhanden
ist. Es ist deshalb wünschenswert,
Wärme von
dem Verteiler an diesen Orten einer heißen Stelle zu entfernen. Wie
anhand des Layouts des Heizelements ersichtlich ist, variiert die Watt-Dichte
von einem Verteilerort zu dem nächsten. Bestimmte
Stellen, nahe zu den Düsen
zum Beispiel, nehmen mehr Wärme
auf, da dort eine größere Länge des
Heizelements in diesen Bereichen konzentriert ist. Eine Erhöhung der
Wärmemenge,
erzeugt an einer bestimmten Verteilerstelle, durch Vorsehen einer
zusätzlichen
Heizelementenlänge,
ist allgemein keine praktische Lösung.
Das Heizelement kann nur einem bestimmten Biegeradius standhalten
und muss Verbindungspunkte zu anderen Bauelementen des Spritzgießgeräts, wie
beispielsweise den Düsen und
der Verteilergegenplatte, vermeiden. Der heiße/kalte Übergang des Heizelements, der
nahe dem Eintritts- und Austrittspunkt des Heizelements angeordnet
ist, ist ein Beispiel einer Stelle, wo weniger Wärme erzeugt wird.
-
In einer Spritzgießvorrichtung
führt ein
Kontakt zwischen dem Verteiler und den Formplatten zu einem Wärmeverlust
von dem Verteiler. Die Stelle von Kühlleitungen in den Formplatten
kann die Größe eines
Wärmeverlusts
von dem Verteiler beeinflussen. Allgemein ist, je näher die
Kühlleitungen
zu dem Verteiler liegen, desto größer der Wärmeverlust von dem Verteiler.
Ein Kontakt zwischen dem Verteiler und den Düsen kann bewirken, dass der
Verteiler entweder Wärme
verliert oder Wärme
erhält,
und zwar in Abhängigkeit
von der bestimmten Anwendung.
-
Die Temperatur des Verteilers wird
weiterhin durch den Schmelzenstrom selbst beeinflusst. Zum Beispiel
tendiert die Temperatur der Schmelze dazu, höher an Stellen zu sein, wo
die Schmelze eine hohe Scherbeanspruchung erfährt, wie beispielsweise an Biegungen
in dem Verteilerkanal. Unterschiedliche Typen einer Schmelze werden
auch die Temperatur des Verteilers auf unterschiedliche Arten und
Weisen beeinflussen.
-
Eine ungleichmäßige Verteilung von Wärme in dem
Verteiler bewirkt, dass die Temperatur der Schmelze, die in die
Düsen eintritt,
leicht von einer Düse
zu der nächsten
variiert. Jede Variation in der Temperatur der Schmelze, die in
jede der Düsen
eintritt, kann nachteilig die Qualität der geformten Produkte, die
durch den Spritzgießvorgang
hergestellt werden, beeinflussen. Mit der zunehmenden Verwendung
von schwieriger zu formenden Kunststoffmaterialien muss die Schmelze
innerhalb engerer und engerer Temperaturbereiche gehalten werden. Falls
die Temperatur zu stark ansteigt, ergibt sich eine Verschlechterung
der Schmelze, und falls die Temperatur zu niedrig abfällt, wird
die Schmelze in dem System stecken bleiben und ein nicht akzeptables
Produkt hervorrufen. Beide Extreme können erfordern, dass die Spritzgießvorrichtung
abgeschaltet wird und gereinigt wird, was einen sehr kostspieligen Produktionsverlust
verursachen kann.
-
Eine ungleichmäßige Verteilung von Wärme in dem
Verteiler besitzt einen weiteren Nachteil dahingehend, dass der
Verteiler einer hohen Spannung bzw. Beanspruchung aufgrund eines
fortlaufenden Zyklus zwischen hoher und niedriger Temperaturen unterworfen
wird. Dies kann zu einer kürzeren
Lebensdauer des Verteilers und einer erhöhten Stillstandzeit der Spritzgießvorrichtung
führen.
-
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Wärmeableitvorrichtung
für einen
Verteiler zu schaffen, die mindestens einen der vorstehenden Nachteile
vermeidet oder verringert.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Spritzgießvorrichtung
geschaffen, die aufweist:
einen Heißläufer-Verteiler;
eine Heizeinrichtung,
verbunden mit dem Verteiler; und
eine Wärmeableitvorrichtung, die ein
erstes Ende, verbunden mit dem Verteiler zwischen dem Verteiler und
einem Kühlerelement,
besitzt, wobei das Kühlerelement
eine niedrigere Temperatur als der Verteiler besitzt;
wobei
die Wärmeableitvorrichtung
thermisch expandiert und das Kühlerelement
berührt,
wenn sich eine Temperatur des Verteilers an der vorbestimmten Stelle
oberhalb einer vorbestimmten Temperatur erhöht.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Spritzgießvorrichtung geschaffen, die
aufweist:
einen Verteiler;
eine Heizeinrichtung, verbunden
mit dem Verteiler; und
eine Wärmeableitvorrichtung, verbunden
mit dem Verteiler, wobei die Wärmeableitvorrichtung
eine erste Orientierung besitzt, wenn der Verteiler eine Temperatur
unterhalb einer vorbestimmten Temperatur besitzt, und eine zweite
Orientierung besitzt, wenn der Verteiler eine Temperatur größer als
eine vorbestimmte Temperatur besitzt, wobei sich die erste und die
zweite Orientierung dahingehend unterscheiden, dass die zweite Orientierung
ein angrenzendes Kühlerelement
berührt.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum lokalen Kühlen eines
Verteilers einer Spritzgießvorrichtung geschaffen,
das aufweist:
Messen der Temperatur des Verteilers;
Identifizieren
von Stellen hoher Temperatur auf einer Oberfläche des Verteilers;
Verbinden
eines ersten Endes einer Wärmeableitvorrichtung
mit der Oberfläche
des Verteilers an den Stellen hoher Temperatur;
Positionieren
eines zweiten Endes der Wärmeableitvorrichtung
so, dass eine thermische Expansion bewirkt, dass das zweite Ende
in Kontakt mit einem Kühlerelement
gelangt, wenn sich die Temperatur der Oberfläche an den Stellen hoher Temperatur
auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht; und
Erwärmen der
Verteileroberfläche
auf eine Temperatur größer als
die vorbestimmte Temperatur.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Wärmeableitvorrichtung zur Verwendung
in Verbindung mit einer Verteiler-Anordnung mit beheiztem Angusskanal
geschaffen, die aufweist:
ein erstes Ende, thermisch verbunden
mit einem Verteiler mit beheiztem Angusskanal, ein zweites Ende und
eine oder mehrere thermisch leitfähige Schicht(en),
wobei
das zweite Ende der Wärmeableitvorrichtung nur
bei Temperaturen oberhalb einer vorbestimmten Temperatur thermisch
expandiert und einen Kühlerbereich
der Verteilervorrichtung berührt.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Abführen von
Wärme von
einem Verteiler einer Spritzgießvorrichtung
geschaffen, das aufweist:
Bereitstellen einer Spritzgießvorrichtung,
die einen Verteiler umfasst;
Bereitstellen einer Verteilergegenplatte
angrenzend an den Verteiler, aber nicht diesen berührend;
Bereitstellen
mindestens einer Wärmeableitvorrichtung,
die ein erstes Ende und ein zweites Ende besitzt;
Verbinden
des ersten Endes mit dem Verteiler;
Richten von Wärme von
dem Verteiler weg, indem der Wärmeableitvorrichtung
ermöglicht
wird, thermisch zu expandieren und die Verteilergegenplatte dann
zu berühren,
wenn sich die Temperatur des Verteiles über eine vorbestimmte Temperatur
hinaus erhöht.
-
Die vorliegende Erfindung erzielt
Vorteile dahingehend, dass das Auftreten von heißen Stellen in dem Verteiler
verringert wird und die Temperaturverteilung durch den Verteiler
hinweg gleichmäßiger ist.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nun vollständig
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 zeigt
eine Draufsicht eines Verteilers nach dem Stand der Technik;
-
2 zeigt
eine Seitenschnittansicht einer Spritzgießvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
3 zeigt
eine Seitenschnittansicht einer Spritzgießvorrichtung gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
4A zeigt
eine Draufsicht einer Wärmeableitvorrichtung
der vorliegenden Erfindung;
-
4B zeigt
einen Querschnitt, vorgenommen entlang der Linie A-A der 4A;
-
4C zeigt
eine perspektivische Ansicht der Wärmeableitvorrichtung der 4A;
-
5 zeigt
eine alternative Querschnittsansicht, vorgenommen entlang der Linie
A-A der Wärmeableitvorrichtung
der 4A;
-
6 zeigt
eine alternative Querschnittsansicht, vorgenommen entlang der Linie
A-A der Wärmeableitvorrichtung
der 4A;
-
7A zeigt
eine Draufsicht einer alternativen Wärmeableitvorrichtung der vorliegenden
Erfindung;
-
7B zeigt
eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang der Linie B-B der 7A;
-
7C zeigt
eine perspektivische Ansicht der Wärmeableitvorrichtung der 7A;
-
8 zeigt
eine alternative Querschnittsansicht, vorgenommen entlang der Linie
B-B der Wärmeableitvorrichtung
der 7A; und
-
9 zeigt
eine alternative Querschnittsansicht, vorgenommen entlang der Linie
B-B der Wärmeableitvorrichtung
der 7A.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
In 2 nun
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 gießfähigem Material
von einer Maschinendüse
(nicht dargestellt) aufzunehmen und den Schmelzenstrom zu Verteilerauslässen 18 zuzuführen. Ein
Heizelement 20 ist in einer Nut 22 eingebettet,
die sich durch den Verteiler 12 erstreckt, um den Schmelzenstrom
auf einer erwünschten Temperatur
zu halten.
-
Düsen 24 sind
zwischen dem Verteiler 12 und jeweiligen Formhohlräumen 30 angeordnet,
die in Formhohlraumplatten 34 gebildet sind. Jede Düse 24 umfasst
einen Düsenkörper 26,
der einen Düsenkopf 28 und
eine Düsenspitze 32 besitzt.
Ein Düsenkanal 25 erstreckt
sich durch die Düse 24,
um den Schmelzenstrom von jedem Verteilerauslass 18 zu dem
entsprechenden Formhohlraum 30 zuzuführen.
-
Formöffnungen 36 sind an
dem Eintritt zu den Formhohlräumen 30 vorgesehen.
Die Formöffnungen 36 sind
wahlweise zu öffnen,
um zu ermöglichen,
dass Schmelze zu den Formhohlräumen 30 zugeführt wird.
Die Düsen 24 können thermisch
geöffnet
bzw. geschlossen werden (dargestellt an der linken Seite der 2) oder können mittels
Ventil geöffnet
bzw. geschlossen werden (dargestellt an der rechten Seite der 2). Die mit Ventil zu öffnenden Düsen 24 umfassen
einen Ventilstift 38, der durch einen Ventilkolben 40 angetrieben
wird. Jeder Ventilstift 38 ist wahlweise so zu bewegen,
um die jeweilige Formöffnung 36 zu öffnen und
zu schließen.
-
Jede Düse 24 ist weiterhin
mit einer Heizeinrichtung 42 versehen, die dabei hilft,
den Schmelzenstrom auf einer erwünschten
Temperatur zu halten, wenn er durch die Düse 24 hindurchführt. Die
Heizeinrichtung 42 wird über einen elektrischen Verbinder 44 mit
Energie versorgt, der in Verbindung mit einer Energiequelle (nicht
dargestellt) steht. Kühlkanäle 46 sind
angrenzend an die Formhohlräume 30 angeordnet,
um die Schmelze darin zu kühlen.
Wärmeableitvorrichtungen 50 sind
an einer Oberfläche 15 des Verteilers 12 an
den Stellen, die dargestellt sind, verbunden.
-
Eine andere Ausführungsform der Spritzgießvorrichtung 10a ist
in 3 dargestellt. In
dieser Ausführungsform
ist der Verteiler ein überbrückender Verteiler 12a,
der aus einem Hauptverteiler 11 und Unterverteilern 13 aufgebaut
ist. Der Hauptverteiler 11 umfasst einen Hauptverteilerkanal 48,
der in Verbindung mit Unterverteilerkanälen 14a der Unterverteiler 13 steht.
Eine Verteilerbuchse 16a ist an einem Einlass des Hauptverteilerkanals 48 angeordnet,
um einen Schmelzenstrom aus formbarem Material von einer Maschinendüse (nicht
dargestellt) aufzunehmen. Die Unterverteiler 13 sind mit
dem Hauptverteiler 11 durch Verteilerschmelzenverbindungen 70 verbunden,
die ermöglichen,
dass Schmelze von dem Hauptverteilerkanal 48 in die Unterverteilerkanäle 14a fließt. Die
Unterverteiler 13 sind in der Spritzgießvorrichtung 10a relativ
zu einer Formplatte 72 durch Lokalisierungsringe 74 für den Unterverteiler positioniert.
Der Hauptverteiler 11 ist von der Verteilergegenplatte 46 durch
Abstandsteile 80 getrennt und relativ zu der Formplatte 72 mittels
eines Hauptverteiler-Lokalisierungsrings 82 angeordnet.
Kühlkanäle 46a erstrecken
sich durch die Formplatten 72 und 76.
-
Düsen 24a sind
mit den Unterverteilern 13 mittels Schrauben 84 verbunden.
Jede Düse 24a umfasst
einen Düsenkanal 25a,
der sich dort hindurch erstreckt. Die Düsen 24a sind zwischen
dem Unterverteiler 13 und jeweiligen Formhohlräumen (nicht dargestellt)
angeordnet. Im Betrieb wird die Spritzgießvorrichtung 10a von
dem kalten Zustand, bei dem sich alle Bauelemente allgemein unter
derselben Umgebungstemperatur befinden, aufgeheizt. Der Verteiler 12a,
der den Hauptverteiler 11 und die Unterverteiler 13 umfasst,
und die Düse 24a werden dann
bei deren jeweiligen Temperaturen gehalten. Schmelze wird von der
Maschinendüse
in die Verteilerbuchse 16a des Verteilers 12a eingespritzt.
Die Schmelze fließt
durch den Hauptverteilerkanal 48, durch die Verteilerschmelzenverbindungen 70,
durch die Untervertei lerkanäle 14a und
in die Düsenkanäle 25a hinein
und wird in die Formhohlräume
eingespritzt. Die Schmelze wird dann in den Formhohlräumen gekühlt, um
fertiggestellte, geformte Teile herzustellen.
-
Wärmeableitvorrichtungen 50, ähnlich zu solchen,
die in 2 dargestellt
sind, sind in 3 dargestellt.
Die Wärmeableitvorrichtungen 50 sind
an einem ersten Ende 53 mit der oberen Oberfläche 15a des
Hauptverteilers 12a, wie beispielsweise durch Befestigungseinrichtungen 51 oder
mittels eines anderen Verfahrens, das für Fachleute auf dem betreffenden
Fachgebiet ersichtlich ist, an einer heißen Stelle oder an mehreren
heißen
Stellen auf dem Verteiler 12a befestigt. Heiße Stellen
sind Stellen auf dem Verteiler 12a, die eine Temperatur
erreichen, die oberhalb einer erwünschten, vorbestimmten Temperatur
während
des Betriebs der Spritzgießvorrichtung 10a liegt.
Die heißen
Stellen werden durch Verfahren identifiziert, die ausreichend im
Stand der Technik bekannt sind, wie beispielsweise durch Simulation
eines sich im Betrieb befindlichen Verteilers, unter Verwendung
der Finite-Element-Analyse
oder einer Messung der Temperatur eines sich im Betrieb befindlichen
Verteilers unter Verwendung einer Infrarotkamera.
-
Wie in 4A dargestellt
ist, ist eine Wärmeableitvorrichtung 50 allgemein
eine rechtwinklige Platte. Allerdings kann die Wärmeableitvorrichtung 50 eine
Platte sein, die in einer anderen Weise, als im Wesentlichen rechtwinklig,
geformt ist. Zum Beispiel kann die Wärmeableitvorrichtung 50 oval
sein, kann gebogen geformt sein oder kann von einer anderen polygonalen
oder nicht-polygonalen Form sein. 4B zeigt
einen Querschnitt, der entlang einer Linie A-A der 4A vorgenommen ist. Wie in 4B zu sehen ist, ist die
Wärmeableitvorrichtung 50 aus einem
einzelnen Teil eines hoch thermisch leitenden Materials hergestellt,
mit einem hohen, thermischen Expansionskoeffizienten. Diese Materialien
können Kupfer,
Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen sein.
-
Vorzugsweise besitzt die Wärmeableitvorrichtung 50 ein
zweites Ende 55, das gekrümmt ist, wie dies in 4C dargestellt ist. Das
zweite Ende 55 wird, wenn es einmal zwischen einer Verteilergegenplatte 76 und
einem Verteiler 12 positioniert ist, zu der Verteilergegenplatte 76 hin
gekrümmt,
gerade genug, dass sie sich nahe zu der Verteilergegenplatte 76,
wenn sie kühl
ist, befindet, allerdings nicht diese berührt. Wenn die Wärmeableitvorrichtung 50 Wärme von
dem Verteiler 12 abzieht, beginnt sich die Wärmeableitvorrichtung 50 aufgrund
einer thermischen Expansion zu expandieren, wie in einer Schattierung
in 4C dargestellt ist.
Basierend auf dem thermischen Expansionskoeffizienten kann ein Fachmann
auf dem betreffenden Fachgebiet das korrekte Material, die Größe und die
Länge der
Wärmeableitvorrichtung 50 auswählen, so
dass sie so expandieren wird, um das zweite Ende 55 in
Kontakt mit der Verteilergegenplatte 76 zu bringen, wenn
die Temperatur des Verteilers 12 eine erwünschte Temperatur erreicht.
Wenn das zweite Ende 55 die kalte Verteilergegenplatte 76 berührt, wird
Wärme zu
der Verteilergegenplatte 76 und von der heißen Stelle
des Verteilers 12 weggeführt, was kühlt und die Temperatur des Verteilers 12 an
der Stelle gegenüberliegend
dem ersten Ende 53 der Wärmeableitvorrichtung 50 herabsetzt.
-
Wenn einmal die Temperatur an der
heißen Stelle
unterhalb der vorbestimmten Temperatur abfällt, wird die Wärmeableitvorrichtung 50 abkühlen und
von der Verteilergegenplatte 76 wegschrumpfen. Falls sich
die heiße
Stelle regeneriert, wird die Wärmeableitvorrichtung 50 erneut
thermisch expandieren und der Zyklus wird sich wiederholen, was
eine mittels Temperatur betätigte
Wärmeableitvorrichtung 50 bildet.
-
In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Wärmeableitvorrichtung 50 keinen
Kontakt mit der Verteilergegenplatte 76 erfordern. Anstelle
davon kann die überschüssige Wärme an heißen Flecken
auf dem Verteiler 12 an die Luft zwischen der Verteilergegenplatte 76 und
dem Verteiler 12 abgegeben werden. Allerdings muss das zweite
Ende 55 der Wärmeableitvorrichtung 50 so positioniert
sein, dass gerade mit einer thermischen Expansion das zweite Ende 55 nicht
die Verteilergegenplatte 76 berührt.
-
5 stellt
einen alternativen Querschnitt entlang der Linie A-A der Wärmeableitvorrichtung 50 von 4A dar. In diesem Fall umfasst
die Wärmeableitvorrichtung 50a der 5 eine erste Schicht 76,
die die obere Oberfläche 15a des
Verteilers 12 berührt,
und eine zweite Schicht 58 angrenzend an die erste Schicht 56.
Die erste Schicht 56 und die zweite Schicht 58 sind
miteinander durch Hartlöten, Schweißen, Löten oder
ein Hochtemperaturklebemittel verbunden. Die erste Schicht 56 ist
aus einem Material, das einen hohen Expansionskoeffizienten besitzt,
aufgebaut, und die zweite Schicht 58 ist aus einem Material
aufgebaut, das einen niedrigen Expansionskoeffizienten besitzt.
-
Geeignete Materialien für die erste
Schicht 56 umfassen Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und
Aluminiumlegierungen. Geeignete Materialien für die zweite Schicht 58 umfassen
Titan, Titanlegierungen, rostfreie Stähle, Eisenlegierungen, Ke ramiken
und Fiberglas bzw. Glasfasern. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Wärmeableitvorrichtung 50a bimetallisch
mit einer ersten Schicht 56 aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung
und einer zweiten Schicht 58 aus Nickel. Es wird für Fachleute auf
dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass irgendeine
Kombination von Materialien für
die Wärmeableitvorrichtung 50a verwendet
werden kann, vorausgesetzt, dass die erste Schicht 56 einen höheren, thermischen
Expansionskoeffizienten als die zweite Schicht 58 besitzt.
-
Die Dicke sowohl der ersten als auch
der zweiten 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.
-
Die Wärmeableitvorrichtung 50a muss
nicht zu Anfang ähnlich
der Wärmeableitvorrichtung 50 der 4C gekrümmt sein. Anstelle davon bewegt
sich die Wärmeableitvorrichtung 50a zwischen
einer im Wesentlichen flachen Position, dargestellt bei 50a in 3, in der die Wärmeableitvorrichtung 50a gegen die
obere Oberfläche 15a des
Verteilers 12 anliegt, und einer gekrümmten Position, ähnlich zu
derjenigen, die bei 50 in 3 dargestellt
ist, in der sich ein zweites Ende 55a der Wärmeableitvorrichtung 50a von
dem Verteiler 12 weg krümmt.
Wenn die Spritzgießvorrichtung 10a von
einem kalten Zustand aufgewärmt
wird, erhöht
sich die Temperatur des Verteilers 12, insbesondere an
zuvor identifizierten heißen Flecken,
und die erste Schicht 56 und die zweite Schicht 58 der
Wärmeableitvorrichtung 50a expandieren
aufgrund einer thermischen Expansion. Allerdings expandiert die
zweite Schicht 58 unter einer langsameren Rate als die
erste Schicht 56. Die Differenz in den Raten der Expansion
zwischen der ersten Schicht 56 und der zweiten Schicht 58 führt dazu, dass
sich die Wärmeableitvorrichtung 50a wellt.
-
Wenn sie sich wellt, krümmt sich
das zweite Ende 55a der Wärmeableitvorrichtung 50a von
der oberen Oberfläche 15a des
Verteilers weg. Wenn sich die Temperatur der heißen Flecke über einen vorbestimmten Wert
hinaus erhöht
hat, berührt
die gekrümmte
Wärmeableitvorrichtung 56a die
Verteilergegenplatte 76. Wärme wird dann von dem Verteiler 12 zu
der Verteilergegenplatte 76 über die Wärmeableitvorrichtung 50a übertragen.
Die Temperatur an den heißen
Flecken verringert sich in Abhängigkeit
des Wärmeverlusts
zu der Verteilergegenplatte 76 hin. Wenn sich die Temperatur
verringert, schrumpfen die erste Schicht 56 und die zweite Schicht 58 auch
unter unterschiedlichen Raten. Wenn die Temperatur einmal unter halb
einer vorbestimmten Temperatur abfällt, schrumpft das zweite Ende 55 genug,
um einen Kontakt mit der Verteilergegenplatte 76 zu lösen, und
die Wärmeableitvorrichtung 50a fällt zurück zu einer
im Wesentlichen flachen Position. Die Wärmeableitvorrichtung 50a arbeitet
dann zyklisch zwischen einer im Wesentlichen flachen Position und
einer gekrümmten
Position, um die Temperatur der heißen Flecke des Verteilers zu regulieren.
-
6 stellt
einen alternativen Querschnitt entlang der Linie A-A der Wärmeableitvorrichtung 50 von 4A dar. In diesem Fall umfasst
die Wärmeableitvorrichtung 50b eine äußere Schicht 60,
angeordnet angrenzend an die zweite Schicht 58 der Wärmeableitvorrichtung 50a der 5. Die äußere Schicht 60 ist
an der zweiten Schicht 58 mittels Hartlöten, Löten, Schweißen oder einem Hochtemperaturklebemittel
befestigt. Die äußere Schicht 60 ist
im Wesentlichen dünner
als die Wärmeableitvorrichtung 50a,
um so nicht die Krümmungsbewegung,
die vorstehend diskutiert ist, erzeugt durch die Differenz der thermischen
Expansionsrate zwischen der ersten Schicht 56 und der zweiten
Schicht 58, zu behindern. Die äußere Schicht 60 ist
aus einem Material aufgebaut, das eine hohe Rate einer thermischen
Leitfähigkeit
besitzt. Geeignete Materialien für
die äußere Schicht 60 umfassen
Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Die äußere Schicht 60 und
die erste Schicht 56 können
von demselben Material sein. Die äußere Schicht 60 kann,
alternativ, ein Material, vollständig
getrennt von der Wärmeableitvorrichtung 50a,
sein.
-
Im Betrieb arbeitet die Wärmeableitvorrichtung 50b so,
wie dies zuvor in Bezug auf die Wärmeableitvorrichtung 50a beschrieben
ist. Wenn sich die Wärmeableitvorrichtung 50a von
der oberen Oberfläche 15a des
Verteilers 12 wegbewegt, bewegt sich die äußere Schicht 60 zusammen
mit ihr. Sowohl die Wärmeableitvorrichtung 50a als
auch die äußere Schicht 60 fahren
fort, sich von dem Verteiler 12 weg zu krümmen, bis
das zweite Ende 55b der äußeren Schicht 60 die
Verteilergegenplatte 76 berührt. Wenn die zweite Schicht 58 in
Kontakt steht, wirkt sie als eine Isolation zwischen der ersten
Schicht 56 und der äußeren Schicht 60,
wodurch sie als eine Dämpfungseinrichtung
arbeitet, so dass ein Wärmeverlust von
dem Verteiler 12 über
die Wärmeableitvorrichtung 50b graduell
ist. Dies stellt sicher, dass die Wärmeableitvorrichtung 50b nicht
zu schnell zwischen der gekrümmten
und der im Wesentlichen flachen Position oszilliert.
-
In 7A ist
eine andere Ausführungsform einer
Wärmeableitvorrichtung 62 dargestellt.
Der Aufbau und die Betriebsweise der Wärmeableitvorrichtung 62 sind ähnlich zu
denjenigen der Wärmeableitvorrichtung 50.
Allerdings umfasst, anstelle davon, dass sie eine im Wesentlichen
rechtwinklige Platte ist, die Wärmeableitvorrichtung 62 eine
Mehrzahl von Finnen 52, die sich von einer Basis 54 aus erstrecken. 7B zeigt einen Querschnitt,
der entlang der Linie B-B der 7A vorgenommen
ist. Wie in 7B zu sehen
ist, ist die Wärmeableitvorrichtung 62 aus
einem einzelnen Teil eines hoch thermisch leitfähigen Materials hergestellt,
mit einem hohen, thermischen Expansionskoeffizienten. Diese Materialien
können
Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen sein.
-
Die Wärmeableitvorrichtung 62 arbeitet
identisch zu der Wärmeableitvorrichtung 50.
Finnen 52 der Wärmeableitvorrichtung 62 sind
gekrümmt,
wie dies in 7C dargestellt
ist, und sind so positioniert, dass die Finnen 52 nahe
zu der Verteilergegenplatte 76, allerdings nicht in Kontakt
damit, stehen, wenn sie kühl
sind. Wenn erwärmt
wird, bewirkt die thermische Expansion, dass die Finnen 52 expandieren, um
die Verteilergegenplatte 76 zu berühren, wie dies in einer Schattierung
in 7C dargestellt ist.
Wenn genug Wärme
von dem Verteiler 12 zu der Verteilergegenplatte 76 übertragen
ist, um die Temperatur des Verteilers 12 zu verringern,
hat die Wärmeableitvorrichtung 62 genug
gekühlt,
so dass die Finnen 52 von der Verteilergegenplatte 76 wegschrumpfen.
Der Abstand, um den sich die Finnen 52 bewegen, kann basierend
auf der Auswahl von Materialien und der Auswahl einer Länge der
Finnen kontrolliert werden.
-
Ähnlich
zu der Wärmeableitvorrichtung 50 kann
es erwünscht
sein, Wärme
von dem Verteiler 12 wegzunehmen, ohne dass die Wärmeableitvorrichtung 62 direkt
einen Kontakt mit der Verteilergegenplatte 76 besitzt.
In diesem Fall wird die bestimmte Charakteristik des Materials und
die Länge
der Finnen so ausgewählt,
dass die Finnen 52 nicht die Verteilergegenplatte 76,
gerade bei einer thermischen Expansion, berühren. In diesem Fall wird mehr
Wärme von
der Wärmeableitvorrichtung 62 als
von der Wärmeableitvorrichtung 50 aufgrund
des erhöhten Oberflächenbereichs,
erzeugt durch die Finnen 52 der Wärmeableitvorrichtung 62,
abgeführt
werden.
-
8 stellt
einen alternativen Querschnitt entlang der Linie B-B der Wärmeableitvorrichtung 62 von 7A dar. In diesem Fall umfasst
die Wärmeableitvorrichtung 62a der 8 eine erste Schicht 64,
die die obere Fläche 15a des
Vertei lers 12 berührt,
und eine zweite Schicht 66 angrenzend an die erste Schicht 64.
Die erste Schicht 64 ist aus einem Material aufgebaut,
das einen höheren
Expansionskoeffizienten als das Material der zweiten Schicht 65 besitzt.
Die Wärmeableitvorrichtung 62a der 8 arbeitet in derselben
Art und Weise wie die Wärmeableitvorrichtung 50a der 5. Die Finnen 52 wellen
sich von dem Verteiler 12 aufgrund der Differenz in den
thermischen Expansionsraten der ersten und der zweiten Schicht 64, 66 weg,
bis die Finnen 52 die Verteilergegenplatte 76 bei
einer vorbestimmten Temperatur berühren. Wenn die Temperatur des
Verteilers 12 unterhalb der vorbestimmten Temperatur abfällt, entwellen
sich die Finnen und bewegen sich zurück zu einer relativ flachen
Position. Der Zyklus fährt
fort, wenn die Temperatur des Verteilers 12 oberhalb und
unterhalb der vorbestimmten Temperatur fluktuiert.
-
9 stellt
einen alternativen Querschnitt entlang der Linie B-B der Wärmeableitvorrichtung 62 von 7A dar. In diesem Fall umfasst
die Wärmeableitvorrichtung 62b eine äußere Schicht 68,
die angrenzend an die zweite Schicht 66 der Wärmeableitvorrichtung 62a der 8 angeordnet ist. Die äußere Schicht 68 arbeitet
identisch zu der äußeren Schicht 60 der
Wärmeableitvorrichtung 50b.
Wenn sich die Wärmeableitvorrichtung 62a aufgrund
der unterschiedlichen, thermischen Expansionsraten der ersten und
der zweiten Schicht 64, 66 wellt, berührt die äußere Schicht 68 die
Verteilergegenplatte 76. Demzufolge wirkt die zweite Schicht 66 als
eine Isolation zwischen den höher
thermisch leitenden Materialien der ersten Schicht 64 und
der äußeren Schicht 68.
In einer anderen Ausführungsform
können
die Finnen 52 der äußeren Schicht 68 gewellt
sein.
-
Da jede Wärmeableitvorrichtung unabhängig arbeitet
und mittels Wärme
betätigt
wird, ist eine Wärmeableitvorrichtung
zum Regulieren von heißen
Flecken irgendeiner Temperatur basierend auf der bestimmten Auswahl
von Materialien und des Aufbaus nützlich. Weiterhin können mehrere
Wärmeableitvorrichtungen
an unterschiedlichen Stellen auf dem Verteiler 12 verwendet
werden, um die Temperatur von unterschiedlichen, heißen Flecken
zu regulieren. Zum Beispiel wird sich, falls sich ein heißer Fleck
bei einer höheren
Temperatur als ein anderer befindet, eine Wärmeableitvorrichtung an diesem
Fleck von der Oberfläche
schneller wegkrümmen,
um die Verteilergegenplatte 76 zu berühren, und wird in Kontakt mit
der Verteilergegenplatte 76 für eine längere Zeitperiode als eine
Wärmeableitvorrichtung
verbleiben, die angrenzend an einen heißen Fleck niedrigerer Temperatur
positioniert ist, was eine größere Menge an
Wärme von
dem Fleck mit höherer
Temperatur wegnehmen wird. Das Wärme-Betätigungsverhalten einer
Wärmeableitvorrichtung
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
ihr, sich unterschiedlich in Abhängigkeit
von jedem heißen
Fleck zu verhalten.
-
Es wird ersichtlich werden, dass
irgendeine Wärmeableitvorrichtung
der vorliegenden Erfindung so dimensioniert werden kann, um irgendeinen
Bereich auf dem Verteiler 12 abzudecken. Zusätzlich ist eine
Wärmeableitvorrichtung
nicht darauf beschränkt,
dass sie mit einer oberen Oberfläche 15a des
Verteilers 12 verbunden wird. Eine Wärmeableitvorrichtung kann mit
einem Verteiler 12 an irgendeiner Stelle verbunden sein,
wo es erwünscht
ist, Wärme
abzuführen.
In einem überbrückenden
Verteiler, wie beispielsweise demjenigen der 3, kann eine Wärmeableitvorrichtung der vorliegenden
Erfindung mit dem Hauptverteiler 11, den Unterverteilern 13, oder
beiden, verbunden sein. Eine Wärmeableitvorrichtung
kann weiterhin mit irgendeiner Stelle in einer Spritzgießvorrichtung
verbunden werden, wo eine lokale Wärmeabführung erwünscht ist. Es wird weiterhin
durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich
werden, dass eine Wärmeableitvorrichtung
in Verbindung mit irgendeinem Typ eines Verteilers, der durch irgendeinen
Typ einer Heizanordnung für
einen Verteiler beheizt wird, verwendet werden kann.
-
Die vielen Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich
werden, und demzufolge ist vorgesehen, dass durch die beigefügten Ansprüche alle
solche Merkmale und Vorteile der Erfindung erfasst werden, die innerhalb
des Erfindungsgedankens und des Schutzumfangs der Erfindung fallen.
Weiterhin ist, da zahlreiche Modifikationen und Änderungen für Fachleute auf dem betreffenden
Fachgebiet ersichtlich werden, nicht beabsichtigt, die Erfindung
auf den exakten Aufbau und die Betriebsweise, die durch den Text,
die Figuren und die Ansprüche
hier dargestellt und beschrieben sind, zu beschränken, und alle geeigneten Modifikationen
und Äquivalente
sind dahingehend vorgesehen, dass sie innerhalb des Schutzumfangs
der Erfindung fallen.