DE4330462A1 - Druckgußdüse mit einem elektrischen Anschluß mit isolierendem Anschlußteil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Druckgußtechnik und insbeson­ dere eine geheizte Düse mit einem elektrischen Anschluß mit elektrisch isolierendem Anschlußteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Im Stand der Technik sind Druckgußdüsen mit einem integrierten elek­ trischen Heizelement, das sich an einen Anschluß erstreckt, wohlbe­ kannt. Der Durchmesser des Leitungsdrahtes im Heizelement muß in der Umgebung des Anschlusses größer sein, um eine übermäßige Wärmeentwicklung am Anschluß zu verhindern. Der Leitungsdraht muß am Anschluß mit einem oder mehreren externen Leitungen elek­ trisch verbunden und gegenüber dem aus Stahl hergestellten Düsenkör­ per elektrisch isoliert sein.

In der Vergangenheit ist dies für Niederspannungsdüsen mit nur einer einzigen externen Leitung durch eine Isolationsschicht zwischen einem inneren Bereich des Anschlusses und einem äußeren Bereich, mit dem sowohl der Leitungsdraht als auch die externe Leitung verbunden sind, bewerkstelligt worden. Dies ist beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 4,837,925, Gellert, veröffentlicht am 13. Juni 1989, bekannt. Düsen mit Anschlüssen zur Verbindung beider Enden des elektrischen Heiz­ elementes mit getrennten externen Leitungen sind komplizierter. Zu­ sätzlich zur Überwindung der obigen Probleme muß zwischen den bei­ den externen Leitungen und zwischen den beiden äußeren Endberei­ chen des Leitungsdrahtes eine elektrische Trennung aufrechterhalten werden. Außerdem muß die Ankopplung und die Abkopplung der ex­ ternen Leitungen erleichtert werden, ferner muß der Anschluß eine ausreichende strukturelle Festigkeit besitzen, um bei der Ankopplung oder der Abkopplung ein Verbiegen oder ein Brechen desselben zu vermeiden. Aus der CA 2,057,594-8-A, Gellert, eingereicht am 13. Dezember 1991, mit dem Titel "Method of Making an Injection Mol­ ding Nozzle with a Single Heating Element in a Double Channel" ist eine Düse bekannt, die einen Anschluß zur Verbindung eines Paars von externen Leitungen besitzt. Jede Leitung erstreckt sich in eine Längs­ bohrung in einem Anschlußteil, in dem ihr abisolierter innerer Endbe­ reich mit einem entsprechenden äußeren Endbereich des Leitungsdrah­ tes überlappt und in dem sie aneinander mittels einer Stellschraube be­ festigt sind, die in das Anschlußteil eingeschraubt ist. Das Anschlußteil ist jedoch aus Metall hergestellt und muß von einem aus einem kerami­ schen Material hergestellten getrennten Isolator umgeben sein. Neben dem Nachteil, daß sowohl die Anschlußteile als auch die Isolatoren hergestellt werden müssen, besitzt diese Druckgußdüse den weiteren Nachteil, daß die Installation verhältnismäßig schwierig ist, weil die transversalen Öffnungen im Isolator auf die transversalen Öffnungen im Anschlußteil aufeinander ausgerichtet werden müssen. Außerdem muß der Anschluß lang genug sein, damit der Isolator sich über beide Enden des metallischen Anschlußteils erstrecken kann, wobei es schwierig ist, das äußere Ende des Anschlusses gegen Feuchtigkeit abzudichten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obenerwähn­ ten Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu über­ winden und eine geheizte Druckgußdüse mit einem elektrischen An­ schluß mit isolierendem Anschlußteil zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Druckgußdüse der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruches 1 angegebenen Merkmale.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die sich auf bevorzugte Ausführungsfor­ men der vorliegenden Erfindung beziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht einer Druckgußdüse mit elek­ trischem Anschluß gemäß einer bevorzugten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1A eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Anschlusses;

Fig. 2 eine auseinandergezogene dreidimensionale Ansicht, in der ein Teil der in Fig. 1 gezeigten Düse in montagebereiter Po­ sition gezeigt ist;

Fig. 3 eine auseinandergezogene dreidimensionale Ansicht, die ebenfalls den Anschluß und außerdem externe Leitungen in einer montage- und verbindungsbereiten Position zeigt;

Fig. 3A eine Schnittansicht des isolierenden Anschlußteils; und

Fig. 3B eine Schnittansicht des Heizelementes.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. In Fig. 1 ist eine Druck­ gußdüse 10 gezeigt, die einen Stahlkörper 12 aufweist, durch die von ihrem hinteren Ende 16 zu ihrem vorderen Ende 18 eine mittige Schmelzebohrung 14 verläuft. In einem spiralförmigen Kanal 22, der um die Außenfläche 24 des Düsenkörpers 12 verläuft, ist ein elektri­ sches Heizelement 20 einteilig hartverlötet. In der vorliegenden Aus­ führungsform besitzt das Heizelement 20 in der Nähe des vorderen En­ des 18 des Körpers ein U-förmiges Knie 26 sowie zwei hintere Berei­ che 28, die sich nach außen zu einem Anschluß 30 erstrecken, der sich vom Körper 12 in der Nähe des hinteren Endes 16 nach außen er­ streckt. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Niederspannungsdüse geschaffen, die ein Heizelement be­ sitzt, das an einem Ende am Stahlkörper 12 in der Nähe seines vorde­ ren Endes geerdet ist und bei dem sich nur ein hinterer Bereich nach außen zum elektrischen Anschluß erstreckt.

Die Düse 10 ist wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt beschaffen; die exter­ nen Leitungen sind mit dieser Düse 10 verbunden, wie ebenfalls in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das elektrische Heizelement 20 zunächst in dem spiralförmigen Kanal 22 eng gewic­ kelt, wobei die beiden hinteren Bereiche 28 in der Nähe des hinteren Endes 16 des Körpers 12 parallel beabstandet sind und radial nach au­ ßen vorstehen. Wie aus Fig. 3B ersichtlich ist, besitzt das Heizelement 20 einen dünnen, gewickelten Widerstandsdraht 32, der in einem Schutz-Stahlgehäuse 36 von einem Isoliermaterial 34 wie etwa Magne­ siumoxidpulver umgeben ist. Der dünne Heizdraht 32 ist mit Leitungs­ drähten 38 mit größerem Durchmesser verbunden, die sich durch das Isoliermaterial 34 in den hinteren Bereichen 28 des Heizelementes 20 erstrecken, so daß der Anschluß 30 nicht erwärmt wird. Wie gezeigt, besitzt jeder Leitungsdraht 38 einen abisolierten äußeren Endbereich 40, der sich über eine vorgegebene Strecke von der Isolierung 34 und vom Gehäuse 36 nach außen erstreckt.

Am hinteren Ende des Düsenkörpers 12 sind ein hinterer Stahlkranz 42 und ein vorderer Stahlverschlußkranz 44 aneinander montiert. Der hintere Kranz 42 besitzt einen Schlitz 46, durch den sich die beiden hinteren Bereiche 28 des elektrischen Heizelementes 20 erstrecken. Der hintere und der vordere Kranz 42, 44 bilden zusammen einen Sitz 48, von dem ein Stahl-Gewindebolzen 50 aufgenommen wird. Der Bol­ zen 50 besitzt ein Paar von parallel beabstandeten Bohrungen 52, durch die sich die beiden hinteren Bereiche 28 des elektrischen Heizelementes 20 erstrecken, um sicherzustellen, daß sie in den richtig parallel beab­ standeten Positionen nach außen vorstehen.

Nachdem diese Komponenten aneinander montiert sind, wird entlang ihren Verbindungen und entlang dem Heizelement 20 ähnlich wie in der Beschreibung des US-Patents Nr. 4,557,685, Gellert, veröffentlicht am 10. Dezember 1985, ein Hartlötmaterial wie etwa eine Nickellegie­ rungspaste aufgebracht. Die montierten Komponenten werden anschlie­ ßend in einem Vakuumofen über die Schmelztemperatur des Hartlötma­ terials in einem vorgegebenen Zyklus erwärmt. Wenn der Ofen all­ mählich erwärmt wird, wird er auf ein verhältnismäßig hohes Vakuum evakuiert, um nahezu jeglichen Sauerstoff zu entfernen. Bevor die Schmelztemperatur des Hartlötmaterials erreicht ist, wird das Vakuum verringert, indem teilweise ein Inertgas wie etwa Argon oder Stickstoff eingefüllt wird. Wenn das Hartlötmaterial wie etwa die Nickellegierung schmilzt, fließt sie durch die Kapillarwirkung entlang den Verbindun­ gen zwischen den Komponenten und um das Heizelement 20, um dieses im spiralförmigen Kanal 22 vollständig einzubetten. Dieser Hartlötvor­ gang im Vakuumofen schafft ein metallurgisches Verkleben der Nickellegierung mit dem Stahl der verschiedenen Komponenten, wo­ durch eine metallurgisch monolithische einteilige Struktur 54 gebildet wird. Nachdem die Struktur 54 gekühlt und aus dem Vakuumofen ent­ nommen worden ist, wird sie endbearbeitet, um die für das Endprodukt geforderten Abmessungen zu schaffen, wobei das vordere Ende 18 des Düsenkörpers 12 eine vorgegebene Form für eine besondere Anschnitt­ konfiguration besitzt.

Nun wird auf die Fig. 3 und 3A Bezug genommen. Der Anschluß 30 der Düse 10 wird durch Anbringen eines zylindrisch geformten isolie­ renden Anschlußteils 56 und einer scheibenförmigen elastischen Dich­ tung 58 in einer abnehmbaren Stahlkappe 60 an der obenbeschriebenen einteiligen Struktur 54 vollendet. In dieser Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung besitzt das isolierende Anschlußteil 56 ein Paar von parallel beabstandeten Bohrungen 62, die sich in Längsrichtung durch dieses erstrecken. Jede Längsbohrung 62 besitzt einen Durchmesser, der groß genug ist, um eine externe elektrische Leitung 64 in ihrem äu­ ßeren Ende 66 aufzunehmen, ferner besitzt jede Längsbohrung 62 einen Bereich 68 mit größerem Durchmesser, der sich von seinem inneren Ende 70 erstreckt. In dieser Ausführungsform ist das Anschlußteil 56 aus einem geeigneten Keramikmaterial hergestellt, in anderen Ausfüh­ rungsformen kann es jedoch auch aus einem wärmebeständigen Kunst­ stoff oder aus anderen geeigneten Isoliermaterialien hergestellt sein. Das isolierende Anschlußteil 56 besitzt außerdem eine Öffnung 72, die sich in Querrichtung in jede Längsbohrung 62 erstreckt. Jede solche transversale Öffnung 72 ist mit einem Gewinde versehen, um eine kurze Stellschraube 74 aufzunehmen. In dieser Ausführungsform er­ strecken sich zwei transversale Öffnungen 72 von gegenüberliegenden Seiten des isolierenden Anschlußteils 56, um eine strukturelle Schwä­ chung des Anschlußteils 56 zu vermeiden. In dieser Ausführungsform ist die elastische Dichtung 58 aus einem Silikongummi hergestellt und besitzt ebenfalls ein Paar von parallel beabstandeten Bohrungen 76, die durch sie verlaufen und auf die durch das isolierende Anschlußteil 56 verlaufenden Längsbohrungen 62 ausgerichtet sind. Die elastische Dichtung 58 besitzt eine konisch zulaufende Außenfläche 78, die in ei­ ne Öffnung 80 im äußeren Ende 82 der Kappe 60 fest eingepaßt werden kann. Die Hohlkappe 60 besitzt außerdem ein mit Gewinde versehenes inneres Ende 84, das auf den Gewindebolzen 50 aufgeschraubt werden kann, um das isolierende Anschlußteil 56 und die elastische Dichtung 58 sicher an ihrem Ort zu halten. Die Anbringung der Stahlkappe 60 über dem keramischen Anschlußteil 56 verleiht dem elektrischen An­ schluß eine beachtliche strukturelle Festigkeit, wodurch gewährleistet ist, daß er während des Gebrauchs nicht unbeabsichtigt beschädigt wird.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 3 die Verbindung der externen elektri­ schen Leitungen 64 mit abisolierten inneren Endbereichen 86 beschrie­ ben. Das isolierende Anschlußteil 56 wird an den äußeren Enden 28 des Isoliermaterials 34 und des Schutzgehäuses 36 des Heizelementes 20 angebracht, indem diese äußeren Enden 28 in den Bereichen 68 mit größerem Durchmesser der Längsbohrungen 62 aufgenommen werden. In dieser Position erstreckt sich der äußere Endbereich 40 eines jeden Leitungsdrahtes 38 über eine vorgegebene Strecke in eine der Längs­ bohrungen 62 des isolierenden Anschlußteils 56. Die äußeren Endbe­ reiche 40 der Leitungsdrähte 38 sind vorzugsweise gepreßt, um ihnen einen konkaven Querschnitt zu verleihen, wodurch eine gute elektrische Verbindung mit den inneren Endbereichen 86 der externen Leitungen 64 gewährleistet wird. Die externen Leitungen 64 sind durch die Öff­ nung 80 im äußeren Ende 82 der Kappe 60 und durch die entsprechen­ den Bohrungen 76 in der elastischen Dichtung 58 eingeschoben. Die Kappe 60 und die elastische Dichtung 58 gleiten auf den Leitungen 64, anschließend werden die Leitungen 64 durch die äußeren Enden 66 in die entsprechenden Längsbohrungen 62 des isolierenden Anschlußteils 56 eingeschoben, bis ihre abisolierten inneren Endbereiche 86 mit den äußeren Endbereichen 40 der Leitungsdrähte 38 um einen bestimmten Betrag überlappen. Dann werden die Stellschrauben 74 in den transver­ salen Öffnungen 70 im isolierenden Anschlußteil 56 angezogen, um die inneren Endbereiche 86 und die äußeren Endbereiche 40, die sich ge­ genseitig überlappen, aneinander zu befestigen. Dann werden die ela­ stische Dichtung 58 und die Kappe 60 so angeordnet, daß sie das isolie­ rende Anschlußteil 56 abdecken, woraufhin das mit Gewinde versehene innere Ende 84 der Kappe 60 am Schraubbolzen 50 angezogen wird. Die Bohrungen 76 durch die elastische Dichtung 58 sind so beschaffen, daß sie die externen Leitungen 64 eng umschließen, wobei die Befesti­ gung der Kappe 60 über der Dichtung 58 eine Dichtungswirkung schafft, die verhindert, daß Feuchtigkeit in die Längsbohrungen 62 im isolierenden Anschlußteil 56 eindringt; ferner wird dadurch eine Be­ schädigung des Anschlußteils 56 verhindert. Diese Anordnung stellt si­ cher, daß der Anschluß eine sehr gute elektrische Verbindungsfähigkeit besitzt und daß die externen Leitungen 64 leicht an die Düse angekop­ pelt oder von dieser abgekoppelt werden können. Die Stahlkappe 60, die das isolierende Anschlußteil 56 eng umgibt, schützt das keramische Anschlußteil 56 und vermeidet jeglichen Verlust der strukturellen Fe­ stigkeit aufgrund der im keramischen Anschlußteil hergestellten Ver­ bindungen.

Im Gebrauch wird die Düse 10 in eine geeignete Gießform eingesetzt, wobei der Isolierflanschbereich 90 von einem geeigneten Sitz aufge­ nommen wird. Die externen Leitungen 64 werden wie oben beschrie­ ben eingeschlossen und liefern elektrische Leistung zum Heizen der Düse 10 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur. Dann wird mit Druck beaufschlagte Schmelze von einer Druckgußmaschine in die mittige Schmelzebohrung 14 in der Düse 10 gemäß dem Spritzzyklus eingespritzt.

Obwohl die Beschreibung der Düse 10 für eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform gegeben worden ist, können selbstverständlich verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorlie­ genden Erfindung abzuweichen, wie er vom Fachmann verstanden und in den Ansprüchen definiert ist. Insbesondere erfordern einige Nieder­ spannungsdüsen lediglich eine einzige externe Leitung 64, wie oben be­ reits erwähnt worden ist. In dieser Ausführungsform erfordern das iso­ lierende Anschlußteil 56 und die elastische Dichtung 58 anstatt dem obenerwähnten Paar von parallel beabstandeten Bohrungen nur eine einzige Längsbohrung.

Claims (4)

1. Druckgußdüse, mit einem Körper (12), der ein hinteres Ende (16) besitzt, einem elektrischen Heizelement (20), das sich im Körper (12) erstreckt, und einem elektrischen Anschluß (30), der sich in der Nähe des hinteren Endes (16) des Körpers (12) von diesem nach außen erstreckt, wobei das Heizelement (20) wenigstens einen hinteren Be­ reich (28) besitzt, der sich nach außen zum Anschluß (30) erstreckt, um über wenigstens eine externe Leitung (64) elektrische Leistung aufzu­ nehmen, wobei der wenigstens eine hintere Bereich (28) des Heizele­ mentes (30) einen elektrisch leitenden Draht (38) besitzt, der von einer Isolierung (34) in einem Schutzgehäuse (36) umgeben ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Körper (12) einen Gewindebolzen (50) aufweist, der in der Nähe des hinteren Endes (16) des Körpers (12) nach außen vor­ steht,
der wenigstens eine hintere Bereich (28) des Heizelementes (20) durch den Bolzen (50) nach außen vorsteht, wobei sich ein äußerer Endbereich (40) des Leitungsdrahtes (38) über eine vorgegebene Strec­ ke aus der Isolation (34) und dem Schutzgehäuse (36) erstreckt,
ein isolierendes Anschlußteil (56) mit wenigstens einer durch dieses verlaufenden Längsbohrung (62) mit einem inneren Ende (68) und einem äußeren Ende (66) an dem wenigstens einen vorstehenden hinteren Bereich (28) des Heizelementes (20) angebracht ist, wobei sich der vorstehende hintere Bereich (28) nach außen durch wenigstens eine Längsbohrung (62) durch das innere Ende (68) erstreckt und wobei der äußere Endbereich (40) des Leitungsdrahtes (38) mit einem abisolierten inneren Endbereich (86) der wenigstens einen externen Leitung (64) überlappt, welche durch das äußere Ende (66) der wenigstens einen Längsbohrung (62) eingeschoben ist,
das isolierende Anschlußteil (56) wenigstens eine transversale Öffnung (72) aufweist, die sich in die wenigstens eine Längsbohrung (62) erstreckt, wobei die wenigstens eine transversale Öffnung (62) ei­ ne Gewindeeinrichtung besitzt, um eine Schraube (74) aufzunehmen, um den inneren Endbereich (86) der wenigstens einen externen Leitung (64) und den äußeren Endbereich (40) des Leitungsdrahtes (38), die sich gegenseitig überlappen, aneinander zu befestigen,
eine Hohlkappe (60) mit einem mit Gewinde versehenen in­ neren Ende (84) und einem äußeren Ende (82) mit einer durch dieses Ende (82) führenden Öffnung (80) über dem isolierenden Anschlußteil (56) angebracht ist und mit dem Gewindebolzen (50) verschraubt ist, um das isolierende Anschlußteil (56) an seinem Ort zu befestigen, wo­ bei sich die wenigstens eine externe Leitung (64) durch die Öffnung (80) im äußeren Ende (82) der Kappe (60) in die wenigstens eine Längsbohrung (62) im isolierenden Anschlußteil (56) nach innen er­ streckt.

2. Druckgußdüse gemäß Anspruch 1, die über ein Paar von ex­ ternen Leitungen (64), die jeweils einen abisolierten inneren Endbe­ reich (86) besitzen, elektrische Leistung empfängt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
das isolierende Anschlußteil (56) ein Paar von durch dieses verlaufenden parallel beabstandeten Längsbohrungen (62) besitzt,
das elektrische Heizelement (20) ein Paar von hinteren Berei­ chen (28) besitzt, die sich durch den Bolzen (50) nach außen erstrec­ ken, wobei sich jeder hintere Bereich (28) nach außen in eine entspre­ chende der Längsbohrungen (62) im isolierenden Anschlußteil (56) er­ streckt und wobei der äußere Endbereich (40) des Leitungsdrahtes (38) mit dem inneren Endbereich (86) einer entsprechenden der nach innen sich erstreckenden externen Leitungen (64) überlappt, und
das isolierende Anschlußteil (56) eine transversale Öffnung (72) besitzt, die sich in jede der Längsbohrungen (62) erstreckt, wobei jede transversale Öffnung (72) eine Gewindeeinrichtung zur Aufnahme einer Schraube (74) besitzt, um den nach außen sich erstreckenden äu­ ßeren Endbereich (40) des entsprechenden hinteren Bereichs (28) des Heizelementes (20) und den damit überlappenden nach innen sich er­ streckenden inneren Endbereich (86) der externen Leitung (64) anein­ ander zu befestigen.

3. Druckgußdüse gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlkappe (60) zwischen dem isolierenden Anschlußteil (56) und dem äußeren Ende der Kappe (60) eine elastische Dichtung (58) angebracht ist, die ein Paar von durch diese verlaufenden parallel be­ abstandeten Bohrungen (76) besitzt, die auf die Längsbohrungen (62) durch das isolierende Anschlußteil (56) ausgerichtet sind, wobei jede der Bohrungen (76) durch die elastische Dichtung (58) eine entspre­ chende der externen Leitungen (64) aufnimmt, wobei die Bohrung (76) die externe Leitung (64) eng umgibt, um eine Dichtung gegen Feuch­ tigkeit zu schaffen, die sonst in die Längsbohrung (62) im isolierenden Anschlußteil (56) eindringen würde.

4. Druckgußdüse gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Anschlußteil (56) aus einem keramischen Material gebildet ist.