具有嵌入式和可拆卸加热器的注射喷嘴 【技术领域】
本发明总体涉及注射成型，特别涉及具有一个以上加热元件的注射成型喷嘴。
背景技术
在大多数注射成型应用中，高可靠性至关重要。注射成型系统中一个零件的失效，会导致在检测失效零件、替换该零件且重新启动成型工序的时间内发生产量损失。在成型操作过程中，用于热流道注射成型喷嘴的加热元件的失效，会导致代价昂贵的工序中断。
通常有两种类型的加热器来沿着热流道喷嘴的熔化腔来提供热量。第一种类型包括位于喷嘴主体外表面之外但与之紧密接触的外部加热器。外部加热器通常可以不受限于热流道喷嘴而从注射成型系统中拆除。外部加热器的实例可以参见下列美国专利：1994年11月1日颁发的US 5,360,333；1995年5月2日颁发的US 5,411,392；2002年6月25日颁发的US 6,409,497；1990年7月10日颁发的US 4,940,870；2000年12月19日颁发的US6,163,016；1981年5月19日颁发的US 4,268,241；2000年3月28日颁发的US 6,043,466(全部这些内容在此引入作为参考资料)。可拆卸的外部加热器通常可以在加热器出现故障时不受限于喷嘴而被拆卸和替换。然而，使用位于喷嘴外部并且可以从喷嘴拆除的加热器，会引入难于预计和控制的热传递变量，从而导致沿着喷嘴主体出现不希望的或意料之外的热断面。
第二种类型地喷嘴加热器，包括嵌入或至少部分地嵌入喷嘴主体的嵌入式加热器。嵌入式加热器包括在喷嘴主体内部嵌入或铸入的加热器，其实例可以参见下列美国专利：1980年12月9日颁发的US 4,238,671；1983年5月31日颁发的US 4,386,262；1983年9月13日颁发的US 4,403,405和2002年5月28日颁发的US 6,394,784(全部这些内容在此引入作为参考资料)。嵌入式加热器还包括嵌入或部分地嵌入喷嘴主体外表面的加热器。表面嵌入式加热器的实例也可以参见下列专利：2002年10月30日颁发的欧洲专利EP 1 252 998 A2；1991年9月10日颁发的美国专利US 5,046,942；2000年12月19日颁发的美国专利US6,162,043；1993年11月30日颁发的美国专利US 5,266,023；1998年1月6日颁发的美国专利US 5,704,113；1998年9月13日颁发的美国专利US 4,771,164；1997年3月25日颁发的美国专利US 5,614,233；1988年9月6日颁发的美国专利US4,768,283；1993年8月17日颁发的美国专利US 5,235,737；1985年12月10日颁发的美国专利US 4,557,685；1994年2月1日颁发的美国专利US 5,282,735；和1991年9月10日颁发的美国专利US 5,046,942(全部这些内容在此引入作为参考资料)。嵌入式加热器通常能够比外部加热器向喷嘴主体提供更好且更可预测的热传递，但是它通常不能够不受限于喷嘴而进行替换。一些嵌入式加热器由延长筒组成，该延长筒插入到喷嘴主体中的、与喷嘴熔化腔平行的腔中。
在设计方面已经进行了尝试，使得可从注射成型系统的成型侧来接近喷嘴，以允许对喷嘴加热器快速替换。例如，2000年12月19日颁发的美国专利US 6,162,043(其全部内容在此引入作为参考资料)公开了一种注射成型设备，其中带嵌入式加热器的热流道喷嘴具有带螺纹的上端，这样使得它可以从其成型侧旋入和旋出注射成型设备。2000年3月28日颁发的美国专利US6,043,466显示了可以从成型侧来接近外部安装的加热器的实例。2001年10月30日颁发的美国专利US 6,309,207和1996年7月9日颁发的美国专利US 5,533,882(其全部内容在此引入作为参考资料)也显示了多种系统，其中设置成可从成型侧来接近喷嘴加热器。
为了提供冗余并且避免因加热器失效而导致的工序中断，业已提出了沿着加热器喷嘴提供两个重叠的嵌入式加热器的设计，其实例显示于上述的美国专利US 6,394,784和欧洲专利申请EP 1252 998 A2。然而，这样的解决方案受喷嘴尺寸的制约，并且不能提供不受限于喷嘴而替换加热器的选择。
在热流道喷嘴中普遍关心的一个问题是沿着喷嘴主体长度方向提供均匀的热断面，尤其在喷嘴主体诸如其末端和首端区域中，这些区域靠近与注射成型系统其余部分的热损失接触点。
因此，需要一种热流道喷嘴加热系统，该系统可以提供高度的可靠性、可预测且高效的热传递以及在失效时可以快速进行修理。还需要一种沿着热流道喷嘴的长度方向提供高效热断面的加热系统。
【发明内容】
本发明提供了一种至少具有两个加热器的热流道喷嘴，其中一个加热器嵌入或部分地嵌入喷嘴主体中或与喷嘴主体的外表面接触，另一个加热器是位于喷嘴主体上方的可拆卸加热器。可拆卸的加热器可以配置成不受限于热流道喷嘴而从注射成型装置上拆除的形式。所述至少两个加热器被配置并校对，以提供冗余加热功能并充当彼此的备用设备，或者彼此一起共同工作。每个加热器都可以包括一个以上的独立的通电电阻加热丝，以提供更多冗余。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种注射成型加热喷嘴，它包括：喷嘴主体，该喷嘴主体限定了具有入口端和出口端的熔化腔；第一加热器，由喷嘴主体所承载，用于沿熔化腔长度方向加热喷嘴主体；和第二加热器，可拆卸地安装在喷嘴主体上，用于加热喷嘴主体，该第二加热器至少有一部分与第一加热器的一部分重叠。
通过下面对于本发明的实施例的描述并结合附图，本领域的普通技术人员可以很容易地知晓本发明的其它方面和特征。
【附图说明】
现在将仅仅通过实例并参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的一对喷嘴装置的简化剖视图；
图2是显示根据本发明用于组装的喷嘴的局部分解透视图；
图3是图2中喷嘴的简化剖视图；且
图4-7是根据本发明进一步实施例的喷嘴的各个简化剖视图。
【具体实施方式】
图1是总体用100来代表的热流道注射成型系统的简图，显示本发明的各个方面。系统100包括熔体通道102，该通道岔分出贯穿歧管106的、歧管熔室104的通道。歧管106由歧管加热器108加热。歧管熔室104的各个通道与相应的喷嘴熔化腔14相连通，该喷嘴熔化腔贯通相应的热流道喷嘴10。每个喷嘴的熔化腔14分别经由一个成型浇口110而与型腔114连通。隔板或法兰116和型腔板118限定了系统100中的喷嘴腔，且穿过该型腔板118设置有冷却通道120。
如图1所示，一个喷嘴10具有热浇口，而包括阀销112的另一个喷嘴10具有阀浇口。在实际使用中，两种类型的浇口通常不会用在同一个系统中，在图1中所示的两种类型浇口只是为了表明本发明的加热配置可以应用于不同的浇口配置中。
参见图2和图3，喷嘴10包括钢制主体12，熔化腔14贯穿该钢制主体从熔体入口端16延伸至熔体出口端18。电加热元件20(例如电阻丝)被挤压安装在螺旋槽22中，该螺旋槽22围绕喷嘴主体12的外表面24而延伸。在图2所示的实施例中，加热元件20在钢制主体12的出口端18附近具有U形弯曲26，并且在入口端16附近具有从钢制主体贯穿端子箱30的两个末端，作为电端子64。在喷嘴的入口端16处可以设置有钢制挡圈90。优选地设置穿过钢制主体12并且平行于熔化腔14的热电偶28，以提供表示喷嘴10温度的反馈。
根据本发明的实施例，在喷嘴10的钢制主体12上方提供可拆卸的外部夹持加热器40，并且夹持到钢制主体的外表面24。图2所示的夹持加热器40包括由高热导率材料形成的内套筒42，该内套筒放置成与喷嘴主体12的外表面24紧密接触。加热元件44围绕内套筒而螺旋，并且被外套筒46所包围。加热元件的两端，从夹持加热器40延伸出来，形成电端子48。在图示的实施例中，内套筒42包括轴向槽50，以便于在喷嘴主体12上安装和拆除夹持加热器40。在外套筒46和加热元件44之间，可以设有诸如波纹壁(未显示)的挤压设备，以将夹持加热器夹持在适当的位置；或者使用其它夹持装置，以使得可将夹持加热器40从喷嘴10上拆除和替换。夹持加热器优选地包括热电偶52(图3)，以监控夹持加热器40的温度。参见图1，优选地至少型腔板118的下部分是可拆卸的，或者配置成可以从热流道注射成型系统100的成型侧来接近喷嘴10，这样使得可不受限于喷嘴10而拆除和替换夹持加热器40。
同时放置嵌入式加热器20和夹持加热器40，以便沿包围熔化腔14的喷嘴主体12的相同部分来提供热量。优选地对夹持加热器和嵌入式加热器进行预先校正，这样它们在独立操作时均可沿熔化腔提供相同或者类似的热断面。参见图3，可选地将控制器54分别连接至外夹持加热器40的电端子48和嵌入式加热器20的电端子64，并且连接起来以接收来自温度感应热电偶28和52的反馈信号。
在一种操作模式中，通过嵌入式加热器20向喷嘴10供热。如果来自热电偶28的反馈与预先设定的阀值相比而指示出嵌入式加热器20部分或全部失效时，控制器54配置成可以自动将电从嵌入式加热器20切换到夹持加热器40，从而对成型工序产生最小干扰或不产生干扰。控制器54可以监控热电偶52，以跟踪夹持加热器40的操作。如果夹持加热器40也失效，可以将它从喷嘴10拆除并替换，而不要求替换喷嘴，从而减少了停工时间。随后可在预定的停机检修时间内，使用带有工作用的嵌入式加热器的喷嘴来替换喷嘴10。
嵌入式加热器与备用外部可拆卸的加热器的结合使用，可以提供这样一种设计，在该设计中，通常可以实现嵌入式加热器的热传递特性的改进。同时，如果嵌入式加热器失效，备用夹持加热器可以接管过来进行加热而不需停止成型工序。
在某些实施例中，嵌入式加热器可以充当外部夹持加热器的备用加热器。在某些实施例中，嵌入式加热器和夹持加热器可以同时运作，以提高沿喷嘴熔化腔长度方向上的热断面的特性，并且在诸如靠近浇口110和入口端16等热量散溢更快的区域处提供额外的热量。
图3所示的喷嘴10中显示了热电偶28和52。在某些实施例中，这些热电偶可以不受加热器操作的制约而充当彼此的备用设备。例如，嵌入式热电偶28可能会失效，但是嵌入式加热器20仍然可用。控制器54可以被配置成在检测到嵌入式热电偶28的信号超出范围或者失去信号时，与一个或多个预定阀值相比来检查来自外部热电偶52的信号，进而确定是否问题来自嵌入式热电偶28而不是来自嵌入式加热器20；如果是来自嵌入式热电偶28，则使用外部热电偶52以随后监控嵌入式加热器20的操作。在某些实施例中，可能仅设有一个热电偶而非两个热电偶，且嵌入喷嘴主体12之中或者在其外部，用于监控喷嘴熔化腔的热断面(例如，可以参见图4)。
图2和图3中显示的嵌入式加热器的配置，可以钎焊在螺旋槽22内。可在本发明不同应用中使用的、具有表面嵌入式加热器的实例，可以参见在背景技术部分中提到的多篇文献，其中例如包括：美国专利US 5,266,023；US 5,046,942；US 6,162,043；US 5,704,113；US 4,771,164；US 5,614,233；US 4,768,283；US 5,235,737；US 4,557,685；US 5,282,735；以及US 5,046,942。
由喷嘴10所承载的第一或嵌入式加热器可以具有除图2和图3中所示之外的多种形式。例如，图4显示了另一种热流道喷嘴130，它类似于喷嘴10，不过加热器20嵌套在高热导性的衬套132内的喷嘴主体12中。可以在美国专利US 6,394,784中看到此类加热器配置的实例。具有如美国专利US 4,386,262、US 4,238,671和US 4,403,405中所示镶铸加热器的喷嘴可以使用在本发明的各种应用中。
图5显示了根据本发明实施例的另一种热流道喷嘴134，它类似于喷嘴10，不过第一加热器是由一或多个薄膜加热器136组成，这些薄膜加热器被紧固到喷嘴主体12的外表面，以沿着熔化腔14的长度方向提供热量。外部夹持加热器40紧固在薄膜加热器136的上方。可用于本发明中的、具有薄膜加热器的喷嘴的实例，可以参见例如1999年10月26日颁发的美国专利US 5,973,296和2001年10月23日颁发的美国专利US 6,305,923(其全部内容在此引入作为参考资料)。
嵌入式加热器也可以采用其它形式，例如可以使用感应加热系统，可以使用热管，也可以使用轴向筒式加热器。
外部加热器40还可以采用图2中所示之外的多种其它形式。例如，在背景技术部分中专利文献所述的多个外部加热器可用于本发明的实施例。例如，在美国专利US 5,360,333、US 5,411,392、US 6,043,466和US 6,409,497中所示的带状加热器配置和外部螺旋加热器配置，可用在本发明的实施例中。薄膜加热器配置也可以用在外部加热器中。
在某些实施例中，除外部加热器之外，喷嘴可以具有两个独立的嵌入式加热器，用以提供附加的备用冗余。通过实例，图7显示了另一个根据本发明的喷嘴150的实施例。喷嘴150类似于喷嘴10，不过在与第一嵌入式加热器20相邻且通电不受限于该第一嵌入式加热器20的喷嘴主体12的表面内，嵌入了终止于端子连接件154的附加螺旋加热器152。夹持加热器40在嵌入式加热器20和152两者的上方延伸。在一个实施例中，控制器54可以在第一嵌入式加热器20出现故障时使第二嵌入式加热器152向喷嘴主体提供热量。如果第二嵌入式加热器152随后出现故障，则外部夹持加热器40接管过来进行加热。在美国专利US 6,394,784和欧洲专利申请EP 1 252 998 A2中显示了可以用在本发明实施例中的双嵌入式加热器配置的实例。在某些实施例中，两个嵌入式加热器20和152除了或代替作为彼此的备用加热器之外，还可以被配置成一起工作，以沿着喷嘴熔化腔的长度方向优化热断面。
在某些实施例中，在夹持加热器40中还可以使用附加的备用加热器，在这一点上，图6中显示了根据本发明的另一个实施例的喷嘴140。喷嘴140类似于喷嘴130，不过喷嘴140的夹持加热器40包括两个独立通电的螺旋电热线142和144，以作为彼此的备用设备。
在优选实施例中，本发明的喷嘴用于注射成型系统中，该注射成型系统被配置成，可从系统的成型侧来接近夹持加热器和喷嘴，例如美国专利US 6,162,043、US 6,043,466、US 6,309,207和US 5,533,882中所示的系统。在某些实施例中，喷嘴可设置成能够从成型侧拆卸，例如美国专利US 6,162,043中所示。
上述本发明的实施例仅仅用作实例。本领域的技术人员可以在不脱离由下面附加的权利要求所定义的本发明范围的情况下，对特定的实施例进行改造、修改和变换。