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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung mit einem Heißkanalverteiler, einer Werkzeugplatte, wenigstens zwei separaten Formhohlräumen, wenigstens einer ersten Heißkanaldüse und wenigstens einer zweiten Heißkanaldüse, die mit dem Heißkanalverteiler verbunden und so angeordnet sind, dass jede Heißkanaldüse individuell und unabhängig Schmelze zu den wenigstens zwei Angießöffnungen führen kann. Die Erfindung betrifft insbesondere Heißkanalgießformwerkzeuge zum seitlichen Angießen, Heißkanaldüsen mit Ventilnadeln und ein Spritzgießverfahren zum Heißkanal-Spritzgießen unter Verwendung von Heißkanaldüsen mit seitlichen Nadelventilen.
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Heißkanalgießformwerkzeuge zum seitlichen Angießen und Spritzgießverfahren, die Heißkanaldüsen zum seitlichen Angießen verwenden, sind im Stand der Technik bekannt.
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Heißkanalspritzgießformwerkzeuge, die Heißkanaldüsen zum seitlichen Anspritzen mittels Ventilnadeln (Heißkanaldüsen zum seitlichen Angießen) verwenden und Spritzgießverfahren, die Heißkanalspritzgießformwerkzeuge mit Heißkanaldüsen zum seitlichen Angießen verwenden, sind ebenfalls bekannt. Die folgenden Veröffentlichungen werden als Beispiele hierfür genannt:
US 7,322,817 des Erfinders Hans-Peter Männer und
US 7,470,123 von Swen Spuller,
WO 2010/127965 von Braun,
US 7,658,606 von Klobucar,
US 6,245,279 von Kalemba,
US 7,658,605 von Fairy, US RE 41648 (E1) von Olaru sowie
JP 7144347 A und
JP H11277573 .
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Bei Anwendungsfällen des seitlichen Angießens gibt es Situationen, in welchen der Schmelzefluss von einer ersten Düsenspitze in einen ersten Formhohlraum blockiert werden muss, während gleichzeitig der Schmelzefluss von einer zweiten Düsenspitze in einen zweiten Formhohlraum aufrecht erhalten werden muss. Dies ist sehr wichtig, da so einige Formkavitäten gefüllt werden können, während bei anderen oder nur bei einem anderen Formhohlraum die Formfüllung beendet, bzw. außer Betrieb gesetzt werden kann. Auf diese Weise wird ein Produktionsprozess einer Spritzgießmaschine nicht vollständig gestoppt, nur die Ausbringung wird reduziert, bis die Ursache, welche den Betriebsausfall einer oder mehrerer Düsen verursacht hat, behoben werden kann.
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US 7,803,306 von Babin zeigt dieses Problem und stellt eine Lösung zum Unterbrechen des Schmelzeflusses in eine Heißkanaldüse zum seitlichen Angießen vor. Es besteht ein Bedarf, die Gestaltung, die Eigenschaften und die Instandhaltung von Heißkanalspritzgießformwerkzeugen zu verbessern, welche Heißkanaldüsen mit Ventilnadeln zum seitlichen Anspritzen verwenden, sowie die Verfahren zu verbessern, die bei solchen Anwendungen eingesetzt werden.
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Ebenso besteht ein Bedarf, den Schmelzefluss durch eine einer Vielzahl von Angießöffnungen oder durch eine einer Vielzahl von Düsenspitzen einer Heißkanalgießform, welche Heißkanaldüsen zum seitlichen Angießen verwendet, zu steuern oder vollständig zu blockieren, sowie die Verfahren zu verbessern, die bei solchen Anwendungen eingesetzt werden.
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Die Erfindung basiert daher auf der Aufgabe, den Schmelzefluss durch wenigstens eine einer Vielzahl von Heißkanaldüsen mit Ventilnadeln zum seitlichen Anspritzen (Heißkanaldüsen zum seitlichen Angießen) unabhängig vom Schmelzefluss durch andere Heißkanaldüsen zu steuern.
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Diese Aufgabe wird von der Lehre der unabhängigen Ansprüche der Erfindung gelöst. Weitere Entwicklungen der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Spritzgießvorrichtung vorgeschlagen, mit einem Heißkanalverteiler, wenigstens einer Werkzeugplatte und wenigstens einem Lagereinsatz. Die Spritzgießvorrichtung weist ferner wenigstens einen Formhohlraum auf, der wenigstens zwei Angießöffnungen aufweist und wenigstens eine erste Heißkanaldüse und wenigstens eine zweite Heißkanaldüse, welche mit dem Heißkanalverteiler verbunden und so angeordnet sind, dass jede Heißkanaldüse individuell und unabhängig Schmelze zu einer der wenigstens zwei Angießöffnungen führen kann, wobei jede Heißkanaldüse, die insbesondere eine einzelne Düsenspitze und einen Düsenschmelzekanal aufweist, durch welchen Schmelze zu und durch die Düsenspitze geführt wird, so in einem Lagereinsatz angeordnet ist, dass ihre Düsenspitze bezogen auf die entsprechende Angießöffnung positioniert ist.
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Die Spritzgießvorrichtung weist ferner wenigstens eine erste Nadelventilanordnung auf, die der ersten Heißkanaldüse zugeordnet ist und wenigstens eine zweite Nadelventilanordnung, die der zweiten Heißkanaldüse zugeordnet ist, wobei jede der Nadelventilanordnungen eine Ventilnadel aufweist, die entlang einer ersten Achse verstellbar ist, und ein Betätigungselement, das entlang einer zweiten Achse verstellbar ist, wobei die erste Achse in einem Winkel gegenüber der zweiten Achse angeordnet ist, und wobei das Betätigungselement und die Ventilnadel zusammenwirken, um die Menge der Schmelze zu steuern, die durch die Düsenspitze und durch die entsprechende Angießöffnung in einen Formhohlraum führbar ist.
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Die erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung weist zusätzlich wenigstens eine erste Betätigungseinrichtung und wenigstens eine zweite Betätigungseinrichtung auf, welche den Nadelventilanordnungen zugeordnet sind, wobei die erste Betätigungseinrichtung einen ersten Antriebsmechanismus aufweist, der mit dem Betätigungselement der ersten Heißkanaldüse verbunden ist, und die zweite Betätigungseinrichtung weist einen zweiten Antriebsmechanismus auf, der mit dem Betätigungselement der zweiten Heißkanaldüse verbunden ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der Antriebsmechanismus einen Pneumatikzylinder auf. Ein solcher Pneumatikzylinder kann eine Positionsregelfunktion zum Anpassen der Hublänge der Ventilnadel aufweisen. Bei einer anderen Entwicklung der Spritzgießmaschine weist der Antriebsmechanismus einen Elektroantrieb zum Antreiben der Ventilnadel sowie für die Positionssteuerfunktion der Ventilnadel auf.
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Damit offenbart die Erfindung eine Heißkanalspritzgießeinrichtung zum seitlichen Angießen oder Anspritzen, welche Gebrauch von einem Nadelventil macht. Die Spritzgießeinrichtung weist insbesondere eine Vielzahl von Formhohlräumen auf, wobei jeder Formhohlraum wenigstens zwei Angießöffnungen aufweist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist im Formhohlraum wenigstens ein Formkern angeordnet, der sich entlang einer Formkernachse erstreckt.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird Schmelze in jeden Formhohlraum von wenigstens zwei Heißkanaldüsen eingebracht, die mit einem Heißkanalverteiler verbunden sind. Die wenigstens zwei Heißkanaldüsen sind dabei so angeordnet, dass sie separat und unabhängig Schmelze in jeden Formhohlraum durch wenigstens zwei Angießöffnungen einspritzen können.
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Bei einigen Anwendungen, insbesondere bei solchen, die größere Spritzgussteile oder kürzere Zykluszeiten betreffen, können auch drei oder vier Angießöffnungen an einem einzelnen Formhohlraum angeordnet sein, in welchen Schmelze durch drei oder vier Ventilnadeldüsen eingebracht wird, die seitliche Angießöffnungen aufweisen.
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Eine beispielhafte Spritzgießvorrichtung weist Formhohlräume gleicher Größe, Form oder Volumen auf. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Spritzgießvorrichtung Formhohlräume mit unterschiedlichen Größen, Formen oder Volumina aufweist.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform strömt die Schmelze vom Heißkanalverteiler durch eine oder mehrere Heißkanaldüsen zu dem wenigstens einen Formhohlraum, wobei jede Düse wenigstens eine Düsenspitze aufweist, die nahe an einer Angießöffnung eines Formhohlraums angeordnet ist, der insbesondere eine Vielzahl von Angießöffnungen aufweist.
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Die Menge der Schmelze und das Öffnen und Unterbrechen der Schmelzeabgabe von der Düse in den Formhohlraum wird insbesondere durch eine verstellbare Ventilnadel gesteuert. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen der Düsen ist die Ventilnadel außerhalb eines Hauptschmelzekanals angeordnet, der innerhalb des Düsenkörpers der Düse angeordnet ist. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen ist die Ventilnadel integral gestaltet und in einer Bewegungsrichtung entlang des Hauptschmelzekanals der Düse verstellbar. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen weist die Ventilnadel jeder Düse zwei Abschnitte auf: einen ersten Ventilnadelabschnitt (Ventilnadelhauptabschnitt), der mit einem Antriebsmechanismus verbunden ist und mit einem zweiten Ventilnadelabschnitt zusammenwirkt, der nahe an der Düsenspitze und nahe zur Angießöffnung angeordnet ist.
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Eine Weiterentwicklung der Spritzgießvorrichtung weist wenigstens zwei separate Formhohlräume auf.
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Die Spritzgießvorrichtung weist wenigstens eine Steuereinrichtung auf, welche insbesondere automatisch oder manuell betrieben wird, die mit der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Betätigungseinrichtung verbunden ist und wenigstens eine Positionsregelfunktion zum Anpassen der Position der Ventilnadel der wenigstens einen ersten Heißkanaldüse unabhängig von oder simultan mit der Position der Ventilnadel der wenigstens einen zweiten Heißkanaldüse aufweist, um Schmelze in wenigstens einen Formhohlraum zu führen, insbesondere um ein geführtes Eintreten von Schmelze in wenigstens einen Formhohlraum über eine Düse zu ermöglichen und zu verhindern, während diese ein geführtes Eintreten von Schmelze in wenigstens einen anderen Formhohlraum über die andere Düse verhindert.
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Insbesondere passt die Steuereinrichtung die Position der Ventilnadel der wenigstens einen ersten Heißkanaldüse und/oder die Position der Ventilnadel der wenigstens einen zweiten Heißkanaldüse an, um Schmelze in wenigstens einen Formhohlraum durch jeweils beide der wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Heißkanaldüse zu führen.
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Bei einer anderen Ausführung passt die Steuereinrichtung die Position der Ventilnadel der wenigstens einen ersten Heißkanaldüse und/oder die Position der Ventilnadel der wenigstens einen zweiten Heißkanaldüse derart an, dass Schmelze in wenigstens einen Formhohlraum nur durch jeweils eine der wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Heißkanaldüse geführt wird.
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Bei noch einer anderen Ausführung der Spritzgießvorrichtung ist die Steuereinrichtung mit der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Betätigungseinrichtung verbunden und hat wenigstens eine Positionssteuerfunktion zum Anpassen der Position der Ventilnadel der wenigstens einen ersten Heißkanaldüse unabhängig von oder gleichzeitig mit der Position der Ventilnadel der wenigstens einen zweiten Heißkanaldüse, um das Zuführen von Schmelze in wenigstens einen Formhohlraum zu unterbrechen.
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Eine beispielhafte Ausführungsform weist eine solche Steuereinrichtung auf, die insbesondere jeden der drei oben genannten Zustände und so das Zuführen von Schmelze in wenigstens einen Formhohlraum durch wenigstens zwei oder wenigstens eine Heißkanaldüse steuert. In gleicher Weise kann auch das Zuführen von Schmelze in wenigstens einen der beispielhaften Vielzahl von Formhohlräumen unterbrochen werden.
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Gemäß diesem Aspekt ist es mittels einer Steuereinrichtung möglich, durch das Positionieren der Ventilnadel in der Heißkanaldüse, die ein Nadelventil aufweist, das Zuführen von Schmelze in einen individuellen Formhohlraum durch wenigstens zwei seitliche Angießöffnungen und durch insbesondere zwei Nadelventildüsen mit seitlicher Anspritzung zu reduzieren und/oder anzupassen oder zu regulieren oder auch zu unterbrechen, durch unterschiedliches Betätigen einer ersten Heißkanaldüse mit Nadelventil und der damit verbundenen ersten Ventilnadel gegenüber der ersten Angießöffnung, anders als einer zweiten Heißkanaldüse mit Nadelventil und der damit verbundenen zweiten Ventilnadel so, dass die Positionen der ersten Ventilnadel und der zweiten Ventilnadel für unterschiedliche Füllprozesse für den gleichen Formhohlraum ausgewählt werden können oder für verschiedene Füllprozesse zum Füllen des gleichen Formhohlraums oder zum Füllen einer Vielzahl von Formhohlräumen mittels wenigstens zwei Heißkanaldüsen für jeden Formhohlraum.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei welcher wenigstens ein Formkern, der sich entlang einer Formkernachse erstreckt, im Formhohlraum angeordnet ist, und bei welcher zwei Angießöffnungen beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten des Formkerns angeordnet sind, können unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten der eingespritzten Schmelze zu einer Formkernverlagerung führen. Durch die Steuereinrichtung ist das Öffnen der Ventilöffnungen und damit die Fließgeschwindigkeit der Schmelze aus den Düsen so einstellbar, dass Formkernverlagerungen oder andere Effekte, die durch die Fließgeschwindigkeit der Schmelze durch eine Einspritzdüse verursacht werden, angepasst werden können.
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Dabei ist es möglich, wenigstens eine der wenigstens zwei Heißkanaldüsen außer Betrieb zu nehmen, wenn wenigstens zwei Heißkanaldüsen zum Füllen eines Formhohlraums verwendet werden. Dabei wird die Angießöffnung blockiert und der Formhohlraum wird durch seitliches Anspritzen durch die verbleibende wenigstens eine andere Heißkanaldüse gefüllt. Dies kann erforderlich sein, sollte eine einer Vielzahl von Heißkanaldüsen beschädigt sein und sich die Qualität des hergestellten Spritzgussteils dadurch verschlechtern. In gleicher Weise kann es erforderlich sein, alle Heißkanaldüsen zu blockieren, die beim Füllen eines Formhohlraums in einem Gießformwerkzeug eingebunden sind, das eine Vielzahl von Formhohlräumen aufweist, und den Spritzgießprozess unter Verwendung nur der anderen Formhohlräume fortzusetzen.
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Falls die Zahl der Heißkanaldüsen, die zum Füllen eines Formhohlraums verwendet werden, reduziert ist, ist eine längere Einspritzdauer erforderlich, um den Formhohlraum mittels der verbleibenden Heißkanaldüsen zu füllen. Bei Formwerkzeugen, welche eine Vielzahl von Formhohlräumen aufweisen und wenigstens ein Formhohlraum von den wenigeren verbleibenden Heißkanaldüsen gefüllt werden muss, nachdem eine Heißkanaldüse blockiert worden ist, endet die Formfüllung der Formhohlräume, die von zwei oder mehr Heißkanaldüsen gefüllt werden eher, als die Füllung der Formhohlräume, die von einer geringeren Zahl von Heißkanaldüsen gefüllt werden. Dies kann jedoch abhängig vom Anteil der Formkavitäten, die mit einer geringeren Zahl von Heißkanaldüsen gefüllt werden müssen, zu einer größeren Ausbringung führen, als ein völliges Stoppen der Füllung dieser Formhohlräume.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Spritzgießvorrichtung, kann die Positionsanpassung der Steuereinrichtung voreingestellt sein, insbesondere durch Programmierung. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die Positionsanpassung der Steuereinrichtung basierend auf Parameterwerten, die dieser Steuereinrichtung zugeführt werden, automatisch berechnet und angepasst. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Steuereinrichtung kann deren Positionsanpassung manuell voreingestellt und/oder manuell anpassbar sein, insbesondere während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Spritzgießvorrichtung haben die wenigstens zwei Formhohlräume das gleiche oder unterschiedliche Volumina und können dabei die gleiche oder unterschiedliche Formen aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Spritzgießen mit einer Spritzgießvorrichtung der oben dargestellten Bauart, wobei mittels einer Positionsregelfunktion die Position der Ventilnadel der wenigstens einen ersten Heißkanaldüse unabhängig von oder gleichzeitig mit der Position der Ventilnadel der wenigstens einen zweiten Heißkanaldüse so angepasst wird, dass alle der wenigstens zwei Ventilnadeln die jeweiligen Angießöffnungen eines Formhohlraums öffnen und schließen. In diesem Betriebszustand werden insbesondere alle Formhohlräume innerhalb eines Spritzgießzyklus gefüllt, wobei durch eine Anpassung der Bewegung von einer oder mehreren individuellen Ventilnadeln die Füllung einzelner Formhohlräume verbessert werden kann.
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Gleichzeitig oder zeitweise wird bei dem Verfahren zum Spritzgießen wenigstens eine Angießöffnung eines Formhohlraums durch die jeweilige Ventilnadel blockiert und die wenigstens eine andere Ventilnadel öffnet und schließt die wenigstens eine andere Angießöffnung weiterhin. Dies kann erforderlich sein, sollte eine einer Vielzahl von Heißkanaldüsen beschädigt sein und sich die Qualität des hergestellten Spritzgussteils dadurch verschlechtern. Falls die Zahl der Heißkanaldüsen, die zum Füllen des Formhohlraums verwendet werden verringert ist, ist eine längere Einspritzdauer erforderlich, um den Formhohlraum mit den verbleibenden Heißkanaldüsen zu füllen. Bei Formwerkzeugen, welche eine Vielzahl von Formhohlräumen aufweisen und wenigstens ein Formhohlraum von den wenigeren verbleibenden Heißkanaldüsen gefüllt werden muss, nachdem eine Heißkanaldüse blockiert worden ist, endet die Formfüllung der Formhohlräume, die von zwei oder mehr Heißkanaldüsen gefüllt werden eher, als die Füllung der Formhohlräume, die von einer geringeren Zahl von Heißkanaldüsen gefüllt werden. Dies kann jedoch abhängig vom Anteil der Formkavitäten, die mit einer geringeren Zahl von Heißkanaldüsen gefüllt werden müssen, zu einer größeren Ausbringung führen, als ein völliges Stoppen der Füllung dieser Formhohlräume.
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In gleicher Weise werden bei dem Verfahren zum Spritzgießen gleichzeitig oder zeitweise alle Angießöffnungen eines Formhohlraus durch die jeweiligen Ventilnadeln blockiert. So werden eine oder mehrere Formhohlräume im Produktionsprozess nicht weiter verwendet und der Spritzgießprozess geht unter Verwendung nur der anderen Formhohlräume weiter. Abhängig von der Zahl der Formhohlräume, die im Gießprozess weiter verwendet werden und von der Zahl von Formhohlräumen, die blockiert sind, kann es vorteilhafter sein, die Fertigung mit weniger Formhohlräumen fortzusetzen als die Fertigung zur Reparatur des Einspritzsystems zu unterbrechen.
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Bei einer Weiterentwicklung des Verfahrens zum Spritzgießen stellt die Steuereinrichtung den Betätigungseinrichtungen während jedem Spritzgießzyklus Signale zur Verfügung, um entweder
- a) alle Angießöffnungen eines Formhohlraums gleichzeitig zu öffnen und zu schließen, oder
- b) die Angießöffnungen eines Formhohlraums zu unterschiedlichen Zeiten zu öffnen und zu schließen, oder
- c) wenigstens zwei Ventilnadeln in der geschlossenen Position für den gleichen Formhohlraum zu halten, um den Schmelzefluss in einen Formhohlraum zu verhindern, während die Schmelze in die anderen Formhohlräume fließt. Auf diese Weise dient die Steuereinrichtung zum Steuern der individuellen Betätigungseinrichtungen und so der individuellen Venilnadeln einer Düse.
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Zum Beispiel basieren die Signale, welche die Steuereinrichtung zur Verfügung stellt, auf den Gießprozessdaten. Geeignete Prozessdaten werden von Sensoren in der Spritzgießvorrichtung erfasst und der Steuereinrichtung zugeführt. Verwendbare Sensoren sind Thermoelemente, die insbesondere nahe an oder im Schmelzekanal des Heißkanalsystems (Verteiler und Düse) oder des Formhohlraums angeordnet sind, Drucksensoren, die im Formhohlraum angeordnet sind, und weitere Sensoren, welche den Betrieb des Spritzgießsystems überwachen. Die Sensoren können an verschiedenen Stellen im Spritzgießsystem angeordnet sein und damit unterschiedliche Informationen zu den Betriebsbedingungen zur Verfügung stellen. Geeignete Prozessdaten werden auch von der Steuereinrichtung selbst erfasst, zum Beispiel durch Rückmeldungen von den Vorrichtungseinheiten wie beispielsweise dem Druck der einzuspritzenden Schmelze oder die erforderliche Zeit für die Ventilnadelbetätigung oder die Dauer eines Spritzgießzyklus.
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In gleicher Weise können die von der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellten Signale auf der Qualität von jedem Gussteil basieren, das zu jedem Formhohlraum und zu jeder Angießöffnung zurückverfolgt wird. Die Qualität des Gussteils, insbesondere Bindenähte oder die Vollständigkeit des Teils ist ein Indikator für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Spritzssystems.
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Ebenso in gleicher Weise können die von der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellten Signale auf einem Befehl einer Bedienperson basieren, welcher in eine Steuerung der Spritzgießvorrichtung eingegeben und der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt wurde. Zum Beispiel kann eine Bedienperson, die einen Bedarf zum Blockieren einer oder mehrerer Ventilnadeln erkennt, diesen Bedarf in eine entsprechende Steuerung der Spritzgießvorrichtung eingeben und den Schmelzefluss durch eine oder mehrere einzelne Düsen und/oder den Schmelzefluss in eine oder mehrere Formhohlräume verhindern, während andere Formhohlräume im Einsatz sind.
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Da es eine individuelle Steuerung jeder Ventilnadel gibt – beispielsweise gibt es nur eine Ventilnadel, die in einer Düse betätigt werden muss – kann der Füllprozess eines Formhohlraums mit wenigstens zwei Angießöffnungen individuell gesteuert werden. Dabei ist es möglich, den Füllprozess für Teile mit komplexer Gestaltung anzupassen.
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In Verbindung mit den Figuren stellt die folgende Beschreibung weitere Vorteile, Merkmale und mögliche Anwendungen der vorliegenden Erfindung dar.
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Gezeigt sind in:
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1: eine Schnittdarstellung einer Einzelheit einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich des Spritzgießformwerkzeugs;
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2: eine vergrößerte Einzelheit der Darstellung aus 1;
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3: eine weitere vergrößerte Einzelheit der Darstellung aus 1 oder 2;
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4: eine andere vergrößerte Einzelheit der Darstellung aus 1;
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5: eine andere vergrößerte Einzelheit der Darstellung aus 1 im Bereich der Betätigungseinrichtung;
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6: eine Schnittdarstellung einer größeren Einzelheit einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich der Einspritzeinrichtung;
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7: eine vergrößerte Einzelheit einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich der Einspritzeinrichtung, ähnlich zu 4; und
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8: eine Schnittansicht einer Einzelheit einer weiteren beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich des Spritzgießformwerkzeugs.
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1 zeigt ein Detail einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich des Spritzgießens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Die Betätigungseinrichtung 40, welche bei der beispielhaften Ausführungsform einen ersten Pneumatikzylinder 41 und einen zweiten Pneumatikzylinder 42 aufweist, ist im oberen Bereich der Figur gezeigt. Die Spritzgießvorrichtung weist einen Heißkanalverteiler 30 und eine Verteilerplatte 31 auf.
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Eine erste Heißkanaldüse 21 und eine zweite Heißkanaldüse 22 sind im Bereich der Verteilerplatte 31 sowie in einem Lagereinsatz 32 angeordnet. Die erste Heißkanaldüse 21 und die zweite Heißkanaldüse 22 weisen jeweils eine erste Heizeinrichtung 23 und eine zweite Heizeinrichtung 24 sowie einen ersten Düsenkopf 25 und einen zweiten Düsenkopf 26 auf. Die Heißkanaldüsen 21 und 22 sind Heißkanaldüsen mit Nadelventilen und seitlicher Anspritzung (Heißkanaldüsen zum seitlichen Angießen). Die Darstellung zeigt auch den Formkern 36, der im Formhohlraum 35 angeordnet ist.
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2 zeigt eine vergrößerte Einzelheit aus der Darstellung aus 1 einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich des Spritzgießwerkzeugs. Die Einzelheit zeigt ungefähr den Bereich, der in 1 eingekreist ist. 2 zeigt den Formkern 36, dessen Endbereich, der in der Figur oben gezeigt ist, und dessen Formkernkopf 36a, die im düsenseitigen Formeinsatz 37 montiert sind. Beim Öffnen des Gießwerkzeugs bleiben der Formkern 36 sowie der düsenseitige Formeinsatz 37 an der Verteilerplatte 31. Der Kühlkanal 38 ist innerhalb des Formkerns 36 angeordnet, mittels welchem ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, durch das Innere des Formkerns 36 zirkuliert.
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Die Düsenköpfe 25 und 26 der Heißkanaldüsen 21 und 22 sind im düsenseitigen Formeinsatz 37 angeordnet. Für die axiale Positionierung sind jeweils eine erste Lagerplatte 25a und eine zweite Lagerplatte 26a am Ende des Düsenkopfs gegenüber der Düsenspitze angeordnet und stützen den Düsenkopf axial gegenüber dem Lagereinsatz 32.
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3 zeigt eine weitere vergrößerte Einzelheit der Darstellung einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich eines Spritzgießwerkzeugs aus 1 oder 2. Die Einzelheit zeigt ungefähr den Bereich, der in 2 eingekreist ist. Die Darstellung zeigt die erste Düsenspitze 61 und die zweite Düsenspitze 62, an welchen eine erste Schlüsselfläche 61a und eine zweite Schlüsselfläche 62a angeordnet ist. Die Schlüsselflächen ermöglichen den Düsenspitzen 61, 62, an den jeweiligen Heißkanaldüsen 21, 22 montierbar zu sein.
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Die erste Ventilnadel 63 und die zweite Ventilnadel 64 sind verstellbar innerhalb der ersten Düsenspitze 61 und der zweiten Düsenspitze 62 angeordnet. 3 zeigt die Ventilnadeln 63, 64 in einer geschlossenenen Position der Heißkanaldüsen zum seitlichen Anspritzen 21, 22. Die erste Angießöffnung 65 und die zweite Angießöffnung 66 sind jeweils vor der entsprechenden Ventilnadel 63, 64 dargestellt.
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Ein erster Isolierring 28 ist am ersten Düsenkopf 25 angeordnet, welcher einerseits die geheizte Heißkanaldüse 12 gegenüber dem gekühlten Formeinsatz 37 thermisch isoliert. Der Isolierring 28 weist darüber hinaus eine Dichtfunktion gegenüber dem Formeinsatz 37 in einer Weise auf, dass die Schmelze während des Einspritzvorgangs nicht entlang des Düsenkopfs in den Formeinsatz 37 eindringen kann. Der Isolierring 28 dient auch zur radialen Positionierung der Düsenspitze 61 im Formeinsatz 37 und im Ergebnis, zur Positionierung gegenüber der Angießöffnung 66. Ein zweiter Isolierring 29 mit den gleichen Eigenschaften wie der erste Isolierring 28 ist auf dem zweiten Düsenkopf 26 angeordnet.
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4 zeigt ebenso eine vergrößerte Einzelheit der Darstellung aus 1, wobei insbesondere der erste Düsenkopf 25 und der zweite Düsenkopf 26 der ersten und zweiten Heißkanaldüse zum seitlichen Angießen 21, 21, die jeweils im Schnitt dargestellt sind. Die folgende Beschreibung betrifft die Schnittdarstellung der ersten Heißkanaldüse 21, welche spiegelbildlich zur Darstellung der zweiten Heißkanaldüse 22 ist.
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Die Ventilnadel 63 ist entlang einer ersten Achse 63a verstellbar innerhalb der Heißkanaldüse 21 angeordnet. Ein Betätigungselement 67 ist ebenso entlang einer zweiten Achse 67a verstellbar angeordnet, die senkrecht zur ersten Achse 63a angeordnet ist, so dass eine Bewegung des Betätigungselements 67 entlang der zweiten Achse 67a eine Bewegung der Ventilnadel 63 entlang der ersten Achse 63a hervorruft. Die Anordnung der Ventilnadel 63 und des Betätigungselements 67 wird als Nadelventilanordnung 71 bezeichnet. Ein Verbindungselement 69, welches Teil des Betätigungselements 67 ist, stellt den Bewegungsmechanismus für die Nadelventilanordnung 71 zur Verfügung. Ein Schmelzekanal 27, durch den Schmelze vom Heißkanalverteiler 30 zu der ersten Düsenspitze 62 führbar ist, ist innerhalb des Düsenkopfs 25 angeordnet.
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5 zeigt eine andere vergrößerte Einzelheit der Darstellung aus 1 im Bereich der Betätigungseinrichtung 40. Bei der beispielhaften Ausführungsform weist diese einen ersten Pneumatikzylinder 41 und einen zweiten Pneumatikzylinder 42 auf. Der erste Pneumatikzylinder 41 weist einen ersten Betätigungskolben 43 auf und der zweite Pneumatikzylinder 42 weist einen zweiten Betätigungskolben 44 auf, wobei jeder entsprechend mit dem ersten Betätigungselement 67 bzw. dem zweiten Betätigungselement 68 verbunden ist, und dazu dient, die Heißkanaldüsen mit seitlicher Anspritzung 21, 22 zu betätigen.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung einer größeren Einzelheit einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich der Einspritzeinrichtung. Diese Darstellung zeigt zwei Formhohlräume 35, in welche Schmelze jeweils von zwei Heißkanaldüsen mit seitlicher Anspritzung 21, 22 eingespritzt werden kann. 6 zeigt weiterhin eine Steuereinrichtung 80, die mit den Betätigungseinrichtungen 41, 42 der Nadelventilanordnungen 71, 72 verbunden ist, insbesondere um die Bewegung der Ventilnadeln 63, 64 zu steuern. Die Figuren zeigen eine Ausführungsform einer Heißkanaldüse 21, 22, die zum seitlichen Anspritzen mit seitlichen Angießöffnungen entwickelt wurde. In diesem Fall bewegen sich die Ventilnadeln 63, 64 nicht in der Öffnungs-/Schließrichtung des Formwerkzeugs sondern vielmehr in einem rechten Winkel hierzu. Der Düsenkörper mit der Pneumatik ist in Richtung zum Formwerkzeug angeordnet. Ein pneumatisch verstelltes Betätigungselement betätigt simultan die Ventilnadeln 63, 64, die senkrecht hierzu angeordnet sind.
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Werkstoffe mit hoher Viskosität erfordern einen hohen Druck im Spritzgießprozess. Die beispielhafte Ausführungsform weist vergrößerte Strömungsquerschnitte auf und unterstützt auf diese Weise eine größtmöglichst spannungsfreie Verarbeitung von Kunststoff. Die Heißkanaldüsen 21, 22 haben weiterhin einen größeren Ventilnadel-Öffnungshub, um den Strömungsquerschnitt in der Heißkanaldüse zu vergrößern und dabei einen Druckverlust zu reduzieren und auf diese Weise die Herstellung von Teilen mit größerem Gewicht und/oder Volumen zu ermöglichen.
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Um beim Verarbeiten von Kunststoffen enge Temperaturfenster zu erreichen, ist die Heißkanaldüse zum seitlichen Angießen 21, 22 in eine Vielzahl von Strukturteilen aufgeteilt, welche mit unterschiedlich isolierenden/leitenden Werkstoffen konfiguriert sind. In Verbindung mit zusätzlichen aktiven Heiz- und Steuerzonen sowohl für jede Düsenspitze 61, 62 als auch optional für den Düsenflansch, wird ein optimales Temperaturprofil über den gesamten Strömungsweg der Schmelze erreicht.
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Um Bindenaht-Probleme bei beispielsweise größeren Spritzenkörpern zu vermeiden, sind bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform zwei Formhohlraum 35 -Angießöffnungen 65, 66 an den jeweiligen langen Seiten des Gussteils vorgesehen. Hierbei wird ein zweifacher Heißkanal mit zwei 1-Punkt-Düsen verwendet. Auf diese Weise werden dabei die Fließwege der Schmelze verkürzt und die Füllung des Formhohlraums 35 bei der Herstellung längerer rohrförmiger Körper verbessert.
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Einspritzen an den Längsseiten heißt, dass die beispielhaften Spritzenkörper in einem 90°-Winkel bezogen auf die Ventilnadeln 63, 64 entnommen werden. Während des Abdichtvorgangs wird die Nadel einfach um einige Hundertstel eines Millimeters in das Gussteil eingerückt. Damit die Ventilnadel die Oberfläche des Düsenkörpers bei der Entnahme nicht ankratzt, erfährt die Nadel vor dem Öffnen des Gießwerkzeugs einen definierten kurzen Rückhub. Die Schließnadel ist damit immer in der Angießöffnung angeordnet, um so eine unkontrollierte Leckage der Schmelze zu verhindern. Aufgrund der Rückhubbewegung steht die Ventilnadel, die durch Reibung während des Einspritzvorgangs erwärmt wird, nicht mehr im Kontakt mit dem Gussteil. Dadurch wird eine verbesserte Kühlung des Anschnitts am Gussteil erreicht und auf diese Weise eine einwandfreie Oberfläche, selbst wenn in diesem Bereich aufgrund begrenzter Raumverhältnisse keine aktive Kühlung eingesetzt werden kann.
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Das Gießwerkzeug, das in den Figuren gezeigt ist, weist eine modulare Form mit zwei Formhohlräumen auf und ein vierfaches Heißkanalsystem mit vier 1-Punkt-Düsen. Austauschbare Formeinsätze ermöglichen die Herstellung von Gussteilen unterschiedlicher Größe. Größere Spritzenkörper können mit jeweils zwei Angießöffnungen spritzgegossen werden, kleinere Körper mit nur einer.
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7 zeigt eine vergrößerte Einzelheit einer beispielhaften Spritzgießvorrichtung im Bereich der Einspritzeinrichtung, ähnlich zur 4, wobei insbesondere ein erster Düsenkopf 25 der ersten und zum seitlichen Angießen ausgebildeten Heißkanaldüse 21 im Schnitt gezeigt ist. Die Funktion der Einspritzeinrichtung aus 7 entspricht der Funktion der Einspritzeinrichtung aus 4, welche oben beschrieben ist.
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Die Temperatursensoren 48a, 48b sind in der Einspritzeinrichtung aus 7 montiert. Ein Temperatursensor 48a ist nahe an der Angießöffnung 65 angeordnet und ein weiterer Temperatursensor 48b ist nahe an der Düsenspritze 62 angeordnet. Die Signale von einer oder beiden der Temperatursensoren 48a, 48b werden beispielsweise der Steuereinrichtung 80 zur Verfügung gestellt, oder, sofern anwendbar, werden von einer weiteren Steuerung verarbeitet, und die Ausgabesignale werden der Steuereinrichtung 80 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt und, sofern anwendbar, zum Zuführen von Signalen an die jeweilige Betätigungseinrichtung, um die Ventilnadel 63 der Heißkanaldüse 21 zu betätigen oder zu blockieren.
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8 zeigt eine Schnittansicht einer Einzelheit einer weiteren beispielhaften Spritzgießmaschine im Bereich des Einspritzwerkzeugs. In 8 ist nur eine Düse 21 an der gegenüberliegenden Seite des Formhohlraums gezeigt, eine Sensoreinrichtung 49 ist gezeigt, welche am Formhohlraum angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung 49 erfasst beides, Temperatur und Druck innerhalb des Formhohlraums. Abhängig vom Typ der Sensoreinrichtung 49 ist es auch möglich, die Sensoreinrichtung nahe an oder in der Formkavität anzuordnen. In gleicher Weise – abhängig von den zu erfassenden Parametern – ist es auch möglich, einen einzelnen Sensor für die Temperatur und für den Druck zu verwenden oder weitere Parameter mittels weiterer einzelner oder integrierter Sensoreinrichtungen 49 zu erfassen. Auch die Signale der Sensoreinrichtung 49 werden beispielsweise der Steuereinrichtung 80 zur Verfügung gestellt, oder, sofern anwendbar, werden von einer weiteren Steuerung verarbeitet und das Ausgabesignal wird der Steuereinrichtung 80 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt und, sofern anwendbar, zum Zuführen von Signalen an die jeweilige Betätigungseinrichtung, um die Ventilnadel 63 der Heißkanaldüse 21 zu betätigen oder zu blockieren.