DE3116313A1

DE3116313A1 - Heisskanal-spritzgiessvorrichtung mit feststehender nadel

Info

Publication number: DE3116313A1
Application number: DE19813116313
Authority: DE
Inventors: Jobst Ulrich Glen Williams Ontario Gellert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-08
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1982-04-01
Also published as: CA1153523A

Description

Heißkanal-Spritzgießvorrichtung mit feststehender Nadel
Die Erfindung betrifft eine Heißkanal-Spritzgießvorrichtung für eine Spritzgußmaschine mit einer Formplatte mit Formhohlräumen und zu diesen führenden Einspritzöffnungen, mit einem Heißkanal, der durch ein beheizbares Einspritzteil verläuft und durch den eine unter Druck stehende Schmelze des Spritzguts aus der Spritzgußmaschine der Einspritzöffnung zuführbar ist. Sie betrifft auch eine Heißkanal-Spritzgießvorrichtung für eine Spritzgußmaschine mit einer Formplatte mit Formhohlräumen und zu diesen führenden Einspritzöffnungen, mit einem Heißkanal, der durch ein beheizbares Einspritzteil verläuft und durch den eine unter Druck stehende Schmelze des Spritzguts aus der Spritzgußmaschine der Einspritzöffnung zuführbar ist, mit einer Einspritzdüse an dem Einspritzteil, die durch einen Luftraum von der umgebenden Formplatte getrennt ist, mit einer an der Einspritzdüse #angeordneten und von dieser im wesentlichen gegen die Formplatte vorstehenden Düsendichtung, deren vom Heißkanal im Einspritzteil zur Einspritzöffnung in der Formplatte führende Innenbohrung durch eine trichterförmige Innenwandung begrenzt ist, deren engeres Ende zur Einspritzöffnung ausgerichtet ist.
In der Vergangenheit hat die unzureichende Arbeitsweise von Spritzgußvorrichtungen mit angußgesteuerten Einspritzöffnungen dazu geführt, daß diese, besonders bei schwer schmelzbaren Materialien und dessen Anwendungen, in beträchtlichem Umfang durch Anlagen mit von einer Ventilnadel gesteuerten Verschlußdüsen ersetzt wurden. Ein Hauptproblem bei der Verwendung von angußgesteuerten Einspritzöffnungen besteht in der unzulässigen Streifenbildung in der Schmelze bedingt durch die Art der Wärmeübertragung im Bereich der Einspritzöffnung. Normalerweise wird dabei ein beachtlicher Teil der Wärme durch die Schmelze selbst geliefert, die in den Bereich einströmt. Das Problem ist dabei jedoch, daß wegen der abwechselnden Gieß- und Auswurfvorgänge dieses Einströmen nur intermittierend erfolgt. Es muß daher genügend Wärme zugeführt werden, um die Schmelze im Bereich der Einspritzöffnung in geschmolzenem Zustand zu halten, während die Schmelze andererseits während des Auswurfvorgangs in der Einspritzöffnung erstarren können soll.
Es ist bekannt, eine feststehende, mittig angeordnete Nadel zur Aufnahme eines Heizelementes zu verwenden. Die Nadel verläuft konzentrisch in dem zur Einspritzöffnung führenden Heißkanal und wird von der Schmelze umströmt. Der Nachteil dabei ist, daß sich der Heißkanal über einen beträchtlichen Teil seiner Länge verengt, so daß bei den meisten Materialien ein unzulässig hoher Druckabfall entsteht. Darüberhinaus bildet sich in jedem verengten Teil des Heißkanals ein sehr großer Temperaturgradient von der beheizten mittigen Nadel zu lerl kälteren Außenbereichen aus. Dadurch werden übermäßig hohe Temperaturen für die mittige Nadel erforderlich, was zu einer Zersetzung des Materials führen kann.
Diese Probleme werden, wie bereits erwähnt, durch den weit verbreiteten Einsatz von durch eine Ventilnadel gesteuerten Einspritzöffnungen vermieden, jedoch haben diese den Nachteil, sehr viel teurer zu sein.
Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Heißkanal-Spritzgießvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ohne großen Druckabfall im Heißkanal besonders im Bereich der Einspritzöffnung eine gleichförmigere Temperaturverteilung erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine feststehende, längliche Nadel aus wärmeleitendem Material mit einem verjüngten Ende in dem Einspritzteil unter einem spitzen Winkel in Richtung auf die Einspritzöffnung in den Heißkanal vorsteht und das verjüngte Ende der Nadel unmittelbar stromauf von der Einspritzöffnung in der Schmelze zen--triert ist, wobei die unter Druck stehende Schmelze das verjüngte Ende umströmt und durch die Einspritzöffnung in den Formhohlraum gelangt und der Schmelze durch die feststehende Nadel im Bereich der Einspritzöffnung von dem Einspritzteil her Wärme zuführbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei einer Heißkanal-Spritzgießvorrichtung mit einer Eins;ritzdüse und einer Düsendichtung wird diese Aufgabe nach der F.rfindung dadurch gelöst, daß eine feststehende Nadel aus wärmeleitendem Material mit einem verjüngten Ende in dem Einspritzteil unter einem spitzen Winkel in Richtung auf die Einspritzöffnung in den Heißkanal vorsteht und das verjüngte Ende in die Düsendichtung bis unmittelbar stromauf von der Einspritzöffnung verläuft, daß die Mittelachsen der feststehenden Nadel, der Düsendichtung und. der Einspritzöffnung zueinander ausgerichtet sind, wobei die unter Druck stehende Schmelze das verjüngte Ende umströmt und durch die Einspritzöffnung in den Formhohlraum gelangt und der Schmelze durch die feststehende Nadel im Bereich der Einspritzöffnung von dem Einspritzteil her Wärme zuführbar ist, und daß das verjüngte Ende der feststehenden Nadel in Anpassung an die Innenwandung der Düsendichtung kegelstumpfförmig ausgebildet ist, mit dieser einen Ringraum bestimmt, durch den die Schmelze fließt, und in axialer Richtung so einstellbar ist, daß das Verhältnis der Durchtrittsquerschnitte der Einspritzöffnung und des Ringraums im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 2 beträgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist. in den Abbildungen dargestellt und wird nachfolgend an Hand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt-durch eine Heißkanal-Spritzgießvorrichtung nach der Erfindung; und Figur 2 eine vergrößerte Schnittan#sicht durch einen Teil der Heißkanal-Spritzgießvorrichtung nach Figur 1.
Figur 1 zeigt zunächst einen Teil einer Mehrfach-Hohlraum-Spritzgießvorrichtung mit einem der Hohlräume 10, in den unter Druck gesetzte Schmelze von der (nicht gezeigten) Spritzgußmaschine her durch den Heißkanal 12 eingeleitet wird. Zum Hohlraum-10 führt eine Einspritzöffnung 14 in der Formplatte 16, und der Heißkanal 12 verläuft durch einen Heißkanalblock 18 und einen beheizbaren Einspritzteil 20. Man erkennt, daß sich der von der Spritzgußmaschine her Schmelze führende Heißkanal 12 in dem Heißkanalblock 18 verzweigt und zu anderen (nicht gezeigten) Formhohlräumen erstreckt, so daß mehrere Artikel gleichzeitig gespritzt werden können.
Der gegossene Einspritzteil 20 wird durch ein umgossenes elektrisches Heizelement 22 aufgeheizt. Er ist durch eine Isolierbuchse 24 in der Formplatte 16 gehaltert und besitzt eine Einspritzdüse 26, die zur Minderung des Wärmeverlustes vom Einspritzteil 20 durch einen Luftspalt 28 von der gekühlsten Formplatte 16 getrennt ist. Normalerweise besteht der Einspritzblock 20 aus einer Beryllium-Kupferlegierung hoher Wärmeleitfähigkeit, so daß insgesamt eine gleichmäßigere Wärmeverteilung entsteht. Der Heißkanal 12 verläuft durch eine Dichtbuchse 30, die im Einspritzteil 20 sitzt, wodurch Beckprobleme an der Stoßstelle zwischen dem Heißkanalblock 18 und dem Einspritzteil verringert werden.
Wie Figur 2 am besten zeigt, ist in der Einspritzdüse 26 des Binspritzteils 20 eine Düsendichtung 32 mit einer eine trichterförmige Innenwandung 36 bildenden Innenbohrung 34 angeordnet, die durch den Luftspalt 28 verläuft und um die Einspritzöffnung 14 herum auf die Formplatte 16 stößt. Zur zusätzlichen Wärmezufuhr zu der Schmelze im Bereich der Einspritzöffnung 14 ist die Düsendichtung 32 normalerweise aus Titan, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt und so eine übermäßige Wärmeübertragung auf die Formplatte 16 vermeidet. Die Düsendichtung 32 dient auch zur Verhinderung des Austritts der unter Druck stehenden Schmelze in den Luftspalt 28.
Die Mittelachse der Düsendichtung 32 ist zur Mittelachse der Einspritzöffnung 14 ausgerichtet, und die Innenbohrung 34 der Düsendichtung 32 erstreckt sich ohne scharfe Ecken oder tote Räume von dem Heißkanal 12 zur Einspritzöffnung 14.
Eine stromauf von der Einspritzöffnung 14 in den Heißkanal 12 ragende feststehende Nadel 40 ist im Einspritzteil 20 gehaltert und weist ein geschoßförmiges Ende 42 auf, das in die Düsendichtung 32 ragt. Der Heißkanal 12 führt in einem Winkel durch den Einspritzteil 20, damit die feststehende Nadel 40 zentral und auch mit ihrer Längsachse mit der Mittelachse der Düsendichtung 32 und der Einspritzöffnung 14 fluchtend angeordnet werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel etwa 150, er kann jedoch in Abhängigkeit von der Ausbildung des Einspritzteils 20 verändert werden. In dieser Stellung fließt die unter Druck gesetzte Schmelze um das verjüngte Ende 42 der feststehenden Nadel 40 herum durch die Einspritzöffnung 14 und in den Hohlraum 10, wobei das verjüngte Ende 42 nur sehr wenig seitlich aus seiner Mittellage ausgelenkt wird. Obwohl sich die Nadel 40 während ihres Betriebs nicht bewegt, ist sie so gehaltert, daß sie zur Veränderung der Lage des verjüngten Endes 42 in der Düsendichtung 32 in Abhängigkeit von der Art und Anwendung des Spritzgutes axial verstellbar ist. Die axiale Einstellung geschieht durch Lösen der Feststellschraube 43, Hinzufügen oder Wegnehmen von Unterlegscheiben 44 unter dem Schulterteil 45 und nachfolgendes Anziehen der Feststellschraube. Die feststehende Nadel 40 hat hohe Wärmeleitfähigkeit und besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Gußstahl; sie kann jedoch zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit auch aus einer Beryllium-Kupferlegierung oder wenigstens zum Teil aus einem Hohlrohr zum Wärmetransport (DE-OS 28 16 014) besteht.
Obwohl sie normalerweise massiv ist, kann sie zur Aufnahme eines nach unten bis in die Nähe des verjüngten Endes 42 ragenden Thermoelements einen engen Mittelkanal aufweisen.
Die Außenfläche 46 des verjüngten Endes 42 der feststehenden Nadel 40 hat die Form eines abgestumpften Kegels, sie kann aber bei anderen Ausführungsbeispielen auch abgerundet oder sogar spitz ausgebildet sein. Der kleinste Durchtrittsquerschnitt für die zwischen der Innenwandung 36 der Düsendichtung 32 und der Außenfläche 46 des verjüngten Endes 42 hindurchfließenden Schmelze ist durch eine Ringfläche bestimmt. Is hat sich herausgestellt, daß die erwünschte Fließcharakteristik dann gegeben ist, wenn die Nadel 40 so dimensioniert und axial so nahe an der Einspritzöffnung 14 angeordnet ist, daß das Verhältnis der Durchtrittsflächen an der Einspritzöffnung und an dem Ringraum auf 2 : 1 bis 1 : 2 eingestellt wird.
Im Betrieb der Vorrichtung beginnt der Spritzgießvorgang, wenn nach dem Zusammenbau in der vorstehend beschriebenen Anordnung der Heißkanalblock 18 und das Einspritzteil 20 erwärmt und die Formplatte 16 (durch nicht gezeigte Mittel) gekühlt werden und die unter Druck gesetzte Schmelze von der Spritzgußmaschine her durch den Heißkanal 12 um den in den Heißkanal 12 ragenden Teil der feststehenden Nadel 40 herum und an deren verjüngtem Ende 42 vorbei durch die Einspritzöffnung 14 in den Hohlraum 10 fließt. Nach Füllung des Hohlraums 10 wird der Druck entspannt, die Schmelze erstarrt in der Einspritzöffnung 14 und die Form wird zum Ausstoßen des gegossenen Produktes geöffnet. Dann wird die Form wieder geschlossen und Druck angelegt, um den Anguß aus der Einspritzöffnung 14 in den Hohlraum 10 zu drücken, und der Vorgang wiederholt. Entlang der feststehenden Nadel 40 strömt zusätzlich Wärme vom Einspritzteil 20 zu deren verJüngtem-Ende 42, wodurch die Schmelze im Bereich der Einspritzöffnung 14 auf einer gleichförmigeren Temperatur gehalten wird. Dadurch wird verhindert, daß während des Ausstoßes und der Bildung des Xngusses in der Einspritzöffnung 14 zu viel Schmelze erstarrt, und die Streifenbildung in der Schmelze eingeschränkt.
Die vorstehend beschriebene Heißkanal-Spritzgießvorrichtung mit feststehender Nadel kann auch ohne die Düsendichtung 32 betrieben werden, wenn es auf deren Vorteile nicht ankommt.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Heißkanal-Spritzgießvorrichtung für eine Spritzgußmaschine mit einer Formplatte mit Formhohlräumen und zu diesen führenden Einspritzöffnungen, mit einem Heißkanal, der durch ein beheizbares Einspritzteil verläuft und durch den eine unter Druck stehende Schmelze des Spritzguts aus der Spritzgußmaschine der Einspritzöffnung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine feststehende, längliche Nadel (40) aus wärmeleitendem Material mit einem verjüngten Ende (42) in dem Einspritzteil (20) unter einem spitzen Winkel in Richtung auf die Einspritzöffnung (14) in den Heißkanal (12) vorsteht und das verjüngte Ende (42) der Nadel (40) unmittelbar stromauf von der Einspritzöffnung (14) in der Schmelze zentriert ist, wobei die unter Druck stehende Schmelze das verjüngte Ende (42) umströmt und durch die Einspritzöffnung (14) in den Form hohlraum (10) gelangt und der Schmelze durch die feststehende Nadel (40) im Bereich der Einspritzöffnung (14) von dem Einspritzteil (20) her Wärme zuführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der feststehenden Nadel (40) zur Mittelachse der Einspritzöffnung (14) ausgerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurc#h gekennzeichnet, daß das verjüngte Ende (42) der feststehenden Nadel (40) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchtrittsquerschnitts der Einspritzöffnung (14) und des kleinsten Durchtrittsquerschnitts des das verJüngte Ende (42) umgebenden Ringraums im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 2 beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Nadel (40) in Längsrichtung einstellbar angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Nadel (40) aus Stahl oder einer Beryllium-Kupfer-Legierung besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der feststehenden Nadel (40) als Hohlnadel zum Wärmetransport ausgebildet ist.
8. Heißkanal-Spritzgießvorrichtung für eine Spritzgußmaschine mit einer Formplatte mit Formhohlräumen und zu diesen führenden Einspritzöffnungen, mit einem Heißkanal, der durch ein beheizbares Einspritzteil verläuft und durch den eine unter Druck stehende Schmelze des#Spritzgutes aus der Spritzgußmaschine der Einspritzöffnung zuführbar ist, mit einer Einspritzdüse an dem Einspritzteil, die durch einen Luftraum von der umgebenden Formplatte getrennt ist, mit einer an der Einspritzdüse angeordneten und von dieser im wesentlichen gegen die Formplatte vorstehenden Düsendichtung, deren vom Heißkanal im Einspritzteil zur Einspritzöffnung in der-Formplatte führende Innenbohrung durch eine trichterförmige Innenwandung begrenzt ist, deren engeres Ende zur Einspritzöffnung ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine feststehende Nadel (40) aus wärmeleitendem Material mit einem verJüngten Ende (42) in dem Einspritzteil (20) unter einem spitzen Winkel in Richtung auf die Einspritzöffnung (14) in den Heißkanal (12) vorsteht und das verjüngte Ende (42) in die Düsendichtung (32) bis unmittelbar stromauf von der Einspritzöffnung (14) verläuft, daß die Mittelachsen der feststehenden Nadel (40), der Düsendichtung (32) und der Einspritzöffnung (14) zueinander ausgerichtet sind, wobei die unter Druck stehende Schmelze das verjüngte Ende (42) umströmt und durch die Einspritzöffnung (14) in den Formbohlraum (10) gelangt und der Schmelze durch die feststehende Nadel (40) im Bereich der Einspritzöffnung (14) von dem Einsprit#teil (20) her Wärme zuführbar ist, und daß das verjüngte Ende (42) der feststehenden Nadel (40) in Anpassung an die Innenwandung der Düsendichtung (32) kegelstumpfförmig ausgebildet ist, mit dieser einen Ringraum bestimmt, durch den die Schmelze fließt, und in axialer Richtung so einstellbar ist, daß das Verhältnis der Durchtrittsquerschnitte der Einspritzöffnung (14) und des Ringraums im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 2 beträgt.