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EP2125324A1 - Spritzgiessdüse - Google Patents

Spritzgiessdüse

Info

Publication number
EP2125324A1
EP2125324A1 EP08707136A EP08707136A EP2125324A1 EP 2125324 A1 EP2125324 A1 EP 2125324A1 EP 08707136 A EP08707136 A EP 08707136A EP 08707136 A EP08707136 A EP 08707136A EP 2125324 A1 EP2125324 A1 EP 2125324A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
injection molding
flow
flow channel
mouthpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08707136A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Günther
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guenther Heisskanaltechnik GmbH
Original Assignee
Guenther Heisskanaltechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guenther Heisskanaltechnik GmbH filed Critical Guenther Heisskanaltechnik GmbH
Publication of EP2125324A1 publication Critical patent/EP2125324A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/26Moulds
    • B29C45/27Sprue channels ; Runner channels or runner nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/26Moulds
    • B29C45/27Sprue channels ; Runner channels or runner nozzles
    • B29C45/278Nozzle tips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/26Moulds
    • B29C45/27Sprue channels ; Runner channels or runner nozzles
    • B29C45/30Flow control means disposed within the sprue channel, e.g. "torpedo" construction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/26Moulds
    • B29C45/27Sprue channels ; Runner channels or runner nozzles
    • B29C45/30Flow control means disposed within the sprue channel, e.g. "torpedo" construction
    • B29C2045/308Mixing or stirring devices

Definitions

  • the invention relates to an injection molding nozzle for an injection molding apparatus according to the preamble of claim 1.
  • Injection molding nozzles are used in injection molding tools to supply a flowable mass at a predeterminable temperature under high pressure to a separable tool block or mold insert. They usually have a nozzle body in the form of a material pipe in which a flow channel for the flowable mass is formed, and a nozzle end piece inserted into the material pipe at the end, which forms the outlet opening for the flow channel.
  • WO-A-2003/035358 discloses an injection molding tool in the flow passage of which a mixing device is formed. This increases the homogeneity of the flowable mass by the latter is mixed and transferred from a spiral flow in an annular flow.
  • This is realized with a plurality of components arranged in the flow channel, namely with a first sleeve with a spiral groove, a second sleeve with a spiral groove, a so-called torpedo which is arranged coaxially with the sleeves, a ring located between the two sleeves is arranged, and with at least one spoked wheel, which protrudes radially from a surface of the elongate torpedo at a predetermined angle relative to a longitudinal axis thereof and is connected to the ring.
  • the mixing device its assembly and the associated costs, in particular the large number of individual components of the mixing device is disadvantageous.
  • WO-A-2001/034365 describes a mixing device for an injection molding nozzle with a downwardly open flow channel for the flowable mass, an elongated element inserted therein, which projects into a prechamber with a point, and a spiral groove in the outer jacket of the flow channel, whose opening is directed inwards on the elongated element.
  • the groove is formed between webs, the clear width in the direction of the pre-chamber is larger, so that through the spiral groove through a helical material flow is formed, while on the webs away an axial flow of melt is made possible. In this way, a thorough mixing of the flowable mass is generated.
  • the spiral groove can be inserted into a separate bush which is inserted from below into the flow channel.
  • the mixing device is formed by a plurality of components, namely by the elongated member and formed in the outer jacket of the flow channel spiral groove or alternatively by the elongated member and provided with the spiral groove sleeve.
  • the invention provides an injection molding nozzle for an injection molding apparatus, comprising a nozzle body in which at least one flow channel is formed for a flowable mass, and having a arranged on this body, the flow channel continuing nozzle orifice which forms an outlet opening for the flowable mass.
  • flow attachments for mixing the flowable mass are formed at the nozzle mouthpiece, extending through the flow channel extend.
  • the basic principle of mixing in the injection molding nozzle according to the invention thus does not consist in an at least partially helical rerouting of the mass flowing through the flow channel, as is the case in the prior art mentioned above, but rather in a swirling of the mass flow impinging on the flow internals, whereby likewise the desired effect of homogenizing the mass is achieved.
  • a significant advantage of the injection molding nozzle according to the invention is that the nozzle mouthpiece is designed such that it assumes all the functions of the mixing device. Thus, no additional component for the realization of a mixing device is required, which is advantageous manufacturing and assembly technology.
  • the flow internals are at least partially rod-shaped, so that the mass flowing in the flow channel is permanently broken, mixed and / or deflected by the individual rods.
  • the invention further provides that the flow baffles form intersecting flow channels or passages for the flowable mass. As a result, a particularly intensive mixing is achieved so that streaking in the workpiece is effectively avoided.
  • rod-like flow baffles are preferably at least partially at an angle to each other, wherein the angle peaks generated by the respective angles point in a direction which lies in the flow direction and / or which is substantially opposite to the flow direction of the flowable mass flowing through the flow channel. In this way, the mass flow can be fluidly broken and swirled.
  • a passage opening for passing a closure needle is formed in this mouthpiece according to a further embodiment of the injection molding nozzle according to the invention.
  • the mouthpiece for centering the closure needle is advantageously provided with at least one inlet cone which centers the closure needle before the sealing edge of the closure needle comes into contact with its sealing seat. In this way it can be ensured that the sealing edge is already centered in their seat, whereby damage to the sealing edge and the seat are avoided, which then arise when the valve pin is centered only with the insertion of the sealing edge in its seat.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of an injection molding nozzle according to the invention
  • Fig. 2 is a detail enlargement of the area indicated by a circle in Fig. 1;
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of a second embodiment of an injection molding nozzle according to the invention.
  • Fig. 4 is a detail enlargement of the marked in Fig. 3 with a circle area.
  • a first embodiment of an injection molding nozzle is generally designated by the reference numeral 10. It is intended for use in an injection molding apparatus, which is used for the production of molded parts from a flowable material - for example, a plastic melt.
  • the injection molding apparatus (not shown) usually has a platen and, in parallel therewith, a distributor plate in which a system of flow channels is formed. These open into a plurality of injection molding nozzles 10, which are designed, for example, as hot runner nozzles and are each mounted with a housing 12 on the underside of the distributor plate.
  • Each injection molding nozzle 10 comprises a nozzle body 14, which is provided at its upper end with a flange-like connection head 16. This sits detachably in the housing 12.
  • a radially formed step 18 centers the housing 12 and thus the injection molding nozzle 10 in the injection molding apparatus.
  • a flow channel 20 for introducing the material melt is introduced in the center.
  • the preferably formed as a bore flow channel 20 has in the connection head 16 a material feed opening 22 and opens at its lower end in a nozzle orifice 24 which forms a nozzle tip 42.
  • the latter has at least one material outlet opening 43, so that the flowable material melt can get into a (not shown) mold cavity of the injection molding.
  • the nozzle mouthpiece 24, for example, made of a highly thermally conductive material is - as shown in FIG.
  • both the nozzle body 14 and the nozzle mouthpiece 24th itself can expand or move axially while the injection molding nozzle 10 is brought to operating temperature. If the latter is achieved, a tight fit of the nozzle tip 24 between a holding and centering element 26 and the sealing ring 25 is generated.
  • the holding and centering element 26 is formed, for example, sleeve-shaped. It encloses the nozzle mouthpiece 24 positively and / or frictionally engaged, which is provided at the end with a flange-like widening 27, and engages centering and sealing in a corresponding (unspecified) seat in the mold cavity.
  • nozzle mouthpiece 24 is supported with the flange 27 via the seal 25 at the lower end of the nozzle body 14.
  • the nozzle tip 24 without flange-like widening 27.
  • the nozzle orifice 24 would, for example, be supported inside the nozzle body 14, e.g. at a trained there level.
  • the nozzle mouthpiece 24 can also be screwed into the material tube 14 at the end.
  • a sealing ring 28 is provided concentrically with the material supply opening 22 in the connection head 16 of the material tube 14. Also conceivable is the formation of an additional annular centering approach, which can facilitate the assembly of the injection molding nozzle 10 on the injection molding.
  • a heater 32 is placed on the outer circumference 30 of the material tube 14.
  • a sleeve 34 made of a good heat-conducting material, such as copper or brass, which extends over almost the entire axial length of the material tube 14.
  • a not shown in the drawing electric heating coil is formed, whose connections are also not shown are led out laterally from the housing 12.
  • the entire heater 32 is enclosed by a protective tube 36.
  • a temperature sensor may be provided, which is not shown in the drawing.
  • the housing 12 is continued in the direction of the nozzle tip 42 by a shaft assembly 44.
  • This has a shaft body 46 made of hardened tool steel and a cap-shaped end portion 48 of poor heat conductive material.
  • the latter forms a receptacle 52 having a substantially cylindrical inner contour, which sealingly surrounds the free end of the material tube 14 in the sliding seat, while the shaft main part 46 surrounds the material tube 14 at a radial distance, so that except for a narrow stop point 54 of the heater 32 at the end portion 48 a thermally insulating air gap 56 remains between the heater 32 and the stem assembly 44.
  • the generally cylindrically shaped shaft main part 46 is provided at its upper end with an external thread 58 and screwed with this from below into the housing 12.
  • the lower end of the shaft main body 46 is formed in steps and soldered to the upper end of the end portion 48.
  • the nozzle tip 24 includes rod-like flow baffles 60 that extend radially and axially through the flow channel. These flow baffles 60 serve to swirl the mass flow flowing through the flow channel 20 to improve the homogeneity thereof. They form a multiplicity of intersecting flow channels or passages 69, which repeatedly divert the material, mix it and finally guide it to the material outlet opening 43, which is in fluid communication with the mold cavity (not shown).
  • the shape of the flow baffles 60 is selected in the illustrated embodiment such that each two rod-like flow baffles 60 are connected together to form an angle, wherein the angle peaks generated by the respective angles point alternately in a direction which lies in the flow direction and the flow direction of the through the flow channel 20 flowing flowable mass is opposite. Accordingly, a fluidically favorable mixing is achieved.
  • the nozzle tip 24 may be made, for example, by a spark erosion method, a rapid prototyping method, a laser cusing method, or the like.
  • the heat energy generated by the heater 32 is transferred to the material pipe 14 and thus to the material melt flowing through it.
  • the pitch of the arranged in the sleeve 34 in the axial direction A Schuetzlabitese can be chosen differently, which leads to the fact that different amounts of heat energy is delivered to the corresponding axial material pipe sections, whereby the heating of the material pipe sections is variable relative to each other. Arrived at the nozzle tip 24, the melt is swirled when hitting the flow baffles 60 and homogenized in this way before it exits through the outlet opening and is fed to the mold.
  • FIGS. 3 and 4 show a further embodiment of an injection molding nozzle 80 according to the present invention, FIG. 3 being a cross-sectional view of the injection molding nozzle 80, and FIG. 4 being an enlarged detail of the region indicated by a circle in FIG.
  • the injection molding nozzle 80 is an embodiment with a closure needle 82, due to which the configuration of the nozzle mouthpiece 84 is changed relative to that of the nozzle mouthpiece 24 shown in FIGS. 1 and 2. Otherwise, the construction of the injection molding nozzle 80 coincides with that of the injection molding nozzle 10, which is why it will not be described again.
  • the nozzle tip 84 includes a through-opening 86 extending in the axial direction A for passing the valve needle 82. Similar to the nozzle tip 24 of the first embodiment of the injection molding nozzle 10, the nozzle tip 84 of the injection molding nozzle 80 also has flow baffles 88 integrally formed with the nozzle tip 84 and extending transversely to the mixing or homogenization of these passing melt to the axial direction A at an angle of about 45 ° in the up and down direction. This also intersecting flow channels or passages 89 are formed between the flow baffles 88, which provide for an always intensive mixing of the flowing material and the latter the material outlet opening 43 perform. As can be seen in particular in Fig.
  • the upwardly facing end of the nozzle orifice 84 may have a cone-like enlargement at the passage opening 86, whereby an inlet cone 90 is generated for centering the closure needle 82 upon entering the nozzle orifice 84 during its stroke movement.
  • this is centered by the interaction of its peripheral edge 92 with the inlet cone 90, whereby a striking of the sealing edge of the closure needle 82 during insertion into the corresponding sealing seat and a concomitant wear of the sealing edge or the sealing seat are prevented can, which is not shown in detail in the figures.
  • the stroke of the valve pin 82 may also be selected such that the valve needle 82 and the nozzle mouthpiece 84 always remain engaged.
  • the inlet cone 90 - as shown in Fig. 4 - be made relatively small or omitted entirely.
  • the nozzle tip 84 may be manufactured by a spark erosion method, a rapid prototyping method, a laser cusing method, or the like, as in the first embodiment. Also, the attachment of the nozzle orifice 84 to the nozzle body 14 of the injection molding nozzle 80 can be made equivalent to the first embodiment.
  • the heater can also be applied as thick-film heating directly on the material pipe or on the nozzle body 14.
  • the nozzle 10 would be formed as a cold runner nozzle.
  • the nozzle mouthpiece 24 can also be made of a high-strength material, so that abrasive and / or aggressive media can be processed.
  • Nozzle mouthpiece 80 Injection molding nozzle

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießdüse (10; 80) für eine Spritzgießvorrichtung, mit einem Düsenkörper (14), in dem wenigstens ein Strömungskanal (20) für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit einem an den Düsenkörper (14) angeordneten, den Strömungskanal fortsetzenden Düsenmundstück (24; 84), das eine Austrittsöffnung für die fließfähige Masse bildet, wobei das an dem Düsenmundstück (24; 84) Strömungseinbauten (60; 88) zum Durchmischen der fließfähigen Masse ausgebildet sind, die sich durch den Strömungskanal (20) erstrecken.

Description

Spritzgießdüse
Die Erfindung betrifft eine Spritzgießdüse für eine Spritzgießvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Spritzgießdüsen werden in Spritzgießwerkzeugen eingesetzt, um eine fließfähige Masse bei einer vorgebbaren Temperatur unter hohem Druck einem trennbaren Werkzeugblock bzw. Formeinsatz zuzuführen. Sie haben meist einen Düsenkörper in Form eines Materialrohrs, in dem ein Strömungskanal für die fließfähige Masse ausgebildet ist, sowie ein endseitig in das Materialrohr eingesetztes Düsenmundstück, welches die Austrittsöffnung für den Strömungskanal bildet.
Um das Auftreten von Schlieren in dem zu erzeugenden Werkstück zu vermeiden, die beispielsweise auf mangelnde Durchmischung der fließfähigen Masse vor dem Einspritzvorgang zurückzuführen ist, wurden im Stand der Technik verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen.
Beispielsweise offenbart WO-A-2003/035358 ein Spritzgießwerkzeug, in dessen Strömungskanal eine Mischeinrichtung ausgebildet ist. Diese vergrößert die Homogenität der fließfähigen Masse, indem letztere gemischt und von einer spiralförmigen Strömung in eine ringförmige Strömung überführt wird. Dies wird mit einer Vielzahl von in dem Strömungskanal angeordneten Bauteilen realisiert, nämlich mit einer ersten Hülse mit spiralförmiger Nut, einer zweiten Hülse mit spiralförmiger Nut, einem so genannten Torpedo, der koaxial zu den Hülsen angeordnet ist, einem Ring, der zwischen den beiden Hülsen angeordnet ist, und mit wenigstens einem Speichenrad, das radial von einer Fläche des länglichen Torpedos in einem vorbestimmten Winkel relativ zu einer Längsachse desselben vorsteht und mit dem Ring verbunden ist. In Bezug auf die Fertigung der Mischeinrichtung, deren Montage und die damit verbundenen Kosten ist insbesondere die Vielzahl von Einzelbauteilen der Mischeinrichtung von Nachteil.
WO-A-2001/034365 beschreibt eine Mischeinrichtung für eine Spritzgießdüse mit einem nach unten offenen Strömungskanal für die fließfähige Masse, einem darin eingesetzten länglichen Element, das mit einer Spitze in eine Vorkammer hinein ragt, und mit einer spiralförmigen Nut im Außenmantel des Strömungskanals, deren Öffnung nach innen auf das längliche Element gerichtet ist. Die Nut ist zwischen Stegen ausgebildet, deren lichte Weite in Richtung der Vorkammer größer wird, so dass durch die spiralförmige Nut hindurch ein schraubenförmiger Materialstrom entsteht, während über die Stege hinweg ein axialer Schmelzstrom ermöglicht wird. Auf diese Weise wird eine Durchmischung der fließfähigen Masse erzeugt. Alternativ kann die spiralförmige Nut in eine separate Buchse eingebracht werden, die von unten in den Strömungskanal eingesetzt wird. Auch hier wird die Mischeinrichtung durch eine Mehrzahl von Bauteilen gebildet, nämlich durch das längliche Element und die im Außenmantel des Strömungskanals ausgebildete spiralförmige Nut oder alternativ durch das längliche Element und die mit der spiralförmigen Nut versehene Hülse.
Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Spritzgießdüse für eine Spritzgießvorrichtung zu schaffen, die eine gute Durchmischung der durch den Strömungskanal strömenden fließfähigen Masse bei vereinfachter Bauweise, insbesondere unter Verwendung einer geringeren Anzahl von Bauteilen, gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Spritzgießdüse nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf individuelle Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung schafft eine Spritzgießdüse für eine Spritzgießvorrichtung, mit einem Düsenkörper, in dem wenigstens ein Strömungskanal für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit einem an diesem Körper angeordneten, den Strömungskanal fortsetzenden Düsenmundstück, das eine Austrittsöffnung für die fließfähige Masse bildet. Erfindungsgemäß sind an dem Düsenmundstück Strömungseinbauten zum Durchmischen der fließfähigen Masse ausgebildet, die sich durch den Strömungskanal erstrecken. Das Grundprinzip der Durchmischung bei der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse besteht somit nicht in einem zumindest teilweise spiralförmigen Umleiten der durch den Strömungskanal strömenden Masse, wie es beim eingangs genannten Stand der Technik der Fall ist, sondern vielmehr in einem Verwirbeln des auf die Strömungseinbauten treffenden Massestroms, wodurch ebenfalls der erwünschte Effekt des Homogenisierens der Masse erzielt wird. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse besteht darin, dass das Düsenmundstück derart ausgebildet ist, dass es sämtliche Funktionen der Mischeinrichtung übernimmt. So ist kein zusätzliches Bauteil zur Realisierung einer Mischeinrichtung erforderlich, was fertigungs- sowie montagetechnisch vorteilhaft ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Strömungseinbauten zumindest teilweise stabartig ausgebildet, so dass die in dem Strömungskanal strömende Masse von den einzelnen Stäben permanent gebrochen, durchmischt und/oder umgelenkt wird.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass die Strömungseinbauten sich kreuzende Strömungskanäle oder -durchgänge für die fließfähige Masse bilden. Dadurch wird eine besonders intensive Durchmischung erreicht, so dass eine Schlierenbildung im Werkstück wirksam vermieden wird.
Ferner sind die stabartigen Strömungseinbauten bevorzugt zumindest teilweise in einem Winkel zueinander angeordnet, wobei die durch die entsprechenden Winkel erzeugten Winkelspitzen in eine Richtung weisen, die in Strömungsrichtung liegt und/oder die der Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden fließfähigen Masse im wesentlichen entgegengesetzt ist. Auf diese Weise kann der Massestrom strömungstechnisch günstig aufgebrochen und verwirbelt werden.
Soll eine Spritzgießdüse mit einer Verschlussnadel verwendet werden, so ist in diesem Mundstück gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse eine Durchgangsöffnung zum Hindurchführen einer Verschlussnadel ausgebildet. Dabei ist das Mundstück zur Zentrierung der Verschlussnadel vorteilhaft mit wenigstens einem Einlaufkonus versehen, der die Verschlussnadel zentriert, bevor die Dichtkante der Verschlussnadel mit ihrem Dichtsitz in Kontakt kommt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Dichtkante bereits zentriert in ihren Sitz geführt wird, wodurch Beschädigungen der Dichtkante und des Sitzes vermieden werden, die dann entstehen, wenn die Verschlussnadel erst mit dem Einführen der Dichtkante in ihrem Sitz zentriert wird.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung genauer beschrieben, wobei
Fig. 1 eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spritzgießdüse ist;
Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung des in Fig. 1 mit einem Kreis gekennzeichneten Bereiches ist;
Fig. 3 eine Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spritzgießdüse ist und
Fig. 4 eine Ausschnittvergrößerung des in Fig. 3 mit einem Kreis gekennzeichneten Bereiches ist.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Spritzgießdüse allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Sie ist für den Einsatz in einer Spritzgießvorrichtung vorgesehen, die zur Herstellung von Formteilen aus einer fließfähigen Masse - beispielsweise einer Kunststoffschmelze - dient. Die (nicht dargestellte) Spritzgießvorrichtung hat gewöhnlich eine Aufspannplatte sowie parallel dazu eine Verteilerplatte, in der ein System von Strömungskanälen ausgebildet ist. Diese münden in mehren Spritzgießdüsen 10, die beispielsweise als Heißkanaldüsen ausgebildet und jeweils mit einem Gehäuse 12 an der Unterseite der Verteilerplatte montiert sind.
Jede Spritzgießdüse 10 umfasst einen Düsenkörper 14, der an seinem oberen Ende mit einem flanschartigen Anschlusskopf 16 versehen ist. Dieser sitzt lösbar in dem Gehäuse 12. Eine radial ausgebildete Stufe 18 zentriert das Gehäuse 12 und damit die Spritzgießdüse 10 in der Spritzgießvorrichtung.
Innerhalb des sich in Axialrichtung A erstreckenden Düsenkörpers 14 ist mittig ein Strömungskanal 20 zum Hindurchleiten der Materialschmelze eingebracht. Der bevorzugt als Bohrung ausgebildete Strömungskanal 20 besitzt im Anschlusskopf 16 eine Materialzuführöffnung 22 und mündet an seinem unteren Ende in einem Düsenmundstück 24, das eine Düsenspitze 42 ausbildet. Letztere hat wenigstens eine Materialaustrittsöffnung 43, damit die fließfähige Materialschmelze in ein (nicht dargestelltes) Formnest der Spritzgießvorrichtung gelangen kann. Das beispielsweise aus einem hoch wärmeleitenden Material gefertigte Düsenmundstück 24 ist - wie Fig. 2 näher zeigt - endseitig in das Materialrohr 14 unter Zwischenanordnung eines Dichtrings 25 eingesetzt und derart axial verschieblich in Axialrichtung A gehalten, dass sich sowohl der Düsenkörper 14 als auch das Düsenmundstück 24 selbst axial ausdehnen bzw. bewegen können, während die Spritzgießdüse 10 auf Betriebstemperatur gebracht wird. Ist Letztere erreicht, wird ein dichter Sitz des Düsenmundstücks 24 zwischen einem Halte- und Zentrierelement 26 und dem Dichtring 25 erzeugt. Das Halte- und Zentrierelement 26 ist beispielsweise hülsenförmig ausgebildet. Es umschließt das Düsenmundstück 24 form- und/oder reibschlüssig, das endseitig mit einer flanschartigen Verbreiterung 27 versehen ist, und greift zentrierend und dichtend in einen entsprechenden (nicht näher bezeichneten) Sitz im Formnest ein.
Man erkennt in Fig. 2, dass sich das Düsenmundstück 24 mit dem Flansch 27 über die Dichtung 25 am unteren Ende des Düsenkörpers 14 abstützt. Es ist allerdings auch möglich, das Düsenmundstück 24 ohne flanschartige Verbreiterung 27 auszubilden. In diesem Fall würde sich das Düsenmundstück 24 beispielsweise im Inneren des Düsenkörpers 14 abstützen, z.B. an einer dort ausgebildeten Stufe.
Je nach Anwendungsfall kann das Düsenmundstück 24 auch endseitig in das Materialrohr 14 eingeschraubt sein.
Zur Abdichtung der Spritzgießdüse 10 gegenüber der Verteilerplatte ist im Anschlusskopf 16 des Materialrohrs 14 konzentrisch zur Materialzuführöffnung 22 ein Dichtring 28 vorgesehen. Denkbar ist auch die Ausbildung eines zusätzlichen ringförmigen Zentrieransatzes, was die Montage der Spritzgießdüse 10 an der Spritzgießvorrichtung erleichtern kann.
Auf dem Außenumfang 30 des Materialrohrs 14 ist eine Heizung 32 aufgesetzt. Diese wird von einer Hülse 34 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer oder Messing, ausgebildet, die sich über nahezu die gesamte axiale Länge des Materialrohrs 14 erstreckt. In der (nicht näher bezeichneten) Wandung der Hülse 34 ist koaxial zum Strömungskanal 20 eine in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Heizwendel ausgebildet, deren ebenfalls nicht gezeigten Anschlüsse seitlich aus dem Gehäuse 12 herausgeführt sind. Die gesamte Heizung 32 wird von einem Schutzrohr 36 umschlossen. Zur Erfassung der von der Heizung 32 erzeugten Temperatur kann ein Temperaturfühler vorgesehen sein, der jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Um das Materialrohr 14 und die Heizung 32 gegenüber den Werkzeugplatten thermisch abzuschirmen, wird das Gehäuse 12 in Richtung der Düsenspitze 42 von einer Schaftanordnung 44 fortgesetzt. Diese hat einen Schaft-Hauptteil 46 aus gehärtetem Werkzeugstahl und einen kappenförmigen Endteil 48 aus schlecht Wärme leitendem Material. Letzterer bildet eine Aufnahme 52 mit einer im wesentlichen zylindrischen Innenkontur, welche das freie Ende des Materialrohrs 14 im Schiebesitz dichtend umfasst, während der Schafthauptteil 46 das Materialrohr 14 mit radialem Abstand umschließt, sodass bis auf eine schmale Anschlagstelle 54 der Heizung 32 am Endteil 48 ein thermisch isolierender Luftspalt 56 zwischen der Heizung 32 und der Schaftanordnung 44 verbleibt.
Der insgesamt zylindrisch ausgebildete Schafthauptteil 46 ist an seinem oberen Ende mit einem Außengewinde 58 versehen und mit diesem von unten in das Gehäuse 12 eingeschraubt. Das untere Ende des Schafthauptteils 46 ist stufenförmig ausgebildet und mit dem oberen Ende des Endteils 48 verlötet.
Das Düsenmundstück 24 umfasst stabartig ausgebildete Strömungseinbauten 60, die sich radial und axial durch den Strömungskanal erstrecken. Diese Strömungseinbauten 60 dienen zum Verwirbeln des durch den Strömungskanal 20 strömenden Massestroms, um die Homogenität desselben zu verbessern. Sie bilden dazu eine Vielzahl von sich kreuzenden Stömungskanälen oder -durchgängen 69, die das Material immer wieder umlenken, durchmischen und schließlich zur Materialaustrittsöffnung 43 leiten, die mit dem (nicht gezeigten) Formnest in Strömungsverbindung steht.
Auf diese Weise werden zuverlässig Schlierenbildungen und dergleichen in dem zu erzeugenden Werkstück verhindert. Die Form der Strömungseinbauten 60 ist bei der dargestellten Ausführungsform derart gewählt, dass je zwei stabartige Strömungseinbauten 60 unter Bildung eines Winkels miteinander verbunden sind, wobei die durch die entsprechenden Winkel erzeugten Winkelspitzen abwechselnd in eine Richtung weisen, die in Strömungsrichtung liegt und die der Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal 20 strömenden fließfähigen Masse entgegengesetzt ist. Entsprechend wird eine strömungstechnisch günstige Durchmischung erzielt. Das Düsenmundstück 24 kann beispielsweise mithilfe eines Funkenerosionverfahrens, eines Rapid-Prototyping-Verfahrens, eines Laser-Cusing- bzw. Lasersinterverfahrens oder dergleichen hergestellt werden.
Während des Betriebs der Spritzgießdüse 10 wird die von der Heizung 32 erzeugte Wärmeenergie auf das Materialrohr 14 und somit auf die dieses durchströmende Materialschmelze übertragen. Die Steigung der in der Hülse 34 in Axialrichtung A angeordneten Heizwendelabschnitte kann unterschiedlich gewählt sein, was dazu führt, dass an die entsprechenden axialen Materialrohrabschnitte unterschiedlich viel Wärmeenergie abgegeben wird, wodurch die Beheizung der Materialrohrabschnitte relativ zu einander variabel ist. An dem Düsenmundstück 24 angekommen wird die Schmelze beim Auftreffen auf die Strömungseinbauten 60 verwirbelt und auf diese Art und Weise homogenisiert, bevor sie durch die Austrittsöffnung austritt und der Form zugeführt wird.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Spritzgießdüse 80 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 3 eine Querschnittansicht der Spritzgießdüse 80 und Fig. 4 eine Ausschnittvergrößerung des in Fig. 3 mit einem Kreis gekennzeichneten Bereiches ist. Bei der Spritzgießdüse 80 handelt es sich um eine Ausführung mit einer Verschlussnadel 82, aufgrund derer die Ausgestaltung des Düsenmundstückes 84 gegenüber derjenigen des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Düsenmundstückes 24 verändert ist. Ansonsten stimmt die Konstruktion der Spritzgießdüse 80 mit derjenigen der Spritzgießdüse 10 überein, weshalb diese nicht erneut beschrieben wird.
Das Düsenmundstück 84 umfasst eine sich in axialer Richtung A erstreckende Durchgangsöffnung 86 zum Hindurchführen der Verschlussnadel 82. Ähnlich wie das Düsenmundstück 24 der ersten Ausführungsform der Spritzgießdüse 10 weist auch das Düsenmundstück 84 der Spritzgießdüse 80 Strömungseinbauten 88 auf, die einteilig mit dem Düsenmundstück 84 ausgebildet sind und sich quer zum Durchmischen bzw. Homogenisieren der diese passierenden Schmelze zur Axialrichtung A in einem Winkel von etwa 45° in Auf- und Abwärtsrichtung erstrecken. Auch dadurch werden zwischen den Strömungseinbauten 88 sich kreuzende Stömungskanäle oder -durchgänge 89 gebildet, die für eine stets intensive Durchmischung des durchströmenden Materials sorgen und letzteres der Materialaustrittsöffnung 43 zuführen. Wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen ist, kann das aufwärts weisende Ende des Düsenmundstücks 84 an der Durchgangsöffnung 86 eine konusartige Erweiterung aufweisen, wodurch ein Einlaufkonus 90 zur Zentrierung der Verschlussnadel 82 beim Eintreten in das Düsenmundstück 84 während ihrer Hubbewegung erzeugt wird. Beim Eintritt der Verschlussnadel 82 in das Düsenmundstück 84 wird diese durch das Zusammenwirken ihrer Umfangskante 92 mit dem Einlaufkonus 90 zentriert, wodurch ein Anschlagen der Dichtkante der Verschlussnadel 82 beim Einführen in den entsprechenden Dichtsitz und ein damit einhergehender Verschleiß der Dichtkante bzw. des Dichtsitzes verhindert werden kann, was in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt ist. Alternativ kann der Hub der Verschlussnadel 82 auch derart gewählt werden, dass die Verschlussnadel 82 und das Düsenmundstück 84 stets in Eingriff bleiben. In diesem Fall kann der Einlaufkonus 90 - wie in Fig. 4 dargestellt - relativ klein ausgebildet oder ganz weggelassen werden.
Das Düsenmundstück 84 kann wie bei der ersten Ausführungsform mithilfe eines Funkenerosionverfahrens, eines Rapid-Prototyping-Verfahrens, eines Laser-Cusing- bzw. Lasersinterverfahrens oder dergleichen hergestellt werden. Auch die Befestigung des Düsenmundstücks 84 an dem Düsenkörper 14 der Spritzgießdüse 80 kann äquivalent zur ersten Ausführungsform erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann die Heizung auch als Dickschichtheizung direkt auf dem Materialrohr bzw. auf dem Düsenkörper 14 aufgebracht sein. Ferner kann man anstelle einer Heizung auch eine Kühlvorrichtung verwenden. In diesem Fall wäre die Düse 10 als Kaltkanaldüse ausgebildet. Das Düsenmundstück 24 kann ferner aus einem hochfesten Material gefertigt werden, so dass auch abrassive und/oder aggressive Medien verarbeitet werden können.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Bezugszeichenliste
Spritzgießdüse 48 Endteil
Gehäuse 52 Aufnahme
Düsenkörper 54 Anschlagstelle
Anschlusskopf 56 Luftspalt
Stufe 58 Außengewinde
Strömungskanal 60 Strömungseinbauten
Materialzuführöffnung 69 Strömungskanal / -durchgang
Düsenmundstück 80 Spritzgießdüse
Dichtring 82 Verschlussnadel
Halteelement 84 Düsenmundstück
Verbreiterung 86 Durchgangsöffnung
Dichtring 88 Strömungseinbauten
Außenumfang 89 Strömungskanal / -durchgang
Heizung 90 Einlaufkonus
Hülse 92 Umfangskante
Schutzrohr
Düsenspitze
Materialaustrittsöffnung
Schaftanordnung
Schafthauptteil

Claims

Patentansprüche
1. Spritzgießdüse (10; 80) für eine Spritzgießvorrichtung, mit einem Düsenkörper (14), in dem wenigstens ein Strömungskanal (20) für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit einem an den Düsenkörper (14) angeordneten, den Strömungskanal fortsetzenden Düsenmundstück (24; 84), das eine Austrittsöffnung für die fließfähige Masse bildet, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Düsenmundstück (24; 84) Strömungseinbauten (60; 88) zum Durchmischen der fließfähigen Masse ausgebildet sind, die sich durch den Strömungskanal (20) erstrecken.
2. Spritzgießdüse (10; 80) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinbauten (60; 88) zumindest teilweise stabartig ausgebildet sind.
3. Spritzgießdüse (10; 80) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinbauten (60; 88) sich kreuzende Stömungskanäle oder -durchgänge (69, 89) bilden.
4. Spritzgießdüse (10; 80) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die stabartigen Strömungseinbauten (60) zumindest teilweise in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
5. Spritzgießdüse (10; 80) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Winkel erzeugten Winkelspitzen der stabartigen Strömungseinbauten (60) in eine Richtung weisen, die in Strömungsrichtung liegt und/oder die der Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal (20) strömenden fließfähigen Masse entgegengesetzt ist.
6. Spritzgießdüse (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsenmundstück (84) eine Durchgangsöffnung (86) zum Hindurchführen einer Verschlussnadel (82) ausgebildet ist.
7. Spritzgießdüse (80) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenmundstück (84) zur Zentrierung der Verschlussnadel (82) mit wenigstens einem Einlaufkonus (90) versehen ist.
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