DE10022288A1 - Vorrichtung zum Herstellen eines zum temperierenden Werkstücks - Google Patents

Abstract

Dargestellt und erläutert wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstücks, das während des Herstellungsprozesses temperiert wird, mit mindestens einem Hülsenelement, das in Richtung einer seiner Achsen bewegt wird und um dieselbe Achse rotiert. Die Vorrichtung erlaubt eine zuverlässige Temperierung des Hülsenelements, indem in dem Hülsenelement ein Kanalsystem für ein Temperiermittel vorgesehen ist, das über eine Axial-Radialdurchführung mit ortsfesten Anschlüssen (12, 13) eines Temperiermittelversorgungsnetzes verbunden ist, und die Axial-Radialdurchführung eine Schiebehülse (28) aufweist, die relativ zu den Anschlüssen (12, 13) sowohl drehfest als auch axial verschiebbar auf dem Hülsenelement gelagert ist und jeweils Durchgänge (29, 30) für die Temperiermittelzu- und -abfuhr aufweist, deren Übergänge zu dem Kanalsystem und den Anschlüssen mittels Dichtungen abgedichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstücks, das während des Herstellungsprozesses temperiert wird, insbesondere ein Kunststoffspritzwerkzeug, mit mindestens einem Hülsenelement, das in Richtung einer seiner Achsen bewegt wird und um dieselbe Achse rotiert.

In einer Reihe von Anwendungsfällen werden Werkstücke in Vorrichtungen hergestellt, bei denen ein das Werkstück teilweise formendes Hülsenelement in Richtung einer seiner Achsen bewegt wird und um dieselbe Achse rotiert.

Aus einem Fachbuch für den Aufbau von Spritzwerkzeugen (Gastrow, Der Spritzwerkzeugbau in 130 Beispielen, Carl Hanser Verlag, 5. Auflage) ist beispielsweise ein Schraubkern für ein Kunststoffspritzwerkzeug bekannt, der aus einem ortsfesten, axial im Schraubkern angeordneten Kern und einem um den Kern rotierbaren und axial zum Kern bewegbaren Drehkern besteht. Der Kern besteht aus einem rohrförmigen Hülsenteil und einem Zylinder, der einen entlang seiner Längsachse verlaufenden Spritzkanal mit Angießdüse aufweist, mittels dem das Spritzgut in eine für die Herstellung des Werkstücks vorgesehene Kavität eingespritzt wird. An der Umfangsfläche des Zylinders ist ein Kanalsystem für ein Temperiermittel eingeformt, das durch das auf den Zylinder aufgeschobene, rohrförmige Hülsenteil in Umfangsrichtung verschlossen wird. An den jeweiligen Enden des Hülsenelements wird das Kanalsystem durch O-Ringe abgedichtet.

Zwischen dem vorderen Ende dieses Schraubkerns und eines den Schraubkern endseitig umgreifenden Formeinsatzes ist eine Kavität gebildet, in die über die im Kern vorgesehene Angießdüse erhitzter, flüssiger Kunststoff eingespritzt werden kann. Die Kavität hat die Form des herzustellenden Werkstücks, beispielsweise eines Deckels für eine Getränkeflasche mit einem auf der Innenseite des Deckels angeordneten Gewinde.

Gegebenenfalls während des Spritzens, jedenfalls aber nach dem Spritzen wird die Vorrichtung unter anderem durch in dem Kanalsystems des Kerns geführtes Temperiermittel gekühlt, so daß die im Werkstück gebundene Wärme abgeführt wird und dieses aushärtet.

Zum Ausstoßen des Werkstücks wird zunächst der Drehkern mittels eines Zahnrads relativ zum Kern gedreht und in einer Gewindeleitbuchse axial von dem Werkstück weggeführt. Mit dieser Axial- und Drehbewegung wird der Drehkern mit seinen das Innengewinde des Werkstücks bildenden Kavitäten aus dem Innern des Werkstücks herausgedreht, ohne das gebildete Innengewinde des Werkstücks zu beschädigen. Nachdem das Gewinde durch die axiale Verschiebung des Drehkerns freigegeben ist, kann das Werkstück ausgestoßen werden, beispielsweise indem der Formeinsatz von der Vorrichtung entfernt wird und das Werkstück entnommen wird.

Nachteilig an dem bekannten Schraubkern ist, daß das Werkstück mittels des im Kern geführten Temperiermittels nur relativ langsam ausgehärtet wird. Die Wärme des Werkstücks muß über indirekte Wärmeübertragung durch die Wand des Drehkerns in den Kern eingeleitet werden und kann erst dann vom Temperiermittel abgeführt werden.

Es ist deshalb versucht worden, auch den Drehkern, der an seinem vorderen Ende im direkten Kontakt mit dem Werkstück steht, mit Temperierkanälen zu versehen, so daß eine unmittelbarere, raschere Temperierung des Werkstücks ermöglicht werden kann. Diese Versuche führten jedoch nicht zum Erfolg, da keine geeigneten, unter Betriebsbedingungen verwendbare Mittel gefunden wurden, die in dem Drehkern verlaufenden und mit diesem bewegten Temperierkanäle an ein ortsfeste Temperiermittelversorgungsnetz anzuschließen. Insbesondere konnten die einander zugeordneten Dichtflächen der Übergänge des Kanalsystems des axial und radial bewegten Drehkerns zu denen der ortsfesten Anschlüsse unter Betriebsbedingungen nicht zuverlässig abgedichtet werden.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte und näher beschriebene Vorrichtung derart weiterzubilden, daß das in Richtung einer seiner Achsen bewegte und um dieselbe Achse rotierende Hülsenelement zuverlässig mit Temperiermittel versorgt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß in dem Hülsenelement ein Kanalsystem für ein Temperiermittel vorgesehen ist, das über eine Axial-Radialdurchführung mit ortsfesten Anschlüssen eines Temperiermittelversorgungsnetzes verbunden ist, und daß die Axial-Radialdurchführung eine Schiebehülse aufweist, die relativ zu den Anschlüssen sowohl drehfest als auch axial verschiebbar auf dem Hülsenelement gelagert ist und jeweils Durchgänge für die Temperiermittelzu- und -abfuhr aufweist, deren Übergänge zu dem Kanalsystem und den Anschlüssen mittels Dichtungen abgedichtet sind.

Die Axial-Radialdurchführung dient dazu, Temperiermittel, das in ortsfesten Kanälen des Temperiermittelversorgungsnetzes strömt, in das sich mit dem Hülsenelement radial und axial bewegende Kanalsystem einzuleiten und aus diesem wegzuleiten. Dabei wird durch die Axial-Radialdurchführung eine Möglichkeit geschaffen, Dichtmittel einzusetzen, die lediglich Flächen abdichten müssen, die relativ zueinander jeweils nur eine Bewegung ausführen, nämlich eine Rotations- oder Axialbewegung.

Die in der Axial-Radialdurchführung vorgesehene Schiebehülse zerlegt dabei die übereinandergelagerte radiale und axiale Bewegung des Hülsenelements in eine radiale Bewegung zwischen der Schiebehülse und dem Hülsenelement und einer axialen Bewegung zwischen der Schiebehülse und den Anschlüssen. Die jeweiligen Übergänge zwischen Hülsenelement und Schiebehülse sowie Schiebehülse und den Anschlüssen müssen dabei lediglich mit Dichtmitteln versehen werden, die entweder eine rotierende oder axiale Relativbewegung aufnehmen können. Die Schiebehülse ist beispielsweise mit Kugellagern derart auf dem Hülsenelement gelagert, daß sich das Hülsenelement relativ zur Schiebehülse drehen kann, ohne diese mitzudrehen, so daß diese nicht drehend in der Vorrichtung gehalten wird, also drehfest ist.

Um bei der Lagerung der Schiebehülse auf dem Hülsenelement keine besonderen Lagernflächen ausbilden zu müssen, kann es vorteilhaft sein, konzentrisch zu der Schiebehülse eine in ihr angeordnete Drehhülse vorzusehen, die fest, also mitdrehend mit dem Hülsenelement verbunden ist und jeweils umlaufende Schlitze für die Temperiermittelzu- und -abfuhr aufweist. Auf diese Weise kann die Lagerung der Schiebehülse relativ zur Drehhülse erfolgen, während die Drehhülse dann mit herkömmlichen Mitteln fest mit dem Hülsenelement verbunden wird, das jedoch hierfür nicht besonders ausgestaltet werden muß. Dies bringt den zusätzliche Vorteil, daß die aus Drehhülse und Schiebehülse bestehende Axial-Radialdurchführung bei der Montage der Vorrichtung einfach auf das Hülsenelement geschoben werden kann, ohne daß hier die für die Montage eines Lagers benötigten Arbeitsschritte durchgeführt werden müssen.

Ferner ist es zweckmäßig, konzentrisch mit der Schiebehülse eine sie umfassende Außenhülse vorzusehen, die relativ zu den Anschlüssen unbeweglich angeordnet ist, die Schiebehülse axial führt und jeweils teilweise axial an der inneren Oberfläche der Außenhülse in Strömungsverbindung mit den jeweiligen Durchgängen der Schiebehülse geführte Kanäle für die Temperiermittelzu- und -abfuhr aufweist. So können die Anschlüsse des Temperiermittelversorgungsnetzes einfach ausgestaltet werden, während die besonderen, für die die fortwährende strömungstechnische Verbindung des Temperiermittelversorgungsnetzes mit den Durchgängen der Schiebehülse notwendigen axial verlaufenden Kanäle in der Außenhülse vorgesehen werden können. Auch können die Dichtflächen, die für die Abdichtung einer Axialrelativbewegung notwendig sind, in der Außenhülse vorgesehen werden, während der Übergang der Kanäle der Außenhülse zu den Anschlüssen lediglich mit herkömmlichen Dichtungen abgedichtet werden muß, da diese relativ zueinander unbeweglich angeordnet sind.

Die mit der beanspruchten Vorrichtung erzielten Vorteile führen besonders bei Vorrichtungen, bei denen das Hülsenelement ein Drehkern eines Schraubkerns ist, zu einer Erhöhung der Taktzeiten einer solchen Vorrichtung, da das herzustellende Werkstück schneller ausgehärtet und deshalb rascher ausgeworfen werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht.

Gezeigt ist ein Kern 1 eines Schraubkerns, der ortsfest auf einer Aufspannplatte 2 sitzt. In der Aufspannplatte 2 sind Temperiermittelkanäle 3a, 3b vorgesehen. Von dem Temperiermittelkanal 3a wird Temperiermittel mittels eines Trennblechs 4 in einen axial im Kern 1 verlaufenden Kanal 5 eingeleitet und zu dessen vorderen, der Aufspannplatte abgewandten Ende geführt.

Axial verschiebbar sitzt drehfest auf dem Kern 1 ein Hülsenauswerfer 6. Der Hülsenauswerfer 6 besteht aus einem inneren Hülsenteil 7 und einem äußeren Hülsenteil 8. In die äußere Oberfläche des inneren Hülsenteils 7 ist ein aus einem Zufuhrkanal 9, einem Abfuhrkanal 10 und einem am vorderen Ende des inneren Hülsenteils 7 umlaufenden Temperierkanal 11 bestehendes Kanalsystem eingebracht. Das innere Hülsenteil 7 und das äußere Hülsenteil 8 berühren sich auf der Fläche ihrer zugewandten Oberflächen, so daß die in die äußere Oberfläche des inneren Hülsenteils 7 eingefrästen Kanäle 9, 10, 11 nach außen durch das äußere Hülsenteil 8 verschlossen werden. Die Hülsenteile 7, 8 sind entlang ihrer einander berührenden Oberflächen durch Hochtemperaturlöten miteinander stoffschlüssig verbunden.

Der Zufuhrkanal 9 ist über einen Anschluß 12 mit einer Temperiermittelleitung eines nicht dargestellten Temperiermittelversorgungsnetzes verbunden. Der Abfuhrkanal 10 ist über einen Anschluß 13 mit einer weiteren Temperiermittelleitung des nicht dargestellten Temperiermittelversorgungsnetzes verbunden.

Axial verschiebbar und um die zentrale Achse des Schraubkerns rotierbar ist auf dem Hülsenauswerfer 6 ein Drehkern 14 angeordnet. Der Drehkern 14 besteht aus einem inneren Hülsenteil 15 und einem äußeren Hülsenteil 16. Auf der äußeren Oberfläche des inneren Hülsenteils 15 ist ein aus einem Zufuhrkanal 17, einem Abfuhrkanal 18 und mehreren, an dem vorderen Ende des inneren Hülsenteils 15 des Drehkerns 14 umlaufenden Temperierkanäle 19 bestehendes Kanalsystem eingeformt. Das äußere Hülsenteil 16 sitzt derart auf dem inneren Hülsenteil 15, daß es die Kanäle 17, 18, 19 nach außen hin verschließt und somit im Innern des Drehkerns 14 ein geschlossenes Kanalsystem bildet. Die Hülsenteile 15, 16 sind entlang ihrer einander berührenden Oberflächen durch Hochtemperaturlöten miteinander stoffschlüssig verbunden.

Auf dem äußeren Hülsenteil 16 des Drehkerns 14 ist ein Zahnkranz 20 angeordnet, in den ein Zahnrad 21 eingreift. Der Drehkern 14 ist mit einem an seinem hinteren Ende angeordneten Außengewinde 22 in einer Gewindeleitbuchse 23 geführt.

Auf dem äußeren Hülsenteil 16 des Drehkerns 14 sitzt eine Drehhülse 24, in der umlaufende, durchgehende Schlitze 25 und 26 zur Durchleitung des Temperiermittels angeordnet sind. Die Drehhülse 24 ist mitdrehend mit dem Drehkern 14 verbunden.

Auf der Drehhülse 24 sitzt in Drehlagern 27 von der Drehbewegung der Drehhülse 24 entkoppelt, drehfest eine Schiebehülse 28. In der Schiebehülse 28 sind Durchgangsbohrungen 29 und 30 für die Durchleitung von Temperiermittel vorgesehen.

Die Schiebehülse 28 wird axial in einer Außenhülse 31 geführt. Diese Außenhülse 31 weist teilweise axial an der inneren Oberfläche der Außenhülse geführte, in Strömungsverbindung mit den Durchgangsbohrungen 29 bzw. 30 stehende Kanäle 32, bzw. 33 auf. Die Kanäle 32 und 33 sind mit Temperiermittelleitungen eines nicht dargestellten Temperiermittelversorgungsnetzes verbunden.

An den Übergangsflächen des Drehkerns 14 zur Drehhülse 24, der Drehhülse 24 zur Schiebehülse 28, der Schiebehülse 28 zu der Außenhülse 31 und der Außenhülse 31 zur Zwischenplatte 45 sind jeweils die das Temperiermittel durchführende Kanäle und Schlitze abdichtende Dichtringe 34 vorgesehen.

Der Drehkern 14 weist an der äußeren Oberfläche seines äußeren Hülsenteils 16 an deren vorderen Ende Kavitäten 35 auf. Ferner ist an dem vorderen Ende des äußeren Hülsenteils 8 des Hülsenauswerfers 6 ebenfalls eine Kavität 36 vorgesehen.

Das vordere Ende des Schraubkerns wird von einem Formeinsatz 37 derart umfaßt, daß zwischen dem vorderen Ende des Schraubkerns und dem Formeinsatz 37 eine Kavität in der Form des herzustellenden Werkstücks 38 entsteht. Im Formeinsatz 37 ist eine Spritzdüse 39 vorgesehen, die über nicht dargestellte Kanäle mit einem Heißkanalverteiler od. dgl. verbunden ist. Der Formeinsatz 37 ist mit einem umlaufenden Temperierkanal 40 versehen, der über Anschlüsse 41 und 42 mit einem nicht dargestellten Temperiermittelversorgungsnetz verbunden ist.

Zur Herstellung eines gespritzten Werkstücks 38, beispielsweise einer Kunststoffverschlußkappe einer Getränkeflasche, wird flüssiger, erhitzter Kunststoff über die Düse 39 in die Kavität zwischen dem Formeinsatz 37 und dem vorderen Ende des Schraubkerns gespritzt, bis diese vollständig gefüllt ist. Anschließend oder bereits während des Spritzprozesses wird sowohl der Formeinsatz 37 als auch das vordere Ende des Schraubkerns mittels des Temperiermittels gekühlt, um den in die Kavität eingespritzten Kunststoff möglichst rasch auszuhärten.

Der Formeinsatz 37 wird gekühlt, indem Temperiermittel über den Anschluß 41 in den Temperierkanal 40 eingeleitet wird, in diesem den Formeinsatz 37 umströmt, Wärme aufnimmt und über den Anschluß 42 abgeleitet wird.

Das vordere Ende des Drehkerns 14 wird mittels des in den umlaufenden Temperierkanälen 19 strömenden Temperiermittels gekühlt. Das Temperiermittel wird vom Temperiermittelversorgungsnetz über den Kanal 32 in die Durchgangsbohrung 29 eingespeist. Von dieser strömt das Temperiermittel in den Schlitz 25 und von dort in den Zufuhrkanal 17. Im Zufuhrkanal 17 strömt das Temperiermittel innerhalb des Drehkerns 14 axial zu dessen vorderen Ende und wird dort in die umlaufenden Temperierkanäle 19 verteilt. In diesen Temperierkanälen 19 umströmt das Temperiermittel das vordere Ende des Drehkerns 14 und nimmt Wärme auf. Das erwärmte Temperiermittel strömt über den Abfuhrkanal 28 in einen weiteren Schlitz 26 der Drehhülse 24. Über die Durchgangsbohrung 30 und den Kanal 33 wird das erwärmte Temperiermittel in das Temperiermittelversorgungsnetz abgeführt.

Das vordere Ende des Hülsenauswerfers 6 wird mittels des im umlaufenden Temperierkanal 11 strömenden Temperiermittels gekühlt. Das Temperiermittel strömt über den Anschluß 12 in den Zufuhrkanal 9 des Hülsenauswerfers 6. Von diesem wird es in den Temperierkanal 11 eingeleitet, in dem es das vordere Ende des Hülsenauswerfers 6 umströmt und Wärme aufnimmt. Das erwärmte Temperiermittel wird aus dem Temperierkanal 11 in den Abfuhrkanal 10 abgeleitet, von dem es aus über den Anschluß 13 in das Temperiermittelversorgungsnetz strömt.

Der Kern 1 wird ebenfalls mit Temperiermittel gekühlt. Dieses strömt durch den Kanal 3a in den in dem Kern 1 angeordneten Kanal 5 und wird dort mit einem Trennblech 4 in die vordere Spitze des Kanals 5 des Kerns 1 geleitet und von dort in den Kanal 3b zurückgeführt.

Durch die Wärmeabfuhr wird das Werkstück 38 gekühlt und härtet aus. Nachdem das gespritzte Werkstück 38 ausgehärtet ist, wird der Drehkern 14 über seinen Zahnkranz 20 durch das Zahnrad 21 rotiert. Durch die Führung des Außengewindes 22 in der Gewindeleitbuchse 23 wird diese Rotation in eine schraubenförmige Rotations- und Axialbewegung des Drehkerns 14 umgesetzt. Mit dieser schraubenförmigen Bewegung wird der Drehkern 14 aus dem Bereich des ausgehärteten Werkstücks 38, insbesondere aus dem in dem ausgehärteten Werkstück 38 vorgesehenen Innengewinde herausgedreht. Die Schraubenbewegung des Drehkerns 14 entspricht dabei dem Gewindegang des Innengewinde des Werkstücks. Mit dem rotierenden Drehkern 14 wird mitdrehend auch die Drehhülse 24 rotiert. Gegenüber der Drehhülse 24 wird jedoch die Schiebehülse 28 durch die Drehlager 27 von der Drehbewegung entkoppelt und verbleibt drehfest. Die Schiebehülse 28 wird somit über die Drehlager 27 lediglich axial mit der Bewegung des Drehkerns 14 mitgeführt. Ferner wird die Schiebehülse 28 in der Außenhülse 31 geführt.

Die in der Drehhülse 24 vorgesehenen Schlitze 25 und 26 gewährleisten, daß das Temperiermittel trotz der Rotationsbewegung des Drehkerns 14 und der Drehhülse 24 in die jeweilig ihnen zugeordneten Durchgangsbohrungen 29 und 30 der nicht mitrotierenden Schiebehülse 28 eingeleitet wird. Die teilweise axial in der inneren Oberfläche der Außenhülse 31 geführten und in Strömungsverbindung mit den jeweiligen Durchgangsbohrungen 29, bzw. 30 geführten Kanäle 32, bzw. 33 gewährleisten, daß das Temperiermittel auch bei Axialbewegungen der Schiebehülse 28 stets von den Durchgangsbohrungen 29, bzw. 30 in die Kanäle 32, bzw. 33 einströmen kann.

Nachdem der Drehkern 14 vollständig aus dem herzustellenden Werkstück 38 herausgedreht worden ist, wird der Formeinsatz 37 zurückgefahren und der Hülsenauswerfer 6 und der Abstreifer 46 am vorderen Ende des Schraubkerns ausgefahren, um das hergestellte Werkstück 38 vom Schraubkern abzustoßen. Anschließend werden der Hülsenauswerfer 6 und der Abstreifer 46 wieder in ihre ursprüngliche Position zurückgefahren und der Formeinsatz 37 wieder über den Schraubkern geführt, so daß ein erneuter Herstellungsprozeß eines Werkstücks beginnen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, einen Schraubkern zum Herstellen eines Werkstücks, das während des Herstellungsprozesses temperiert wird, insbesondere ein Kunststoffspritzwerkzeug, kontinuierlich mit einem Temperiermedium zu versorgen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstücks, das während des Herstellungsprozesses temperiert wird, insbesondere ein Kunststoffspritzwerkzeug, mit mindestens einem Hülsenelement, das in Richtung einer seiner Achsen bewegt wird und um dieselbe Achse rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hülsenelement ein Kanalsystem für ein Temperiermittel vorgesehen ist, das über eine Axial- Radialdurchführung mit ortsfesten Anschlüssen eines Temperiermittelversorgungsnetzes verbunden ist, und daß die Axial-Radialdurchführung eine Schiebehülse (28) aufweist, die relativ zu den Anschlüssen sowohl drehfest als auch axial verschiebbar auf dem Hülsenelement gelagert ist und jeweils Durchgänge (29, 30) für die Temperiermittelzu- und -abfuhr aufweist, deren Übergänge zu dem Kanalsystem und den Anschlüssen mittels Dichtungen abgedichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axial-Radialdurchführung eine konzentrisch auf der Schiebehülse (28) sitzende Außenhülse (31) aufweist, die relativ zu den Anschlüssen unbeweglich angeordnet ist, die Schiebehülse (28) axial führt und jeweils teilweise axial an der inneren Oberfläche der Außenhülse (31) in Strömungsverbindung mit den jeweiligen Durchgängen (29, 30) der Schiebehülse geführte Kanäle (32, 33) für die Temperiermittelzu- und -abfuhr aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axial-Radialdurchführung eine konzentrisch innerhalb der Schiebehülse (28) angeordnete Drehhülse (24) aufweist, die mitdrehend mit dem Hülsenelement verbunden ist und jeweils umlaüfende Schlitze (25, 26) für die Temperiermittelzu- und -abfuhr aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenelement ein Drehkern (14) eines Schraubkerns ist.