DE102009019099B3

DE102009019099B3 - Spritzgießdüse

Info

Publication number: DE102009019099B3
Application number: DE200910019099
Authority: DE
Inventors: Herbert Günther; Torsten Schnell; Siegrid Sommer
Original assignee: GUENTHER HERBERT GmbH; Guenther Heisskanaltechnik GmbH
Current assignee: GUENTHER HERBERT GmbH; Guenther Heisskanaltechnik GmbH
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2029-04-30

Abstract

Die Erfindung sieht eine Spritzgießdüse (10) für ein Spritzgießwerkzeug vor, mit einem Düsenkörper (12), in dem ein Strömungskanal (13) für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit einem Schaft (20, 20', 20"), welcher den Düsenkörper (12) zumindest abschnittsweise mit radialem Abstand umschließt, wobei der Schaft (20, 20', 20") einen thermisch isolierenden Abschnitt (T) aufweist, der eine Aufnahme (26) bildet, welche das freie Ende (125) des Düsenkörpers (12) aufnimmt, bei der es besonders günstig ist, dass der Schaft (20, 20', 20") ganz oder teilweise aus hochfester Keramik ist und dass das freie Ende (125) des Düsenkörpers (12) unter Pressspannung in der Aufnahme (26) eingepasst ist. Zweckmäßig ist dabei der isolierende Abschnitt (T) des Schafts (20, 20', 20") aus hochfester Keramik. Man erkennt, dass der Schaft (20, 20', 20") einen zylindrischen Abschnitt (23) hat, der an einer Stufe (24) endet und dass der Schaft (20, 20', 20") mit dem zylindrischen Abschnitt (23, 23') längsverschiebbar in einer Ausnehmung (53) im Formnest (50) sitzt. Vorzugsweise hat der Schaft (20, 20', 20") unterhalb der Stufe (24) einen konischen Abschnitt (25), wobei zwischen dem konischen Abschnitt (25) des Schafts (20, 20', 20") und dem Formnest (50) ein Spalt (40) ausgebildet ist. Es ist vorteilhaft, dass der zylindrische Abschnitt (23, 23') eine Dichtung (D) bildet, wobei die Dichtung (D) den Spalt (40) begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießdüse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Spritzgießdüsen werden in Spritzgießvorrichtungen eingesetzt, um eine fließfähige Masse bei einer vorgebbaren Temperatur unter hohem Druck einem trennbaren Formeinsatz zuzuführen. Wichtig hierbei ist, dass die im Strömungskanalsystem geführte Masse bis an den Formeinsatz heran fließfähig gehalten wird, was eine genaue Temperaturführung notwendig macht. In der Form jedoch muss das Material rasch erstarren, um bei kurzen Zykluszeiten optimale Produktergebnisse erreichen zu können. Folglich müssen Wärmeverluste von der meist heißen Düse zum kalten Werkzeug möglichst gering gehalten werden, insbesondere im Bereich der Düsenspitze.
DE 20 2007 001 789 U1 offenbart eine Spritzgießdüse für eine Spritzgießvorrichtung, mit einem Düsenkörper, in dem wenigstens ein Strömungskanal für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit wenigstens einem Düsenmundstück, das zumindest eine Austrittsöffnung für die fließfähige Masse bildet. Der Düsenkörper und das Düsenmundstück sind einstückig und aus Keramik gefertigt, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung entlang der Längsachse der Spritzgießdüse sowie eine insgesamt hohe Verschleißfestigkeit erreicht werden soll.
EP 0 927 617 B1 offenbart eine Heißkanaldüse mit einem außenbeheizten Materialrohr, das endseitig mit einer Düsenspitze versehen ist. Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen und um Wärmeverluste zu verringern, ist das Materialrohr in ein schaftförmiges Gehäuse eingesetzt, das im unteren Bereich des Materialrohrs eine Kappe aus schlecht wärmeleitendem Material aufweist. Letztere berührt das Werkzeug lediglich an einer Stelle weitab von der Düsenspitze und bildet mit ihrem unteren Ende einen Schiebesitz für das Materialrohr, das mithin zentriert geführt und im Bereich der Düsenspitze thermisch gegenüber dem Werkzeug isoliert ist. Beim Aufheizen und Abkühlen des Systems findet jedoch aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen zwischen dem Materialrohr und der Schaftkappe eine Relativbewegung statt, die aufgrund des meist weichen, schlecht wärmeleitenden Materials zu hohem Verschleiß und damit zu Undichtigkeiten führen kann.
EP 0 528 315 A2 schlägt daher eine das Materialrohr umschließende mehrstufige Schaftanordnung vor, mit einem äußeren Hüllrohr aus hochfestem, gut wärmeleitendem Werkzeugstahl, einer daran anschließenden Trennhülse aus schlecht wärmeleitendem Material, etwa Chrom-Nickel-Stahl, und einem ringförmigen Endteil aus hochfestem Werkzeugstahl. Dadurch wird der Verschleiß zwischen dem Endteil und dem Materialrohr zwar reduziert. Problematisch ist jedoch, dass die Materialwahl für die schlecht wärmeleitende Trennhülse begrenzt ist, weil z. B. Titan und Stahl nicht miteinander verschweißbar sind und eine Schraubverbindung einen zu hohen Aufwand erfordert.
Als Weiterentwicklung sieht die DE 10 2006 018 336 A1 einen Schaft bestehend aus einem Schaft-Hauptteil, einem kappenförmigen Trennteil aus Titan und einem ringförmigen Endteil aus gehärtetem Stahl vor. Der kappenförmige Titan-Trennteil hat an seinem unteren Ende eine stufenförmige Aufnahme in welcher der ringförmige Endteil angeordnet ist. In dem ringförmigen Endteil ist das freie Ende des Düsenkörpers angeordnet.
Auch diese Lösung hat mehrere Nachteile. So ist zum einen der Werkstoff Titan sehr teuer, was entsprechende Kosten bei der Fertigung von verhältnismäßig großen Teilen nach sich zieht. Andererseits ist Titan auch ein sehr weicher Werkstoff. Dies führt jedoch dazu, dass die Passung der Titan-Kappe nach dem ersten Heizzyklus spätestens jedoch nach dem zweiten oder dritten Montage-/Demontagezyklus verloren geht. Die Düse ist somit weitestgehend an den ihren ersten und damit einzigen Einsatzort gebunden, Auswechslung zur Montage in einem anderen Werkzeug ist nur unter sehr großem Restaurationsaufwand möglich. Daneben macht genau diese Weichheit der Titankappe das Einsetzen des ringförmigen Endteils notwendig. Beim Erreichen der Betriebstemperatur soll das freie Ende des Düsenkörpers in diesem nämlich absolut dicht sitzen, um ein Eindringen von Schmelze in den Zwischenraum zwischen Düsenkörper bzw. Heizung und Schaft zu verhindern. Dabei wirken jedoch enorme Spannungskräfte auf die Aufnahme. Diesen Spannungskräften wäre die Titankappe nicht gewachsen, weshalb der Stahlring erforderlich ist. Dieser ist jedoch nicht schlecht-wärmeleitend, so dass der isolierende Effekt der Titankappe im Bereich der Aufnahme deutlich reduziert wird. Insgesamt ist auch die Fertigung des Schaftes aus drei verschiedenen Komponenten umständlich und erfordert insbesondere im Bereich des ringförmigen Endteils eine hohe Präzision beim Zusammensetzen, was wiederum mit hohen Fertigungskosten einhergeht.
Ein weiterer Nachteil all dieser Lösungen ist die hohe Anfälligkeit der verwendeten Materialien gegenüber Korrosion bzw. Oxidation die durch den Kontakt mit dem Spritzgießmaterial hervorgerufen werden können. Dabei unterliegt vor allem das mit dem Spritzgießmaterial in unmittelbarem Kontakt stehende Ende der Titankappe einem hohen Verschleiß, wenn hoch aggressive und abrassive Materialien verarbeitet werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese und andere Nachteile zu beseitigen und eine Spritzgießdüse mit einem zumindest teilweise thermisch isolierenden Schaft bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln und kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll der Wärmeübergang von der beheizten Spritzgießdüse auf die Formplatte wirksam unterbunden werden und die Spritzgießdüse soll auch bei wiederholter Montage bzw. Demontage möglichst verschleißfest sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 16.
Bei einer Spritzgießdüse für ein Spritzgießwerkzeug, mit einem Düsenkörper, in dem ein Strömungskanal für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit einem Schaft, welcher den Düsenkörper zumindest abschnittsweise mit radialem Abstand umschließt, wobei der Schaft einen thermisch isolierenden Abschnitt aufweist, der eine Aufnahme bildet, welche das freie Ende des Düsenkörpers aufnimmt, sieht die Erfindung vor, dass der Schaft ganz oder teilweise aus einer hochfesten Keramik gefertigt ist und dass das freie Ende des Düsenkörpers bei Betriebstemperatur und/oder bei Erreichen der Betriebstemperatur unter Pressspannung in der Aufnahme eingepasst ist.
Ein solcher erfindungsgemäßer Schaft aus hochfester Keramik stellt einerseits sicher, dass der Wärmeübergang zwischen dem Düsenkörper und der Formplatte so gering wie möglich ist. Man erkennt, dass es dabei besonders günstig ist, wenn der isolierende Abschnitt des Schafts aus hochfester Keramik gefertigt ist. Darüber hinaus ist Keramik äußerst beständig gegenüber Korrosion und Oxidation. Mithin wird auch der durch aggressive und abrassive Materialien hervorgerufene Verschleiß deutlich reduziert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse ist es, dass das freie Ende des Düsenkörpers unter Pressspannung in der Aufnahme eingepasst ist, sobald die Düse ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Mithin ist stets sichergestellt, dass das freie Ende des Düsenkörpers den Innenraum des Schaftes stets zuverlässig dichtend verschließt. So kann auf keinen Fall Spritzgießmasse in den Bereich zwischen Düsenkörper und Schaft gelangen. Auf diese Weise sind einerseits empfindliche elektrische Bauteile – bspw. eine Heizung – zuverlässig vor aggressiver Schmelze geschützt. Andererseits hat ein ungefüllter Luftspalt zwischen dem Düsenkörper und dem Schaft eine zusätzliche isolierende Wirkung.
Durch die Pressspannung mit welcher der Düsenkörper in die Aufnahme eingebracht ist, steht der Schaft jedoch im Bereich der Aufnahme unter Zugspannung. Daher ist es wiederum günstig, wenn der Schaft aus hochfester Keramik gefertigt ist. Im Gegensatz zum sehr weichen Werkstoff Titan, kann die hochfeste Keramik dieser mechanischen Belastung gut widerstehen wodurch Verschleißerscheinungen wirksam vorgebeugt werden. Des Weiteren treten durch die Heizzyklen beim Aufheizen und Abkühlen der Düse in Längsrichtung zwischen dem Düsenkörper und der Aufnahme Reibkräfte auf. Da Keramik einen sehr geringen Reibwert besitzt, ist der Werkstoff auch für diesen Belastungsfall ideal geeignet.
Um die unterschiedlich starke Wärmeausdehnung des Düsenkörpers und des Keramikschaftes auszugleichen ist es außerdem von Vorteil, wenn der Düsenkörper in Längsrichtung in der Aufnahme verschiebbar ist. Dies ist vorzugsweise der Fall bis die endgültige Betriebstemperatur erreicht ist, danach sitzt der Düsenkörper passgenau und fest in der Aufnahme.
Insgesamt wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung im gesamten Bereich des Schaftes stets eine optimale Verschleißfestigkeit erreicht, ohne dass die thermisch isolierende Wirkung in irgendeiner Weise beeinträchtigt würde und ohne dass ein zusätzliches Bauteil zur Gewährleistung einer der beiden Eigenschaften notwendig wäre. Tatsächlich wird dank der erfindungsgemäßen Lösung gleichzeitig die isolierende Wirkung etwa um Faktor 3 verbessert. Außerdem ist die Spritzgießdüse stets optimal dicht, was einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb der Spritzgießdüse ermöglicht.
Man erkennt, dass es günstig ist, wenn der Schaft einen zylindrischen Abschnitt hat, der an einer Stufe endet und wenn der Schaft mit dem zylindrischen Abschnitt längsverschiebbar in einer Ausnehmung in der Formplatte sitzt. Dabei hat der Schaft bevorzugt unterhalb der Stufe einen konischen Abschnitt und zwischen dem konischen Abschnitt des Schafts und der Formplatte ist ein Spalt ausgebildet. Der Spalt kann mit Luft oder mit erkalteter bzw. erkaltender Spritzgießmasse gefüllt sein. In beiden Fällen wirkt er als zusätzliche Isolierschicht zwischen dem isolierenden Schaft und der Formplatte und trägt so zur Minimierung des Wärmeüberganges zwischen dem beheizten Düsenkörper und der kühl zu haltenden Formplatte bei.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der zylindrische Abschnitt eine Dichtung bildet, die den Spalt begrenzt. Dadurch kann verhindert werden, dass Spritzgießmasse, die den Spalt zur Isolierung füllen soll, weiter als gewünscht vordringt. Auf diese Weise werden beispielsweise elektrische Anschlüsse und Befestigungselemente, die ebenfalls im Bereich zwischen dem Schaft bzw. dem Gehäuse und der Formplatte angeordnet sind vor der aggressiven Schmelze geschützt. Außerdem wird ein Austreten der Schmelze aus der Spritzgießvorrichtung deren Teil die Spritzgießdüse ist verhindert.
Man erkennt, dass der Schaft die Düse in der Formplatte zentriert und dass der Schaft die Düse in der Formplatte fixiert. Auf diese Weise entfallen zusätzliche und umständlichen Befestigungsmethoden sowie die Ausrichtung der Düse. Auch hier ist es wiederum von Vorteil, wenn der Schaft der Düse zumindest in dem Bereich, der die Düse in der Formplatte fixiert und zentriert, aus hochfester Keramik gefertigt ist. Dadurch werden zuverlässig sowohl der korrekte Sitz der Düse als auch die Dichtung zwischen Schaft und Formplatte gewährleistet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schaft in einem Gehäuse festlegbar.
Außerdem kann der Schaft mehrteilig sein, wobei der Schaft wenigstens einen unteren Schaftteil und einen oberen Schaftteil umfasst. Dabei können die Schaftteile miteinander verlötet, verschraubt oder mechanisch verbunden sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Schaftteil mit einander verschraubt oder mit einem Bajonett Verschluss aneinander gekoppelt sind. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der untere Schaftteil der thermisch isolierende Abschnitt des Schaftes ist, wobei der untere Schaftteil aus hochfester Keramik ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform der Spritzgießdüse mit einem einteiligen Schaft, der der Düsenkörper und der Schaft in einem Gehäuse festgelegt sind;
2 Detailansicht des Ausschnitts Y einer Spritzgießdüse entsprechend den Beispielen von 1, 3, 4a und 4b;
3 eine weitere Ausführungsform der Spritzgießdüse, bei der Düsenkörper im Kopfteil des einteiligen Schaftes festgelegt ist;
4a eine Ausführungsform mit zweiteiligem Schaft, der in einem Gehäuse festgelegt ist, wobei der obere und der untere Schaftteil miteinander verschraubt sind;
4b eine weitere Ausführungsform mit zweiteiligem Schaft, bei dem der Düsenkörper im oberen Schaftteil festgelegt ist und wobei die Schaftteile miteinander verschraubt sind;
5a eine Düse mit zweiteiligem Schaft entsprechend 4a, wobei die Schaftteile miteinander verlötet sind;
5b eine Düse mit zweiteiligem Schaft entsprechend 4b, wobei die Schaftteile miteinander verlötet sind;
6 Detailansicht der Lötstelle im Bereich Z der 5a und 5b.
7a Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines zweiteiligen Schafts, bei dem die Schaftteile mit Hilfe eines Bajonett-Verschlusses miteinander verbunden sind.
7b Seitenansicht des Ausführungsbeispiels von 7a
Die in 1 gezeigt Spritzgießdüse 10 hat ein Gehäuse 11 in dem ein Düsenkörper 12 angeordnet ist. In dem Düsenkörper 12 ist ein Strömungskanal 13 für eine fließfähige Masse ausgebildet, der sich entlang der Längsachse A der Spritzgießdüse 10 erstreckt.
Außerdem hat der Düsenkörper 12 einen Kopfteil 121 mit einem Flansch 123 und einem Befestigungsabschnitt 122. Auch das Gehäuse 11 hat einen oberen Abschnitt 111 in welchem der Kopfteil 121 des Düsenkörpers 12 festgelegt ist. Dazu kann der obere Abschnitt 111 eine Ausnehmung 115 mit einem zum Befestigungsabschnitt 122 komplementären Befestigungsabschnitt 116 sowie einer Kante 117 aufweisen, an welcher sich der Flansch 123 abstützen kann. Im oberen Abschnitt 111 kann darüber hinaus mindestens ein Befestigungsmittel 112 vorgesehen sein, welches dazu dienen kann, die Spritzgießdüse in oder an einer (nicht dargestellten) Verteilerplatte zu montieren. Zum Abdichten des montierten Düsenkörpers 12 gegenüber einer solchen Verteilerplatte ist ein Dichtring 18 im bzw. am Kopfteil 121 des Düsenkörpers 12 angeordnet.
Der Mittelteil 124 des Düsenkörpers 12 ist bevorzugt rohrförmig und von einer Heizung 14 umgeben. Auf die Heizung 14 kann ein Schutzrohr 15 aufgesteckt sein. Dieses kann einerseits zum Schutz von Heizelemente der Heizung 14 dienen, es ist aber auch denkbar, dass es sich dabei um eine thermische Isolationsschicht handelt.
Im freien Ende 125 des Düsenkörpers 12 kann eine Düsenspitze 17 eingesetzt werden. Diese kann eine oder mehrere Düsenaustrittsöffnungen 171 aufweisen, durch welche die Spritzgießmasse zu einem in der Formplatte 50 ausgebildeten Anguss 52 geleitet wird.
Darüber hinaus ist der Düsenkörper 12 von einem Schaft 20 umgeben. Dieser hat einen thermisch isolierenden Abschnitt T, der sich im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 über den gesamten Schaft 20 erstreckt. Dabei ist zwischen dem Düsenkörper 20 und dem Schaft 20, bevorzugt zwischen dem Schutzrohr 15 und dem Schaft 20 ein thermisch isolierender Luftspalt 30 vorgesehen. Der Schaft 20 umgibt den Düsenkörper 12 und die Heizung 14 somit in einem gewissen radialen Abstand. Um den Wärmeübergang zwischen der Heizung 14 und dem Schaft 20 möglichst gering zu halten und dennoch eine optimale Positionierung der Heizung 14 auf dem Düsenkörper 12 zu gewährleisten, ist an der Innenseite 29 des Schaftes 20 ein Anschlag 27 ausgebildet. Gegen diesen wird die Heizung 14 mit Hilfe mindestens einer Feder 16 – beispielsweise einer zwischen dem Kopfteil 121 und der Heizung 14 angeordneten Tellerfeder – gedrückt. Der Kontakt zwischen der Heizung 14 und dem Schaft 20 ist jedoch auf einen schmalen Ring im Bereich des Anschlags 27 beschränkt.
Der Schaft 20 hat einen Kopfteil 21, welcher in einer Ausnehmung 114 im unteren Abschnitt 113 des Gehäuses 11 festlegbar ist. Dazu kann der Kopfteil 21 beispielsweise mit einem Gewinde 211 ausgestattet sein. Der Schaft 20 sitzt unmittelbar in einer Ausnehmung 53 der Formplatte 50, die zur Aufnahme der Spritzgießdüse 10 vorgesehen ist. Er hat einen oberen zylindrischen Abschnitt 23 und einen unteren konischen Abschnitt 25. Am Übergang vom zylindrischen Abschnitt 23 zum konischen Abschnitt 25 ist eine Stufe 24 ausgebildet.
An der Stirnseite 28 des konischen Abschnitts 25 ist eine Aufnahme 26 mit einer Innenwand I ausgebildet. Diese Aufnahme 26 nimmt das freie Ende 125 des Düsenkörpers 12 auf. Dabei entspricht die Form der Innenwand I der äußeren Form des Endteils 125. Die Größe der Aufnahme 26 ist vorteilhaft so bemessen, dass das freie Ende 125 stets unter einer gewissen Pressspannung im Schaft 20 festgehalten wird. In der Folge steht das Material des Schaftes 20 im Bereich der Aufnahme 26 stets unter einer gewissen Zugspannung. Auf diese Weise wird der Luftspalt 30, der sich zwischen dem Düsenkörper 12 und der Innenwand 29 des Schaftes 20 befindet, wirksam gegenüber eindringendem Spritzgießmaterial abgedichtet.
Im Bereich des konischen Abschnittes 25 ist zwischen dem Schaft 20 und der Wandung 51 der Formplatte 50 ein Spalt ausgebildet 40. Dieser kann sich während des Betriebs der Spritzgießdüse 10 mit Spritzgießmaterial füllen. Das Material kann in dem Spalt 40 erkalten und so zur Isolation beitragen. Denkbar ist jedoch auch, dass der Spalt 40 lediglich mit Luft gefüllt ist.
Der zylindrische Abschnitt 23 des Schaftes 20 ist dagegen so bemessen, dass er im Betrieb der Spritzgießdüse 10 formschlüssig und dichtend an der Wandung 51 der Formplatte anliegt. Er bildet mithin die Dichtung D. Ein weiteres Vordringen des Spritzgießmaterials in den hinter der Stufe 24 liegenden Bereich zwischen Schaft 20 und Formplatte 50 wird dadurch wirksam verhindert. Als zusätzliche Dichtung verfügt der Schaft 20 darüber hinaus oberhalb des zylindrischen Abschnitts 23 über einen Dichtvorsprung 22.
Man erkennt, dass der Düsenkörper 12 einerseits mit Hilfe der Ausnehmung 26 im Schaft 20 fixiert und andererseits durch den Schaft 20 in der Formplatte zentriert wird. Letzteres wird insbesondere durch die formschlüssige Einpassung des zylindrischen Abschnitts 23 und des Dichtvorsprunges 22 in der Formplatte 50 erreicht.
Man erkennt weiter, dass es von besonderem Vorteil ist, wenn der erfindungsgemäße Schaft 20 einer erfindungsgemäßen Spritzgießdüse aus einer hochfesten Keramik gefertigt ist. Dadurch wirkt der Schaft 20 einerseits optimal isolierend zwischen dem heißen Düsenkörper 12 und der kalten Formplatte 50. Andererseits ist der aus Keramik gefertigte Schaft 20 auch derart verschleißfest, dass er problemlos und ohne Verformungen mehrere Male in die Formplatte 50 eingesetzt und wieder ausgebaut werden kann. Dabei ist stets eine optimale Passung und damit sowohl die Dichtung als auch die Zentrierung der Düse 10 in der Formplatte 50 gewährleistet. Außerdem widersteht der Schaft 20 auf diese Weise hohen mechanischen Beanspruchungen im Bereich der Aufnahme 26 selbst bei mehreren Aufheiz- und Abkühlungszyklen ohne größere Verschleißerscheinungen. Dies ist besonders wichtig, um einerseits die korrekte Positionierung des Düsenkörpers 12 im Schaft 20 und andererseits die Dichtung zwischen dem freien Ende 125 und der Innenwand I zu gewährleisten.
2 zeigt den in 1 mit Y markierten und höchsten Belastungen ausgesetzten Bereich des Schaftes 20 bei eingesetztem Düsenkörper 12 im Detail. In das Endteil 125 des Düsenkörpers 12 ist eine Düsenspitze 17 mit mehreren Düsenkanalöffnungen 171 eingesetzt. Zur Fixierung der Düsenspitze 17 im Düsenkörper 12 kann beispielsweise ein Gewinde 172 dienen.
Der untere Abschnitt 1251 des freien Endes 125 ist formschlüssig in der Aufnahme 26 des Schaftes 20 angeordnet. Man erkennt, dass der Innere Durchmesser des unteren Abschnittes 1251 größer ist als der innere Durchmesser des restlichen Düsenkörpers 12. Dies hat mehrere Vorteile. So ist einerseits dadurch genug Raum dafür gegeben, dass die Spritzgießmasse ungehindert aus den Düsenaustrittsöffnungen 171 austreten kann. Sie füllt in der Folge den freien Raum 126 sowie den Spalt 40 und überzieht dabei die Innenseite 1252 des Abschnitts 125, die Stirnseite 28 des Schaftes 20 und die Außenwand 251 des konischen Endes 25 mit einem Film. Dieser kann erkalten und trägt dann zur Isolierenden Wirkung des Schaftes 20 und des Spaltes 40 bei. Durch den etwas größeren Durchmesser des freien Raumes 126 und durch die Wärmeabgabe des Düsenkörpers 12 bleibt jedoch stets genug Freiraum für das ungehinderte Austreten der Spritzgießmasse. Ein weiterer Vorteil des größeren Innendurchmessers im Bereich des unteren Abschnittes 1251 ist, dass in der Folge die Wandstärke des Düsenkörpers 12 in diesem Bereich reduziert ist. Der Düsenkörper 12 gibt daher in diesem Bereich gerade genug Wärme ab, um die Spritzgießmasse bis zum Anguss 52 fließfähig zu halten. Gleichzeitig wird jedoch weniger Wärme auf den Schaft 20 übertragen, als es vergleichsweise bei einer konstant dicken Wandung des Düsenkörpers 12 der Fall wäre.
Erfindungsgemäß ist das freie Ende 125 des Düsenkörpers 12 unter Pressspannung in die Aufnahme 26 des Schaftes 20 eingebracht. Um das Einbringen des freien Endes 125 zu erleichtern, kann die Aufnahme 26 einen leicht konischen Bereich 261 aufweisen. Das freie Ende 125 kann dann über diesen konischen Bereich 261 in die Aufnahme 26 geschoben werden. Eine Anschlagkante 127, die an der Außenseite des Düsenkörpers 12 ausgebildet ist, verhindert dabei, dass der Düsenkörper 12 weiter als gewünscht in die Aufnahme 26 gepresst wird und womöglich sogar über den Schaft hinausragt.
Man erkennt weiterhin in 2, dass die Heizung 14 in dem Bereich ihres unteren Endes 141, der an dem Absatz 27 zu liegen kommt, eine Schräge 1411 aufweist. Dies gewährleistet einen sicheren Sitz der Heizung 14 an der Innenseite 29 des Schaftes 20. Vorteilhaft ist es, die Schräge 1411 so schmal wie möglich zu gestalten, um den Wärmeübergang von der Heizung 14 auf den Schaft 20 so gering wie möglich zu halten.
Je nach Art und Verwendung der Spritzgießvorrichtung, kann es entweder gewünscht sein, dass die Spritzgießdüsen wie in 2 vorgesehen, an einer Verteilerplatte befestigt werden oder dass die Spritzgießdüsen im Werkzeug festsitzen und eine Verteilerplatte über dem Kopfbereich der Spritzgießdüsen gleitend angeordnet werden. Die in 3 dargestellte Ausführungsform zeigt eine erfindungsgemäße Spritzgießdüse 10, die für letzteren Fall vorgesehen ist. Die Spritzgießdüse 10 hat wiederum einen Düsenkörper 12 mit einem Strömungskanal 13. Auf dem Mittelteil 124 des Düsenkörpers 12 ist eine Heizung 14 mit einem Schutzrohr 15 angeordnet. In das freie Ende 125 des Düsenkörpers 12 ist eine Düsenspitze 17 mit mehreren Düsenaustrittsöffnungen 171 eingesetzt. Das freie Ende 125 des Düsenkörpers 12 ist darüber hinaus wie bereits in Bezug auf das vorhergehende, in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben unter Pressspannung in eine Aufnahme 26 eines Schaftes 20' eingepresst. Der Ausschnitt Y beinhaltet die in 2 dargestellten Details.
Der Schaft 20' ist in einer Ausnehmung 53 der Formplatte 50 angeordnet. Er hat einen zylindrischen Abschnitt 23 und einen konischen Abschnitt 25, die durch eine Stufe 24 von einander getrennt sind. Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel ist zwischen dem konischen Abschnitt 25 und der Formplattenwandung 53 ein isolierender Spalt 40 ausgebildet. Der zylindrische Abschnitt 23 des Schafts 20' sitzt dagegen formschlüssig in der Ausnehmung 53, so dass er die Dichtung D bildet, die den Spalt 40 abdichtet. Als zusätzliche Dichtung dient wiederum der Dichtvorsprung 22. Auch hier erstreckt sich der thermisch isolierende Abschnitt T über den gesamten Schaft 20'.
Zur Festlegung der Spritzgießdüse 10 im Werkzeug ist der Kopf 21' des Schaftes 20' mit wenigstens einem Vorsprung 213 ausgestattet. Dieser Vorsprung 213 hat wenigstens einen, bevorzugt zwei Absätze 2131, 2132 zur korrekten Positionierung und zum Abstützen des Schaftes 20' in der Formplatte 50 bzw. Werkzeug. Im oberen Bereich 212 des Kopfteils 21' ist darüber hinaus ein Befestigungselement 211', bevorzugt ein Gewinde, vorgesehen, welches dazu dient, den Kopfteil 121 des Düsenkörpers 12 aufzunehmen und festzulegen. Der Kopfteil 121 kann dazu ein komplementäres Befestigungselement, beispielsweise ein Gewinde 122 aufweisen.
Zur Aufnahme von elektrischen Anschlüssen 142, beispielsweise zur Versorgung der Heizung 14 oder eines Temperaturfühlers, können in der Seitenwand 214 des Kopfteils 21' des Schaftes 20' eine oder mehrere Öffnungen 215 vorgesehen sein.
Man erkennt, dass es auch bei diesem Ausführungsbeispiel von großem Vorteil ist, wenn der Schaft 20' aus einer hochfesten Keramik gefertigt ist. Auf diese Weise kann er einerseits den hohen Mechanischen Belastungen, insbesondere der Zugspannung im Bereich der Aufnahme 26 und den durch die Ausdehnung des Schaftes 20' in der Formplatte wirkenden Druck- und Spannungskräften, optimal widerstehen. Andererseits wirkt er über die gesamte Länge des Düsenkörpers 12 optimal isolierend. Hinzu kommt, dass der Schaft 20' schnell und kostengünstig gefertigt werden kann.
Die 4a, 4b, 5a und 5b zeigen vier weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse 10, bei denen der Schaft 20'' jeweils zweiteilig ausgebildet ist. Er umfasst jeweils einen unteren Schaftteil 201 und einen oberen Schaftteil 202, 202'. In allen vier Ausführungsvarianten ist der untere Schaftteil 201 aus einer hochfesten Keramik, während der obere Schaftteil 202, 202' aus einem anderen Material, beispielsweise Stahl besteht. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die kostengünstige Fertigung der Spritzgießdüsen 10 vorteilhaft. Der untere Schaftteile 201 ist dann jeweils der thermisch isolierende Abschnitt T des Schaftes 20''.
Wie bereits bei den in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsvarianten können auch Spritzgießdüsen 10, die den in den 4a, 4b, 5a und 5b gezeigten Beispielen entsprechen sowohl fest an einem (nicht dargestellten) Verteiler montiert werden, als auch mit einem über dem Kopf der Düse gleitend gelagerten Verteiler in Verbindung stehen.
Die 4a und 5a zeigen daher jeweils eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse 10 mit einem zweiteiligen Schaft 20'', bei welcher der obere Schaftteil 202 mit einem Kopfteil 21'' und einem Befestigungselement 211'' in einem Gehäuse 11 angeordnet ist. Das Gehäuse 11 hat alle Merkmale des in 1 darge stellten Gehäuses 11 und weist dementsprechend Befestigungselemente 112 zum Festlegen der Düse an einem (nicht dargestellten) Verteiler auf.
Bei den in den 4b und 5b dargestellten Beispielen, ist wie im in 3 gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Düsenkörper 12 unmittelbar im Schaft 20' festgelegt, und zwar im oberen Schaftteil 202'.
Zur Festlegung der Spritzgießdüse 10 im Werkzeug ist der Kopf 21'' des oberen Schaftteils 202' mit wenigstens einem Vorsprung 213' ausgestattet. Dieser Vorsprung 213' hat wenigstens einen, bevorzugt zwei Absätze 2131', 2132' zur korrekten Positionierung und zum Abstützen des Schaftes 20'' in der Formplatte 50 bzw. Werkzeug. Im oberen Bereich 212' des Kopfteils 21'' ist darüber hinaus ein Befestigungselement 211'', bevorzugt ein Gewinde, vorgesehen, welches dazu dient, den Kopfteil 121 des Düsenkörpers 12 aufzunehmen und festzulegen. Der Kopfteil 121 kann dazu ein komplementäres Befestigungselement, beispielsweise ein Gewinde 122 aufweisen.
Zur Aufnahme von elektrischen Anschlüssen 142, beispielsweise zur Versorgung der Heizung 14 oder eines Temperaturfühlers, können in der Seitenwand 214' des Kopfteils 21'' des Schaftes 20'' Öffnungen 215' vorgesehen sein.
Zur Festlegung des unteren Schaftteils 201 an dem oberen Schafteil 202, 202' gibt es verschiedene, in den 4a, 4b, 5a und 5b dargestellte Möglichkeiten. Dabei können der obere Schaftteil 202, 202' und der untere Schaftteil 201 in einem Verbindungsbereich 60, 60' beispielsweise mit Hilfe eines Gewindes oder auf stoffschlüssige Weise verbunden werden. In allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Verbindungsbereich 60, 60' etwa in der Mitte des zylindrischen Abschnittes 23 angeordnet. Im montierten Zustand schließen sich die beiden Schaftteile 201, 202, 202' dann glatt aneinander an, so dass der Schaft 20' 20'' eine glatte äußere Oberfläche aufweist.
Die 4a und 4b zeigen dabei einen Verbindungsbereich 60, bei dem der obere Schaftteil 202, 202' einen Vorsprung 61 mit einem Gewinde 611 aufweist. Der untere Schaftteil 201 hat eine Aufnahme 62, mit einem komplementären Gewinde 612, in welches das Gewinde 611 eingeschraubt werden kann.
Der in den 5a und 5b dargestellte Verbindungsbereich 60' ist in einer Detailvergrößerung auch in der 6 gezeigt. Auch hier hat der obere Schaftteil 202, 202' einen Vorsprung 61, der in eine Aufnahme 62 eingreift, welche am unteren Schaftteil 201 ausgebildet ist. Zwischen dem Vorsprung 61 und der Aufnahme 62 ist Lotpaste L angebracht, so dass die beiden Schafteile 201, 202, 202' miteinander verlötet werden können.
Eine weitere besonders günstige Variante in Bezug auf die Befestigung der beiden Schaftteile aneinander ist in den 7a und 7b dargestellt. Diese zeigen jeweils ein oberes und ein unteres Schaftteil 201, 202. Im Verbindungsbereich 60'' ist an dem unteren Schaffteil 201 ein Bajonett-Haken 64 und am oberen Schaffteil 202 eine L-förmige Ausnehmung 65, in welcher der Bajonett-Haken 64 eingreifen kann ausgebildet. Der untere Schaffteil 201 wird zur Befestigung dann derart an den oberen Schaffteil 202 angesetzt, dass der Bajonett-Haken 64 in den offenen L-Schenkel 651 eingreifen kann. Die L-förmige Ausnehmung 65 ist im Übrigen so beschaffen, dass der Bajonett-Haken im Winkel der Ausnehmung 65 liegt, wenn der untere Schaftteil 201 soweit wie gewünscht in den oberen Schaftteil 202 eingeführt worden ist. Durch Verdrehen in Verschlussrichtung hintergreift der Bajonett-Haken 64 dann den Sicherungsvorsprung 652, so dass der untere Schaftteil 201 nicht mehr ohne Weiteres vom oberen Schaftteil 202 abgezogen werden kann.
Die Montage der beiden Schaftteile 201, 202 aneinander, insbesondere beispielsweise das Austauschen des unteren Schaftteiles im Falle einer unvorhergesehenen Beschädigung ist auf diese Weise sehr schnell und einfach möglich.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
So kann im freien Ende 125 des Düsenkörpers 12 auch ein Düsenmundstück zur Aufnahme und/oder zur Führung einer Verschlussnadel eingesetzt sein.
Der Verbindungsbereich 60, 60' kann auch außerhalb des zylindrischen Abschnittes 23 angeordnet sein.
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.
Man erkennt, dass es bei einer Spritzgießdüse 10 für ein Spritzgießwerkzeug, mit einem Düsenkörper 12, in dem ein Strömungskanal 13 für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit einem Schaft 20, 20', 20'', welcher den Düsenkörper 12 zumindest abschnittsweise mit radialem Abstand umschließt, wobei der Schaft 20, 20', 20'' einen thermisch isolierenden Abschnitt T aufweist, der eine Aufnahme 26 bildet, welche das freie Ende 125 des Düsenkörpers 12 aufnimmt, besonders günstig ist, dass der Schaft 20, 20', 20'' ganz oder teilweise aus hochfester Keramik ist und dass das freie Ende 125 des Düsenkörpers 12 unter Pressspannung in der Aufnahme 26 eingepasst ist. Zweckmäßig ist dabei der isolierende Abschnitt T des Schafts 20, 20', 20'' aus hochfester Keramik.
Man erkennt weiter, dass der Schaft 20, 20', 20'' eine zylindrischen Abschnitt 23 hat, der an einer Stufe 24 endet und dass der Schaft 20, 20', 20'' mit dem zylindrischen Abschnitt 23, 23' längsverschieblich in einer Ausnehmung 53 in der Formplatte 50 sitzt. Vorzugsweise hat der Schaft 20, 20', 20'' unterhalb der Stufe 24 einen konischen Abschnitt 25, wobei zwischen dem konischen Abschnitt 25 des Schafts 20, 20', 20'' und der Formplatte 50 ein Spalt 40 ausgebildet ist. Es ist vorteilhaft, dass der zylindrische Abschnitt 23, 23' eine Dichtung D bildet, wobei die Dichtung D den Spalt 40 begrenzt.
Darüber hinaus erkennt man, dass der Schaft 20, 20', 20'' die Düse 10 in der Formplatte 50 zentriert und dass der Schaft 20, 20', 20'' die Düse 10 in der Formplatte 50 fixiert.
Es kann außerdem zweckmäßig sein, dass der Schaft 20, 20', 20'' in einem Gehäuse 11 festlegbar ist und/oder, dass der Schaft 20', 20'' mehrteilig ist, wobei der Schaft 20', 20'' wenigstens einen unteren Schaftteile 201 und einen oberen Schaftteil 202, 202' umfasst. Die Schaftteile 201, 202, 202' können miteinander verlötet, verschweißt oder verschraubt sein. Günstig ist es, wenn der untere Schaftteil 201 der thermisch isolierende Abschnitt T des Schaftes 20', 20'' ist und wenn der untere Schaftteil 201 aus hochfester Keramik ist.
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.

A: Längsachse
D: Dichtung
I: Innenwand
L: Lotpaste
T: thermisch Isolierender Abschnitt
Y: Detailansicht vgl. 2
Z: Detailansicht vgl. 6
10: Spritzgießdüse
11: Gehäuse
111: oberer Abschnitt
112: Befestigungsmittel
113: unterer Abschnitt
114: Ausnehmung
115: Ausnehmung
116: Befestigungsabschnitt
117: Kante
12: Düsenkörper
121: Kopfteil
122: Befestigungsabschnitt
123: Flansch
124: Mittelteil
125: freies Ende
1251: untere Abschnitt
1252: Innenseite
126: freier Raum
127: Anschlagkante
13: Strömungskanal
14: Heizung
141: unteres Ende
1411: Schräge
142: elektrischer Anschluss
15: Schutzrohr
16: Feder
17: Düsenspitze
171: Düsenaustrittsöffnung
172: Gewinde
18: Dichtring
20, 20', 20'': Schaft
201: unterer Schaftteil
202, 202': oberer Schaftteil
21, 21', 21'': Kopfteil
211: Gewinde
211', 211'': Befestigungselement
212, 212': oberer Bereich
213, 213': Vorsprung
2131, 2131': Absatz
2132, 2132': Absatz
214, 214': Seitenwand
215, 215': Öffnung
22: Dichtvorsprung
23: zylindrischer Abschnitt
24: Stufe
25: konischer Abschnitt
26: Aufnahme
261: konischer Bereich
27: Anschlag
28: Stirnseite
29: Innenseite
30: Luftspalt
40: Spalt
50: Formplatte
51: Wandung
52: Anguss
53: Ausnehmung
60, 60': Verbindungsbereich
61: Vorsprung
611: Gewinde
62: Aufnahme
612: Gewinde

Claims

Spritzgießdüse (10) für ein Spritzgießwerkzeug, mit einem Düsenkörper (12), in dem ein Strömungskanal (13) für eine fließfähige Masse ausgebildet ist, und mit einem Schaft (20, 20', 20''), welcher den Düsenkörper (12) zumindest abschnittsweise mit radialem Abstand umschließt, wobei der Schaft (20, 20', 20'') einen thermisch isolierenden Abschnitt (T) aufweist, der eine Aufnahme (26) bildet, welche das freie Ende (125) des Düsenkörpers (12) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20, 20', 20'') ganz oder teilweise aus einer hochfesten Keramik gefertigt ist und dass das freie Ende (125) des Düsenkörpers (12) bei Betriebstemperatur unter Presspassung in der Aufnahme (26) eingesetzt ist.
Spritzgießdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (12) unterhalb der Betriebstemperatur in der Aufnahme (26) längsverschieblich ist.
Spritzgießdüse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Abschnitt (T) des Schafts (20, 20', 20'') aus hochfester Keramik ist.
Spritzgießdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20, 20', 20'') einen zylindrischen Abschnitt (23) hat, der an einer Stufe (24) endet.
Spritzgießdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20, 20', 20'') mit dem zylindrischen Abschnitt (23, 23') längsverschieblich in einer Ausnehmung (53) in der Formplatte (50) sitzt.
Spritzgießdüse nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20, 20', 20'') unterhalb der Stufe (24) einen konischen Abschnitt (25) hat.
Spritzgießdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem konischen Abschnitt (25) des Schafts (20, 20', 20'') und der Formplatte (50) ein Spalt (40) ausgebildet ist.
Spritzgießdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt (23, 23') eine Dichtung (D) bildet.
Spritzgießdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (D) den Spalt (40) begrenzt.
Spritzgießdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20, 20', 20'') die Düse (10) in der Formplatte (50) zentriert.
Spritzgießdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20, 20', 20'') die Düse (10) in der Formplatte (50) fixiert.
Spritzgießdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20, 20', 20'') in einem Gehäuse (11) festlegbar ist.
Spritzgießdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (20', 20'') mehrteilig ist, wobei der Schaft (20', 20'') wenigstens einen unteren Schaftteil (201) und einen oberen Schaftteil (202, 202') umfasst.
Spritzgießdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaftteile (201, 202, 202') miteinander verlötet, verschweißt oder mechanisch verbunden sind.
Spritzgießdüse nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Schaftteil (201) der thermisch isolierende Abschnitt (T) des Schaftes (20', 20'') ist.
Spritzgießdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Schaftteil (201) aus hochfester Keramik ist.