DE102015102941A1

DE102015102941A1 - Düsenanschluss für Injektoren einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffmaterial

Info

Publication number: DE102015102941A1
Application number: DE102015102941.3A
Authority: DE
Inventors: c/o INGLASS S.p.A. Corazza Alberto; c/o INGLASS S.p.A. Bordignon Fabio; c/o INGLASS S.p.A. Rossi Massimo
Original assignee: Inglass SpA
Current assignee: Inglass SpA
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2015-09-03
Also published as: US20150246471A1; JP6346574B2; KR20150103629A; BR102015004425B1; CN104890184B; JP2015214138A; US9339959B2; CN104890184A; BR102015004425A2

Abstract

Düsenanschluss (10) für Injektoren (3) einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffmaterialien, aufweisend einen inneren Rohrkörper oder eine Spitze (11), der/die einen Strömungskanal für das eingespritzte Kunststoffmaterial definiert, und einen äußeren Ring (9), der koaxial zur Spitze (11) ist. Die Spitze (11) weist ein radial inneres Element (12), das aus einem ersten Material besteht, und ein radial äußeres Element (13) auf, das aus einem zweiten Material besteht und in Kontakt mit einem im Wesentlichen axialen Abschnitt des radial inneren Elements (12) bis zum distalen Ende (15) davon angeordnet ist und mechanisch damit gekoppelt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Injektoren einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffmaterial. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Düsenanschluss für solche Injektoren, aufweisend einen inneren Rohrkörper oder eine Spitze, der/die einen Strömungskanal für das injizierte Kunststoffmaterial definiert, und einen äußeren Ring, der koaxial zur Spitze ist.
Stand der Technik
Düsenanschlüsse dieses Typs sind zum Beispiel aus den Dokumenten US-5299928 , US-6988883 und WO-2006/123237 bekannt. Typischerweise besteht der innere Rohrkörper oder die Spitze aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, während der äußere Ring, der dafür vorgesehen ist, während der Verwendung mit einer abgekühlten Form in Kontakt zu stehen, aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht, um Wärmeverluste zu verringern.
Die Notwendigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Spitze zu gewährleisten, schränkt die Wahl der Materialien, aus denen sie sich zusammensetzt, ein: zum Beispiel können Kupfer und seine Legierungen verwendet werden, die indes eine eher geringe Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegen Chemikalien der Kunststoffmaterialien, die während des Einspritzens durch die Spitze gelangen, aufweisen.
Aus dem Dokument US-7182591 ist ein Düsenanschluss des oben definierten Typs bekannt, dessen Spitze von zwei miteinander verschweißten axialen Abschnitten ausgebildet wird, die jeweils dem proximalen Ende und dem distalen Ende der Spitze selbst entsprechen. Beide Abschnitte bestehen aus demselben Material mit hoher Wärmebeständigkeit, so dass es sogar mit dieser Konfiguration unmöglich ist, das oben angeführte technische Problem zu lösen.
Aus dem Dokument US-2009/148550A1 ist ein Düsenanschluss bekannt, der dem vorkennzeichnenden Teil von Anspruch 1 entspricht, wobei die Spitze des Düsenanschlusses ein radial inneres Element aus einem ersten Material und ein radial äußeres Element aus einem zweiten Material, das in Kontakt mit einem im Wesentlichen axialen Abschnitt des radial inneren Elements bis zu dessen distalen Ende angeordnet ist, aufweist. Das radial innere und äußere Element der Spitze sind über mehrere Systeme miteinander gekoppelt, von denen jedoch keines imstande ist, eine sowohl axiale als auch winkelige stabile gegenseitige Befestigung sicherzustellen und gleichzeitig eine einfache Demontage für Wartungsarbeiten zu gewährleisten.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine funktionale und effiziente Lösung für das oben genannte Problem bereitzustellen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass eines des besagten radial inneren und äußeren Elements zumindest einen Einhakzahn aufweist, der in einen Sitz des anderen des besagten radial äußeren und inneren Elements eingreift. Durch dieses Lösungskonzept kann das radial innere Element der Spitze, mit dem das radial äußere Element mechanisch verbunden ist und das in Kontakt mit dem Strom des eingespritzten Kunststoffmaterials steht, aus einem Material mit hoher mechanischer Beständigkeit, hoher Abriebfestigkeit und hoher Beständigkeit gegen Chemikalien des Kunststoffmaterials hergestellt werden. Typischerweise kann dieses Material aus gehärtetem rostfreien Stahl (50–52 HRC) oder aus nicht rostfreiem Stahl oder Wolfram bestehen. Das zweite Material, mit dem das radial äußere Element ausgebildet ist, das das radial innere Element von außen umhüllt und weder in direktem Kontakt mit dem eingespritzten Kunststoffmaterial steht noch eine mechanische Funktion erfüllen muss, kann dagegen aus einer breiten Palette ausgewählt werden, die von Materialien mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit, wie elektrolytisches Kupfer (390 W/mK), bis zu stärker isolierenden Materialien, wie Titan (6,7 W/mK), reicht. Auf diese Weise ist es möglich, eine eindeutige Beziehung zwischen dem geformten Kunststoffmaterial, der Konfiguration des Angusses („gate“) der Form und der Wärmeleitfähigkeit, die benötigt wird, um die beste Leistung und damit die höchste Qualität der Formteile zu erzielen, zu definieren.
Anders ausgedrückt, ist es möglich, je nach den Eigenschaften des zu formenden Kunststoffmaterials, dem Typ der Form und der Konfiguration des Düsenanschlusses (Ventiltyp, frei fließender oder Torpedo-Typ) sowohl für das radial innere als auch für das radial äußere Element der Spitze die jeweils am besten geeigneten Materialien und ihre Kombinationen auszuwählen.
Die mechanische Kopplung zwischen dem radial inneren und äußeren Element der Spitze gewährleistet ein sicheres und zuverlässiges Befestigen des radial äußeren Elements bezüglich des radial inneren Elements, wobei die relative axiale und winkelige Positionierung fest gehalten wird, während gleichzeitig eine einfache Demontage der Spitze als Ganzes zusammen mit dem äußeren Ring des Düsenanschlusses für etwaige Wartungsarbeiten sichergestellt wird, ohne das die Gefahr einer Beschädigung des radial äußeren Elements besteht.
Mit Erreichen des Ziels der Effizienzsteigerung der Wärmeleitfähigkeit wird zudem die Kopplung zwischen dem radial inneren und äußeren Element der Spitze des Düsenanschlusses bequem durch Eingreifen hergestellt, was die Gefahr einer Trennung des radial äußeren Elements vom radial inneren Element während der Demontage der Spitze zur Wartung des Injektors noch weiter verringert. Zudem kann eine mechanische Kopplung zwischen dem radial äußeren Element der Spitze und dem Ring des Düsenanschlusses bereitgestellt werden.
Das radial äußere Element der Spitze kann weiterhin mittels eines Pulverauftrags durch Kaltspritztechnik oder thermische Spritztechnik, wie Plasmabeschichtung, Flammenbeschichtung oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF), direkt auf dem radial inneren Element durchgeführt werden. Durch diese Verfahren ist es möglich, das äußere Bauteil direkt auf dem inneren herzustellen und diese beiden Bauteile ohne zusätzliche mechanische Hilfsverbindungen miteinander zu verschweißen. In diesem Fall muss offenkundig die gesamte Spitze nachbearbeitet werden, um das gewünschte Fertigmaß zu erhalten.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel bereitgestellt werden, ausführlich beschrieben werden, wobei:
1 eine schematische vertikale Teilquerschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum Spritzgießen zeigt, die als Beispiel mit zwei Injektoren mit Düsenanschlüssen, von denen einer konventionell und einer erfindungsgemäß ist, ausgestattet ist,
2 eine vergrößerte Teilansicht des konventionellen Düsenanschlusses zeigt,
3 eine zu 2 analoge Ansicht zeigt, in der ein Beispiel einer Ausführungsform des Düsenanschlusses gemäß der Erfindung dargestellt ist,
4 eine zu 3 analoge Ansicht zeigt, in der ausschließlich der innere Rohrkörper oder die Spitze des Düsenanschlusses aus 3 dargestellt ist,
5 eine perspektivische Explosionsdarstellung von 4 zeigt, und
6 und 7 zwei vergrößerte Ausschnitte von 3 zeigen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Gemäß 1 weist eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffmaterialien konventionell eine Warmkammer 1, der das einzuspritzende Kunststoffmaterial im flüssigen Zustand unter Druck zugeführt wird, was im Fall des dargestellten Beispiels durch zwei Injektoren 2, 3, in diesem Fall vom Ventiltyp, erfolgt. Konventionell weist jeder Injektor 2, 3 einen Düsenkörper 4 auf, der mit der Warmkammer 1 in Verbindung steht und entlang dessen eine Verschlussnadel 5 axial beweglich ist, die durch einen fluidischen oder elektrischen Aktor 6 gesteuert wird.
Das untere Ende der Verschlussnadel 5 wirkt mit einem weiter unten beschriebenen Düsenanschluss zusammen, um den Strom des Kunststoffmaterials zum Anguss („gate“) einer Form zu öffnen oder zu schließen.
Der Injektor 2 ist mit einem konventionellen – oder vielmehr dem Stand der Technik entsprechenden – Düsenanschluss ausgestattet, der mit Bezugszeichen 7 bezeichnet und ausführlicher in 2 dargestellt ist. Er weist einen inneren Rohrkörper 8, der als Spitze bekannt ist und aus einem einzigen Stück Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (typischerweise Kupfer oder seine Legierungen) ausgebildet wird, und ein äußeres hohles Element 9 aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, Ring genannt, auf. Der Ring 9 ragt unter der Spitze 8 hervor und wird an seinem freien Ende abdichtend mit einer Form am jeweiligen Anguss gekoppelt.
Der Injektor 3, der auf der rechten Seite von 1 dargestellt ist, ist stattdessen mit einem Düsenanschluss gemäß der Erfindung ausgestattet, der als Ganzes mit 10 bezeichnet und in 3 bis 5 ausführlicher dargestellt ist. Auch in diesem Fall weist er den äußeren Ring 9, der im Wesentlichen analog zum äußeren Ring gemäß dem Stand der Technik ist, und einen inneren Rohrkörper oder eine Spitze (mit 11 bezeichnet), der/die stattdessen in einzigartiger Weise aus zwei Bauteilen ausgebildet ist, auf. Ein erstes Bauteil besteht aus einem radial inneren Element 12, das im Wesentlichen analog zur Spitze 8 des Düsenanschlusses 7 gemäß dem Stand der Technik ist und aus einem ersten Material hergestellt ist, und ein zweites Bauteil besteht aus einem radial äußeren Element 13, das aus einem vom ersten Material verschiedenen zweiten Material hergestellt ist.
Das radial innere Element 12 weist ein proximales Ende 14, das in die Düse 4 eingesetzt und darin verriegelt wird, und ein distales Ende 15, das aus der Düse 4 vorragt und das mit dem unteren Ende der Verschlussnadel 5 zusammenwirkt, auf.
Der Abschnitt des radial inneren Elements 12, der dem proximalen Ende 14 entspricht, weist typischerweise eine größere Dicke auf, während der übrige Teil bis zum distalen Ende 15 eine geringere Dicke aufweist, die zum Beispiel konstant ist.
Das radial äußere Element 13 umgibt und umhüllt das radial innere Element 12 von außen koaxial unter dem proximalen Ende 14 desselben bis zum distalen Ende 15. Während das radial innere Element 12 während des Einspritzens mit dem Strom des in die Form eingespritzten Kunststoffmaterials in Kontakt steht, steht somit das radial äußere Element 13 niemals damit in Kontakt. Dadurch können die zwei Elemente 12 und 13 mit verschiedenen Materialien hergestellt werden, die je nach den Eigenschaften des einzuspritzenden Kunststoffmaterials, dem Typ des Angusses der Form und der Konfiguration des Düsenanschlusses 11 auswählbar und kombinierbar sind: vom Ventiltyp wie im dargestellten Beispiel oder vom frei fließenden oder Torpedo-Typ.
Daher wird das radial innere Element 12, das Abrieb und Oxidation durch das Kunststoffmaterial standhalten muss, aus einem ersten Material mit hoher mechanischer Beständigkeit, hoher Abriebfestigkeit und hoher Chemikalienbeständigkeit hergestellt. Dieses erste Material kann aus gehärtetem oder vergütetem rostfreien Stahl, der indes mit einer äußerst niedrigen Wärmeleitfähigkeit ausgestattet ist (16 W/mK), oder aus gehärtetem oder vergütetem nicht rostfreien Stahl, der eine höhere Abriebfestigkeit sowie eine höhere Leitfähigkeit (32 W/mK) aufweist, oder aus Wolfram, das eine noch höhere Leitfähigkeit im Bereich von 80 W/mK aufweist, ausgewählt werden.
Das radial äußere Element 13 wird stattdessen aus einem zweiten Material hergestellt, das aus einer breiten Palette auswählbar ist, nämlich aus Materialien mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, wie Titan (4 W/mK), oder mit höherer Wärmeleitfähigkeit, wie Stahl (16–36 W/mK), Wolfram (80 W/mK), Kupfer- und Nickellegierungen (60–140 W/mK), Molybdänlegierungen, wie TZM (120 W/mK), Kupfer- und Berylliumlegierungen (120–300 W/mK), Aluminium (260 W/mK), elektrolytisches Kupfer (300–390 W/mK) und auch Graphit (60–400 W/mk).
Wie schon angeführt, richtet sich die Auswahl und die Kombination des ersten und zweiten Materials nach dem Typ des einzuspritzenden Kunststoffmaterials und der Konfiguration des Angusses „gate“. Hinsichtlich der Eigenschaften des Kunststoffmaterials ergibt sich zum Beispiel bei kristallinen Materialien im Allgemeinen das Problem einer „Kältekappe“ oder des Gefrierens am Anguss, was manchmal das Formen verhindert oder eine Temperaturerhöhung beim Wiederanlaufen erforderlich machen kann. Bei kristallinen Materialien muss die Spitze 11 daher im Allgemeinen eine hohe Temperatur aufweisen, so dass ein hochleitfähiges Material für das radial äußere Element 13 vorzuziehen ist.
Amorphe Kunststoffmaterialien verhalten sich dagegen oft gemäß dem Typ der Konfiguration der Spitze oder des Angusses anders. Im Falle von Ventildüsen ist zum Beispiel für diese amorphen Materialien eine hohe Temperatur erforderlich, damit sie besser fließen und um Filamente zu vermeiden, insbesondere bei einem direkten Einspritzen der Figuren, wohingegen im Falle eines freien Fließens eine niedrigere Temperatur der Spitze erforderlich ist, um das Problem des „Fadenziehens“ (die Bildung eines Kunststofffadens, der zwischen dem Formteil und der Düse verbleibt, wenn die Form während der Entnahme des Teils offen ist, der sich schwer vollständig entfernen lässt und eventuell während des nächsten Einspritzzyklus in der Form eingeschlossen bleibt) oder des „Sabberns“ vom Anguss (oder vielmehr des Tropfens von Kunststoffmaterial, das zu ästhetischen Schäden der geformten Teile nahe am Anguss oder sogar dazu führt, dass ein Formen nicht möglich ist, da der Tropfen abkühlt und den Anguss blockiert) zu verhindern.
Das Verhalten der halbkristallinen Kunststoffmaterialien bewegt sich im Allgemeinen in einem Zwischenbereich.
Sogar die Gestaltung des Rings 9 des Düsenanschlusses 10 kann das Verhalten des Kunststoffmaterials am Anguss der Form beeinflussen: zum Beispiel involviert ein „Durchlauf-Endring“ (in den Figuren) einen im Allgemeinen heißeren Anguss als dies bei einem Außenring („Blindsitz“) der Fall ist, da bei letzterem der auf der Form ausgebildete Anguss bekanntermaßen kälter ist. Dann können die oben beschriebenen Schäden auftreten.
Die Kopplung zwischen dem radial inneren Element 12 und dem radial äußeren Element 13 der Spitze 11 wird durch Eingreifen und gemäß der einzigartigen Eigenschaft der Erfindung zudem mit Hilfe einer mechanischen Retention, zum Beispiel vom im Bauteil in 6 ausführlicher dargestellten Typ hergestellt: zumindest ein Zahn 16, der radial aus der Außenfläche des radial inneren Elements 12 vorsteht und in einen komplementären Sitz 17 des radial äußeren Elements 13 eingreift. Die Anordnung des Zahns 16 und des Sitzes 17 kann natürlich auch umgekehrt sein.
Alternativ kann das radial äußere Element 13 der Spitze 11 nicht als separates Bauteil hergestellt und dann auf das radial innere Element 12 montiert werden, sondern stattdessen mittels Pulverauftrags durch Kaltspritztechnik oder thermische Spritztechnik, wie Plasmabeschichtung, Flammenbeschichtung oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF), direkt darauf hergestellt werden. Durch diese Verfahren lässt sich das äußere Bauteil 13 ohne zusätzliche mechanische Hilfsverbindungen direkt auf dem inneren Bauteil 12 anschweißen. Die so hergestellte Spitze 11 wird dann nachbearbeitet, um das gewünschte Fertigmaß zu erhalten.
Der äußere Ring 9, der typischerweise aus einem Material mit niedriger Leitfähigkeit, das dadurch stärker isoliert, wie Titan oder Stahl, hergestellt wird, wird mit dem radial äußeren Element 13 der Spitze 11 gekoppelt, und zwar auch in diesem Fall durch Eingreifen und mit eventueller Hilfe mechanischer Retention, zum Beispiel mittels zumindest eines Einhakzahns, der im Ausschnitt von 7 mit 18 bezeichnet ist.
Selbstverständlich können zahlreiche Variationen der Einzelheiten der Konstruktion und der Ausführungsformen gegenüber der hier beschriebenen und dargestellten Weise vorgenommen werden, ohne den in den folgenden Ansprüchen definierten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5299928 [0002]
US 6988883 [0002]
WO 2006/123237 [0002]
US 7182591 [0004]
US 2009/148550 A1 [0005]

Claims

Düsenanschluss (10) für Injektoren (3) einer Vorrichtung zum Spritzgießen von Kunststoffmaterialien, aufweisend einen inneren Rohrkörper oder eine Spitze (11), der/die einen Strömungskanal für das eingespritzte Kunststoffmaterial definiert und ein proximales Ende (14) und ein distales Ende (15) aufweist, und einen äußeren Ring (9), der koaxial zur Spitze (11) ist, wobei die Spitze (11) des Düsenanschlusses (10) ein radial inneres Element (12), das aus einem ersten Material besteht, und ein radial äußeres Element (13), das aus einem zweiten Material besteht und in Kontakt mit einem im Wesentlichen axialen Abschnitt des besagten radial inneren Elements (12) bis zum distalen Ende (15) davon angeordnet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eines des besagten radial inneren und äußeren Elements (12, 13) zumindest einen Einhakzahn (16), der in einen Sitz (17) des anderen des besagten radial äußeren und radial inneren Elements (13, 12) eingreift, aufweist.
Düsenanschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte radial innere und äußere Element (12, 13) der Spitze (11) durch Eingreifen miteinander gekoppelt werden.
Düsenanschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte radial äußere Element (13) der Spitze (11) mittels eines Pulverauftrags durch Kaltspritztechnik oder thermische Spritztechnik, wie Plasmabeschichtung, Flammenbeschichtung oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF), auf dem radial inneren Element (12) ausgebildet ist.
Düsenanschluss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte erste und zweite Material gemäß den Eigenschaften des einzuspritzenden Kunststoffmaterials, der Typologie der Spritzgießform und der Konfiguration des Düsenanschlusses (10) ausgewählt werden.
Düsenanschluss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte erste Material eine hohe mechanische Beständigkeit, hohe Abriebfestigkeit und hohe Chemikalienbeständigkeit aufweist.
Düsenanschluss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte erste Material aus gehärtetem rostfreien Stahl, nicht rostfreiem Stahl und Wolfram ausgewählt ist.
Düsenanschluss nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte zweite Material aus Materialien mit hoher oder niedriger Wärmeleitfähigkeit ausgewählt ist.
Düsenanschluss nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte zweite Material aus Titan, Stahl, Kupfer, Kupfer- und Berylliumlegierungen, Kupfer- und Nickellegierungen, Aluminium und Graphit ausgewählt ist.
Düsenanschluss nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte radial äußere Element (13) der Spitze (11) durch Eingreifen mit dem besagten äußeren Ring (9) gekoppelt ist.
Düsenanschluss nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte radial äußere Element (13) der Spitze (11) mit dem besagten äußeren Ring (9) mechanisch gekoppelt ist.