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Die Erfindung betrifft eine Spritzgießdüse zur Verwendung in einem Spritzgießwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Spritzgießdüsen, beispielsweise Heißkanaldüsen, werden in Spritzgießwerkzeugen eingesetzt, um eine fließfähige Masse, meist ein Kunststoffmaterial, bei einer vorgegebenen Temperatur unter hohem Druck einem Formeinsatz zuzuführen. Sie haben meist ein Materialrohr mit einem Strömungskanal, der über eine Einlassöffnung mit einem Verteilerkanal des Spritzgießwerkzeugs strömungsverbunden ist und über eine Auslassöffnung in die Angussöffnung des Formeinsatzes mündet. Spritzgießdüsen können - je nach Anwendung - in Gruppen oder einzeln im Spritzgießwerkzeug angeordnet sein. Oft sind die Spritzgießdüsen als Nadelverschlussdüsen ausgebildet, welche die Auslassöffnung und/oder die Angussöffnung nach jedem Spritzgießzyklus mittels einer Verschlussnadel verschließen.
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DE 10 2017 110 298 A1 beschreibt einen Einsatz für eine Spritzgießdüse mit einem Einsatzkörper, in dem mindestens ein Strömungskanal mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung ausgebildet ist.
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DE 100 13 920 A1 beschreibt ein Spritzgießwerkzeug mit zwei an einer Trennfläche voneinander getrennten, auf unterschiedlicher Temperatur gehaltenen Werkzeugteilen.
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US 3 677 682 A beschreibt ein L-förmiges Materialrohr für ein Spritzgießwerkzeug.
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Damit sich das fließfähige Material innerhalb des Strömungskanals der Heißkanaldüse nicht vorzeitig abkühlt, ist regelmäßig eine Heizvorrichtung in Form einer Düsenheizung vorgesehen, die z.B. außen auf das Materialrohr aufgesetzt ist und das Materialrohr bzw. den darin ausgebildeten Strömungskanal konzentrisch umgibt. Um ferner zu erreichen, dass die fließfähige Masse bis an die Angussöffnung des Formeinsatzes heran auf gleichmäßiger Temperatur gehalten wird, ist endseitig im Materialrohr eine Wärmeleithülse aus hochwärmeleitfähigem Material eingesetzt, die den Strömungskanal fortsetzt und endseitig eine Auslassöffnung für die Spritzgießdüse bildet.
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Zur Optimierung der Nadelführung bei Nadelverschlussdüsen und zum Schutz der Wärmeleithülse ist es ferner bekannt, einen Einsatz aus verschleißfestem Material am formnestseitigen Ende der Wärmeleithülse oder des Materialrohres vorzusehen. Dieser Einsatz setzt den Strömungskanal des Materialrohres und der Wärmeleithülse fort und bietet eine Zentrierführung für die Verschlussnadel (siehe beispielsweise
EP 1 654 105 B1 ).
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Die Einbausituation des Einsatzes zwischen Wärmeleithülse und Formeinsatz sowie vorhandene Spaltmaße zwischen dem Einsatz und der Wärmeleithülse können dazu führen, dass sich der Einsatz während eines Spritzgießvorgangs in Längsrichtung bewegt, namentlich dann, wenn sich die Verschlussnadel von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung bewegt und umgekehrt. Ebenso kann auch der Forminnendruck während des Spritzgießvorgangs eine Bewegung des Einsatzes bewirken.
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Durch diese Bewegungen des Einsatzes besteht die Gefahr, dass die zu erzeugende Artikelgeometrie beeinträchtigt wird, was immer dann problematisch ist, wenn der Einsatz einen Teil der Formnestwandung bildet. Dadurch können auf der Artikeloberfläche Hervorhebungen oder Einbuchtungen entstehen. Handelt es sich um eine Sichtfläche, kann der Artikel nicht verwendet werden.
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Die Bewegungen des Einsatzes können ferner zu abrasivem Verschleiß innerhalb der Wärmeleithülse und des Formeinsatzes führen, was sich ungünstig auf die Standzeit der Spritzgießdüse und des Spritzgießwerkzeugs auswirkt.
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Des Weiteren können die Bewegungen des Einsatzes und die dadurch bedingte ungleichmäßige Anlage des Einsatzes an der Wärmeleithülse und am Formeinsatz die Temperaturverteilung im Angussbereich beeinflussen.
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Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Spritzgießdüse zu schaffen, die eine stets stabile und gleichmäßige Einbausituation für den Einsatz gewährleistet. Die Einzelkomponenten der Spritzgießdüse sollen ferner zuverlässig Temperaturdehnungen und Dehnungen aufgrund der Druckverhältnisse kompensieren können. Ferner soll die Erfindung Material- und Parameterwechsel zulassen, ohne aufwendige Anpassungsarbeiten am Spritzgießwerkzeug vornehmen zu müssen.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 15.
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Bei einer Spritzgießdüse zur Verwendung in einem Spritzgießwerkzeug, mit einem Materialrohr, wobei in dem Materialrohr wenigstens ein Strömungskanal für eine Spritzgießmasse ausgebildet ist, mit einer Wärmeleithülse, die endseitig an oder in dem Materialrohr angeordnet ist und den Strömungskanal fortsetzt, und mit einem Einsatz, der endseitig an oder in der Wärmeleithülse angeordnet ist und den Strömungskanal fortsetzt, wobei der Strömungskanal mit einem Formeinsatz strömungsverbunden ist, sieht die Erfindung vor, dass die Wärmeleithülse ein Druckelement aufweist, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine Kraft auf den Einsatz auszuüben.
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Durch diese ebenso einfache wie kostengünstig realisierbare Lösung ist sichergestellt, dass der Einsatz zwischen der Wärmeleithülse und dem Formeinsatz stets passgenau positioniert ist. Die von dem Druckelement auf den Einsatz ausgeübte Kraft sorgt insbesondere dafür, dass sich der Einsatz während des Betriebes der Spritzgießdüse nicht bewegen kann, sondern permanent in einer definierten Position verbleibt. Das Druckelement sorgt mithin für eine stets stabile und gleichmäßige Einbausituation des Einsatzes zwischen der Wärmeleithülse und dem Formeinsatz.
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Die von dem Druckelement auf den Einsatz einwirkende Kraft macht die Spritzgießdüse zudem unabhängig von Temperatur- oder Druckeinflüssen. Ferner entsteht zwischen dem Einsatz, der Wärmehülse und dem Formeinsatz kein abrasiver Verschleiß, was die Lebensdauer der verbauten Komponenten steigert.
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Damit gewährleistet die erfindungsgemäße Spritzgießdüse eine stets perfekte und gleichbleibende Artikelgeometrie. Die Artikeloberfläche ist im Bereich des Einsatzes und im Bereich der Angussöffnung stets vollkommen eben, d.h. es entstehen keine unerwünschten Hervorhebungen oder Einbuchtungen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht zudem jederzeit die Durchführung von Material- und/oder Parameterwechseln, ohne dass aufwendige Anpassungsarbeiten am Spritzgießwerkzeug, insbesondere im Bereich der Wärmeleithülse oder des Einsatzes vorgenommen werden müssen.
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Die Erfindung sieht weiter vor, dass die von dem Druckelement erzeugte Kraft in Richtung Formeinsatz gerichtet ist. Dadurch ist für den Einsatz ein präziser Anschlag gegeben und der Einsatz kann seine vorgegebene Position in jeder Betriebssituation der Spritzgießdüse präzise einhalten.
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Dazu trägt auch bei, wenn die von dem Druckelement erzeugte Kraft in Längsrichtung des Materialrohrs gerichtet ist.
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Die Erfindung sieht weiter vor, dass das Druckelement am fomeinsatzseitigen Ende der Wärmeleithülse angeordnet oder ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Druckkraft von dem Druckelement unmittelbar auf den Formeinsatz ausgeübt werden.
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Konstruktiv ist es günstig, wenn das Druckelement einstückig mit der Wärmeleithülse ist. Die Zahl der Bauteile ist auf ein Minimum reduziert, was sich günstig auf Montagezeiten und Montagekosten auswirkt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Druckelement ein federelastisch ausgebildeter Abschnitt der Wärmeleithülse ist, wobei der federelastisch ausgebildete Abschnitt der Wärmeleithülse vorzugsweise Federstege aufweist, die durch schlitzförmige Ausnehmungen voneinander beabstandet sind.
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Die Federstege üben eine permanente und gleichmäßige Druckkraft auf den Einsatz aus, was im Sinne der Erfindung für gleichmäßige Anlagenverhältnisse zwischen Wärmeleithülse, Einsatz und Formeinsatz sorgt.
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Je nach Einsatz- und Platzverhältnissen sind die Federstege der Wärmeleithülse in Bezug auf die Längsachse gebogen, gekrümmt, S-förmig, konvex und/oder konkav ausgebildet.
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Damit ist es möglich, optimale Kraftverhältnisse zu schaffen, damit der Einsatz seine Position in der Spritzgießdüse und im Spritzgießwerkzeug stets zuverlässig einhält.
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Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der federelastisch ausgebildete Abschnitt der Wärmeleithülse in der Art einer Schraubenfeder ausgebildet ist. Auch hierdurch wird von dem Druckelement eine permanente und ausreichend große Kraft auf den Einsatz ausgeübt, so dass dieser gleichmäßig und eben am Formeinsatz anliegt.
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Die Erfindung sieht weiter vor, dass der Einsatz umfangsseitig einen umlaufenden Freistich aufweist, wobei das Druckelement zumindest während des Betriebes der Spritzgießdüse und zumindest abschnittsweise in den Freistich des Einsatzes eingreift und eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen der Wärmeleithülse und dem Einsatz bildet. Dies gewährleistet eine sicheren Halt zwischen dem Einsatz und der Wärmeleithülse. Handhabung sowie Montage und Demontage der Wärmeleithülse und des Einsatzes werden vereinfacht.
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Eine weitere wichtige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Einsatz eine Anlagefläche aufweist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Kraft von dem Druckelement der Wärmeleithülse aufzunehmen.
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Damit wird der Einsatz während des Betriebes der Spritzgießdüse mit hoher Stabilität und präzise in die gewünschte Anlageposition am Formeinsatz gedrückt, so dass sich der Einsatz nicht mehr bewegen kann. Temperaturdehnungen und wechselnde Forminnendrücke haben auf die Position des Einsatzes keinen Einfluss mehr.
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Mit Vorteil ist die Anlagefläche im Bereich des Freistichs ausgebildet. Einsatz und Wärmeleithülse sind dadurch kompakt und platzsparend ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren wichtigen Bauform liegt die Wärmeleithülse während des Betriebes der Spritzgießdüse mit dem Druckelement permanent an der Anlagefläche des Einsatzes anliegt, wobei der Einsatz formeinsatzseitig eine Stützfläche aufweist, die sich während des Betriebes der Spritzgießdüse an dem Formeinsatz abstützt.
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Auch dies trägt wesentlich dazu bei, dass der Einsatz von dem Druckelement und damit von der von dem Druckelement erzeugten Kraft in jedem Spritzgießzyklus zuverlässig in Position gehalten wird. Gleichzeitig ermöglicht die Ausbildung des Druckelements den Ausgleich von temperatur- oder druckbedingten Dehnungen innerhalb der Spritzgießdüse und des Spritzgießwerkzeugs, so dass die herzustellenden Artikel eine stets perfekte Oberfläche erhalten, insbesondere dann, wenn der Einsatz einen Teil oder einen Abschnitt des Formeinsatzes und damit die Angussöffnung für das Formnest bildet.
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Die Erfindung sieht weiter vor, dass der Einsatz einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt der Wärmeleithülse zugewandt ist, und wobei der zweite Abschnitt dem Formeinsatz zugewandt ist.
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Der Einsatz kann folglich entweder in die Wärmeleithülse eingesetzt sein, z.B. mit einem Halsabschnitt. Man kann den Einsatz aber auch teilweise Hülsenförmig ausbilden und auf die Wärmeleithülse oder gar auf das Materialrohr aufsetzen. Mit dem zweiten Abschnitt taucht der Einsatz vorzugsweise in den Formeinsatz ein und bildet mit seiner Stirnfläche einen Abschnitt der Formnestwandung sowie eine Angussöffnung für die zu verarbeitende Masse.
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Die Stützfläche des Einsatzes kann von einem Stützflansch gebildet werden, der radial nach außen ragt. Der Stützflansch kann bevorzugt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Einsatzes ausgebildet sein.
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Weiter vorzugsweise ist der Einsatz rotationssymmetrisch zur Längsrichtung ausgebildet, wodurch die Fertigung vereinfacht wird und zusätzlich gleichmäßige Anlageverhältnisse der verbauten Bauteilkomponenten während des Betriebs der Spritzgießdüse gewährleistet werden.
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Gleichzeitig kann der Einsatz insbesondere bei Nadelverschlussdüsen als Zentrierkörper fungieren. Er führt die Verschlussnadel durch innere Wandschrägen im Betrieb der Spritzgießdüse. Zusätzlich wird durch diese Maßnahme Kippmomenten, die in Nadelverschlussdüsen beim Öffnen und Schließen der Angussöffnung zu erwarten sind, entgegengewirkt und der Verschleiß zwischen dem Einsatz und der Verschlussnadel wird reduziert. Dabei bildet der Einsatz eine konisch verlaufende Wandung des Strömungskanals. Eine solche Wandung zentriert die Verschlussnadel während der Schließbewegung, sodass die Verschlussnadel stets präzise in ihren Dichtsitz einlaufen kann.
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Um die von einer Düsenheizung der Spritzgießdüse erzeugte Wärme möglichst weit entlang des Strömungskanals bis an den Formeinsatz heranzubringen, ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeleithülse zur Temperierung der Spritzgießmasse in thermischem Kontakt mit dem Strömungskanal steht. Überdies ist die Wärmeleithülse aus einem hoch wärmeleitfähigen Werkstoff gefertigt.
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In einer weiteren wichtigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der hoch wärmeleitfähige Werkstoff und damit die Wärmeleithülse unter Temperatureinwirkung federelastische Eigenschaften aufweist.
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Durch den hoch wärmeleitfähigen Werkstoff der Wärmeleithülse wird das zu verarbeitende Material optimal mit Wärme versorgt und mit konstant hoher Temperatur dem Formeinsatz zugeführt, ohne dass ein kalter Pfropfen entsteht. Zugleich kann die Wärmeleithülse selbst und/oder vorzugsweise mit ihrem Druckelement eine Federwirkung ausüben und den Einsatz in Richtung Formeinsatz drücken, so dass der Einsatz eine stets definierte Position einnimmt..
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Vorzugsweise ist die Wärmeleithülse konzentrisch zu dem Materialrohr und dem Strömungskanal angeordnet. Die Düsenheizung umgibt das Materialrohr konzentrisch.
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Die Wärmeleithülse wird endseitig in das Materialrohr bzw. in den Strömungskanal eingesetzt und bildet damit die Austrittsöffnung für den Strömungskanal. Die Wärmeleithülse kann in dem Materialrohr eingeschraubt sein, mit dem Materialrohr verlötet sein oder die Wärmeleithülse wird mit einem Sicherungselement im Materialrohr gesichert. Das gleiche gilt, wenn die Wärmeleithülse zumindest abschnittsweise auf das Materialrohr aufgesetzt wird.
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Der Einsatz wird vorzugsweise ohne Fixierung in die Wärmeleithülse und den Formeinsatz eingesetzt. Der Einsatz sitzt damit längsverschieblich zwischen der Wärmeleithülse und dem Formeinsatz.
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Der erste Abschnitt des Einsatzes ist vorzugsweise an die Wärmeleithülse formangepasst, während der zweite Abschnitt des Einsatzes vorzugsweise an den Formeinsatz formangepasst ist.
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Durch die Formanpassung wird eine präzise Führung des Einsatzes gewährleistet, ebenso eine weitgehend dichte Verbindung, die verhindert, dass Spritzgießmasse in Zwischenräume gelangen kann.
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Um eine einfache und kostengünstige Fertigung zu unterstützen und gleichmäßige Anlageverhältnisse der verbauten Bauteilkomponenten zu gewährleisten, ist die Wärmeleithülse nach einer bevorzugten Ausführungsvariante rotationssymmetrisch zur Längsrichtung ausgebildet.
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Ein federelastisch ausgebildeter Abschnitt zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Druckelements bzw. zur Aufbringung der erfindungsgemäß vorgesehenen Druckkraft auf die Anlagefläche des Einsatzes, ist relativ einfach durch eine gezielte Einstellung der Materialsteifigkeit des federnden Abschnitts zu erzielen. Dabei kann der federelastisch ausgebildete Abschnitt vorzugsweise eine geringere Materialstärke aufweisen, als ein restlicher Abschnitt der Wärmeleithülse. Dadurch wird die Steifigkeit bzw. Nachgiebigkeit des federelastisch ausgebildeten Abschnitts relativ einfach entsprechend auf die gewünschte Federkraftstärke abgestimmt. Der restliche Abschnitt ist hingegen Biegesteif und nicht elastisch und/oder federnd ausgebildet.
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Insgesamt kann die Federeigenschaft vorzugsweise durch ein Zusammenspiel zwischen der Materialstärke, der konstruktive Form des federelastisch ausgebildeten Abschnitts und der Anzahl von Ausnehmungen eingestellt werden. Vorzugsweise ist der Werkstoff der Wärmeleithülse derart zusammengesetzt, dass der federelastisch ausgebildete Abschnitt über die gesamte Temperaturbelastung hinweg, eine Federwirkung aufweist. Dadurch, dass der federelastisch ausgebildete Abschnitt der Wärmeleithülse eine konstante Kraft auf den Einsatz ausübt und den Einsatz stets auf Position hält, können Werkzeugparameter unabhängig vom Einsatz und Formeinsatz geändert und Modifikationen am Werkzeug vorgenommen werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der federelastisch ausgebildete Abschnitt der Wärmeleithülse konvex ausgebildet und liegt an der Anlagefläche des Einsatzes an. Durch die konvexe Form des federnden Abschnitts wirkt der Abschnitt sich elastisch gegenüber den in Längsrichtung durch die Anlagefläche des Einsatzes wirkenden Gegenkräften aus.
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Vorzugsweise weist der konvex ausgebildete federelastische Abschnitt dabei schlitzförmige Ausnehmungen in Längsrichtung auf, wobei der federelastische Abschnitt durch einzelne konvexe Krallenelemente gebildet ist. Aufgrund der konvexen Krallenelemente entsteht ein kleiner Luftspalt zwischen dem Strömungskanal bzw. Materialrohr und dem konvexen federnden Abschnitt, wodurch der thermische Kontakt abschnittsweise bis zur Anlagefläche des Einsatzes aufgehoben wird. Das verringert zusätzlich den Verschleiß während der Kraftübertragung am federnden Abschnitt zwischen Wärmeleithülse und Materialrohr.
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Die konvexen Krallenelemente sind bevorzugt zueinander gleichbleibend beabstandet und in Umfangsrichtung der Wärmeleithülse bzw. des federnden Abschnitts verteilt angeordnet. Dabei liegen die umlaufend beabstandeten, konvexen Krallenelemente vorzugsweise an der Anlagefläche des Einsatzes an und drücken den Einsatz auf die gewünschte Position am Formeinsatz. Die krallenförmige Ausbildung bietet insbesondere Vorteile hinsichtlich einer einfachen Montage- und Demontagemöglichkeit der Wärmeleithülse und/oder des Einsatzes. Bevorzugt können insgesamt 8 bis 12 einzelne konvexe Krallenelemente in gleichbleibenden Abständen und in Umfangsrichtung des federnden Abschnitts verteilt angeordnet sein. Dadurch, dass wenigstens 8 Krallenelemente vorgesehen sind, wird die Steifigkeit des federnden Abschnitts hinreichend reduziert, so dass die gewünschte Elastizität bzw. Federwirkung erzielt wird.
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Nach einer alternativen bevorzugten Ausführungsform, ist der federelastisch ausgebildete Abschnitt der Wärmeleithülse konkav ausgebildet und liegt an der Anlagefläche des Einsatzes an oder auf. Durch die konkave Form des federelastisch ausgebildeten Abschnitts wird der Einsatz stets in Richtung Formeinsatz gedrückt. Aufgrund der konkaven Ausbildung des federelastisch ausgebildeten Abschnitts, kann die Wärmeleithülse bis zur Anlagefläche des Einsatzes in Thermischem Kontakt mit dem Strömungskanal stehen, wodurch die Wärmeleitung zusätzlich verbessert wird und die Temperatur der Spritzgießmasse bis an die Angussöffnung im Einsatz nahezu konstant gehalten werden kann. Der thermische Kontakt wird dadurch in Längsrichtung verlängert und der in der konvexen Ausführung entstehende Luftspalt wird weitestgehend bis zur Anlagefläche des Einsatzes reduziert.
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In einer vorteilhaften Variante weist der konkav ausgebildete federelastische Abschnitt schlitzförmige Ausnehmungen in Längsrichtung auf, so dass auch hier Federstege gebildet werden. Die konkaven Federstege sind bevorzugt zueinander gleichbleibend beabstandet und in Umfangsrichtung der Wärmeleithülse bzw. des federnden Abschnitts verteilt angeordnet. Dabei liegen die umlaufend beabstandeten, konkaven Federstege vorzugsweise auf der Anlagefläche des Einsatzes auf und drücken diesen gleichmäßig in die gewünschte Position im Formeinsatz. Die krallenförmige bzw. geschlitzte Ausbildung des federelastisch ausgebildeten Abschnitts bietet insbesondere Vorteile hinsichtlich einer einfachen Montage- und Demontagemöglichkeit der Wärmeleithülse und/oder des Einsatzes.
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Bevorzugt können insgesamt 8 bis 12 einzelne konkave Federstege in gleichbleibenden Abständen und in Umfangsrichtung des federelastisch ausgebildeten Abschnitts verteilt angeordnet sein. Dadurch, dass wenigstens 8 Federstege vorgesehen sind, wird die Steifigkeit im Bereich des federnden Abschnitts hinreichend reduziert, so dass die gewünschte Elastizität bzw. Federwirkung in Längsrichtung erzielt wird.
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In einer Variante der Erfindung liegt der federelastisch ausgebildete Abschnitt mit seinem unteren Umfangsrand auf der Anlagefläche des Einsatzes auf.
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In einer weiteren Variante der Erfindung überragt der federelastisch ausgebildete Abschnitt die Anlagefläche, so dass neben einer Kraftwirkung in Richtung Formeinsatz und in Längsrichtung eine zusätzliche Kraftwirkung radial nach innen auf den Einsatz ausgeübt wird. Auf diese Weise wird der Einsatz nicht nur von dem Druckelement in Richtung Formeinsatz gedrückt, sondern zugleich auch zentriert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante, ist der federnde Abschnitt als Schraubenfeder ausgebildet, die eine umlaufende Schrägnut aufweist, wodurch der federnde Abschnitt mit der umlaufenden Schrägnut eine Druckfederwirkung erzeugt. Aufgrund der Druckfederwirkung des federnden Abschnitts, die durch die umlaufende Schrägnut erzeugt wird, können thermische Expansionen und/oder Kontraktionen in Längsrichtung kompensiert werden und gleichzeitig wird dadurch die gewünschte Federwirkung auf den Einsatz gewährleistet, so dass dieser konstant auf die vorgesehene Position am Formeinsatz gedrückt wird.
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Dabei weist der federnde Abschnitt mit der umlaufenden Schrägnut bevorzugt eine mehrkantige Außengeometrie auf, wobei die mehrkantige Außengeometrie insbesondere eine Sechskantgeometrie ist. Dadurch kann die Wärmeleithülse wie gewöhnlich einfach und schnell in das Materialrohr bzw. den Strömungskanal eingeschraubt werden. Bei Bedarf kann die Wärmeleithülse dadurch einfach und schnell demontiert werden. Im Gegensatz zu den konvex oder konkav ausgebildeten Krallenelementen, weist der federnde Abschnitt mit der umlaufenden Schrägnut eine höhere Materialstärke auf, als der restliche Abschnitt der Wärmeleithülse. Dadurch wird sichergestellt, dass sowohl die Druckfederwirkung, als auch die mehrkantige Außengeometrie im Bereich des federnden Abschnitts umgesetzt werden kann. Auch in dieser Ausführungsform besteht der Thermische Kontakt nahezu konstant bis zur Anlagefläche des Einsatzes. Der thermische Kontakt wird lediglich auf Höhe der Schrägnut minimal unterbrochen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen. Es zeigen
- 1 ein schematisches Schnittbild einer aus dem Stand der Technik bekannten Spritzgießdüse mit einer Wärmeleithülse und einem Einsatz;
- 2a, 2b eine schematische Schnittdarstellung eines Einsatzes in einer aus dem Stand der Technik bekannten Spritzgießdüse mit einer Wärmeleithülse in Öffnungs- und Schließstellung;
- 3a eine schematische Darstellung einer konvexen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse;
- 3b eine schematische Schnittdarstellung einer konvexen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse;
- 4a eine schematische Darstellung einer konvexen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse mit Krallenelementen;
- 4b eine schematische Schnittdarstellung einer konvexen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse mit Krallenelementen;
- 5a eine schematische Schnittdarstellung einer konkaven Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse;
- 5b eine schematische Schnittdarstellung einer konkaven Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse mit Krallenelementen;
- 6a eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse mit Druckfederwirkung und umlaufender Schrägnut; und
- 6b eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeleithülse mit Druckfederwirkung und umlaufender Schrägnut.
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Die 1 zeigt einen Teilquerschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Spritzgießdüse 10 bzw. Düsenanordnung zur Verwendung in einem Spritzgießwerkzeug.
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Die Spritzgießdüse 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Nadelverschlussdüse ausgebildet. Sie weist einen Düsenschaft 12 auf und ist mit einer Düsenheizung 14 zum Temperieren einer fließfähigen Spritzgießmasse ausgestattet. Konzentrisch und innerhalb der Düsenheizung 14 ist ein Materialrohr 20 angeordnet, in dem ein Strömungskanal 24 für eine in Längsrichtung L zu befördernde Spritzgießmasse ausgebildet ist. Der Strömungskanal 24 erstreckt sich innerhalb des Materialrohrs 20 und wird von einer Wärmeleithülse 40 und von einem Einsatz 60 fortgesetzt.
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Die Wärmeleithülse 40 sorgt für eine gleichmäßige Wärmeübertragung und ist konzentrisch zur Düsenheizung 14 angeordnet. Dabei umgibt die Wärmeleithülse 40 den Strömungskanal 24 und ist innerhalb des Materialrohrs 20 platziert.
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Endseitig bzw. stirnseitig ist an der Wärmeleithülse der Einsatz 60 angebracht, der mit wenigstens einem Formeinsatz 16 bzw. einer darin ausgebildeten Formkavität (nicht dargestellt) des Spritzgießwerkzeugs strömungsverbunden ist.
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Die in dem Materialrohr 20 angeordnete Wärmeleithülse 40 ist mittels einer (nicht dargestellten) Schraubverbindung fixiert. Der Einsatz 60 sowie eine im Strömungskanal 24 angeordnete Verschlussnadel 50 zum Schließen- und Öffnen der durch den Einsatz 60 gebildeten Angussöffnung am Formeinsatz 16, sind längsverschieblich ausgebildet. Man erkennt in 1, dass zwischen dem Einsatz 60 und der Wärmeleithülse 40 ein schmaler Bewegungsspalt k ausgebildet ist, so dass sich der Einsatz 60 in Längsrichtung L bewegen kann.
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Durch Hinzunahme von 2a und 2b werden die formeinsatz- und wärmeleithülsenseitigen Kontaktflächen des Einsatzes 60 im Betrieb der Spritzgießdüse 10 ersichtlich. Dazu weist der Einsatz 60 eine Anlagefläche 62 und eine Stützfläche 64 auf.
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Wenn sich der Einsatz 60 beim Öffnen und/oder Schließen der Verschlussnadel in Längsrichtung bewegt, was durch den Bewegungsspalt k möglich ist, verlässt er seine vorgesehene Position im Formeinsatz 16, was zur Folge hat, dass sich das stirnseitige, dem Formnest zugewandte Ende des Einsatzes bewegt. Dadurch kann im Formnest, insbesondere in der Wandung der Kavität ein Versatz entstehen, der auf der Oberfläche des herzustellenden Artikels in Erscheinung tritt. Dies ist nicht erwünscht, weil ein solcher Artikel ausgesondert und entsorgt werden muss.
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Der Einsatz 60 und die Wärmeleithülse 40 sind rotationssymmetrisch ausgebildet und der Einsatz 60 weist einen ersten und einen zweiten Abschnitt 61, 63 auf. Zum Ausbilden der Kontaktflächen ragen die Anlagefläche 62 und die Stützfläche 64 radial weiter nach außen als der erste und der zweite Abschnitt 61, 63. Der erste Abschnitt 61 ist form- und kraftschlüssig in die Wärmeleithülse 40 eingesetzt und mit der Wärmeleithülse 40 verbunden, wobei der zweite Abschnitt 63 im Formeinsatz 16 mündet.
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Die 3a und 3b zeigen die Wärmeleithülse 40 einer erfindungsgemäßen Spritzgießdüse. Diese Wärmeleithülse 40 hat ein Druckelement 30, das konstant eine Kraft in Längsrichtung auf den Einsatz 60 ausübt. Endseitig ist der erste Abschnitt 61 des Einsatzes 60 in die Wärmeleithülse 40 eingesetzt. Der zweite Abschnitt 63 des Einsatzes 60 liegt in der Darstellung außerhalb der Wärmeleithülse 40 und ist dazu vorgesehen, in dem Formeinsatz 16 (vgl. 1 und 2) zu münden bzw. anzuliegen. Wie man erkennt, weist der Einsatz 60 eine Anlagefläche 62 auf, an der das Druckelement 30 der Wärmeleithülse 40 während des Betriebs der Spritzgießdüse 10 konstant anliegt.
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Das Druckelement 30 ist als federnder Abschnitt 41 ausgebildet und schließt sich vorzugsweise einstückig an einen restlichen Abschnitt 48 der Wärmeleithülse 40 an. Der federnde Abschnitt 41 weist dabei im Querschnitt eine in Längsrichtung der Wärmeleithülse 40 konvex verlaufende Form auf, wodurch zwischen dem ersten Abschnitt 61 des Einsatzes 60 und dem federnden Abschnitt 41 der Wärmeleithülse, ein Luftspalt 46 entsteht. Wie insbesondere durch die Schnittdarstellung in 3b gezeigt wird, weist der federnde Abschnitt 41 eine geringere Materialstärke auf, als der restliche Abschnitt 48 der Wärmeleithülse 40, was sich günstig auf die Federwirkung auswirkt. Der federnde Abschnitt 41 bildet damit eine Art Glocke, die sich mit ihrem unteren Rand auf der Anlagefläche 62 des Einsatzes 60 abstützt und dadurch eine Kraft auf den Einsatz 60 ausübt, sobald die Wärmeleithülse 40 und der Einsatz 60 in der Spritzgießdüse 10 und im Formeinsatz 16 verbaut sind.
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Die 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform einer Wärmeleithülse 40 für die erfindungsgemäße Spritzgießdüse 10. Auch hier übt ein Druckelement 30 konstant eine Kraft in Längsrichtung auf den Einsatz 60 aus. Der konvex ausgebildete, federnde Abschnitt 41 ist in Längsrichtung der Wärmeleithülse 40 mit schlitzförmigen Ausnehmungen 42 versehen, so dass Federstege 43 entstehen. Dadurch wird der federnde Abschnitt 41 durch einzelne Federstege 43 gebildet. Die konvexen Federstege sind aufgrund der konvexen Formgebung krallenförmige Federelemente, die insgesamt ringförmig und gleichmäßig beabstandet angeordnet sind.
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Der Einsatz 60 ist ferner mit einem umlaufenden Freistich 65 versehen, wobei der konvexe, federnd ausgebildete Abschnitt 41 mit seinem (nicht näher bezeichneten) Umfangsrand oder den ausgebildeten Federstegen bzw. Krallenelementen 43 in den Freistich 65 des Einsatzes 60 eingreift und eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen der Wärmeleithülse 40 und dem Einsatz 60 bilden.
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In den 5a und 5b ist eine konkave Ausführung des federnden Abschnitts 41 im Schnitt dargestellt, wobei der federnde Abschnitt 41 in 5a durchgehend in der Art einer federelastischen Glocke ausgebildet ist, während in 5b der federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 Federstege 45 bildet, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Man erkennt in 5a, dass das Druckelement 30 und damit der federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 umfangsseitig über die Anlagefläche 62 hinausragt, so dass der federelastische Abschnitt 41 den Einsatz 60 nicht nur in Richtung Formeinsatz 16 drückt, sondern zusätzlich bezogen auf die Längsachse L der Spritzgießdüse 10 zentriert.
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Man erkennt ferner, dass die Anlagefläche 62 auf einem flanschähnlichen Vorsprung ausgebildet ist. Ferner ist ersichtlich, dass der federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 bis zum Freistich 65 des Einsatzes 60 einen in Längsrichtung der Wärmeleithülse 40 verlängerten, thermischen Kontakt zum Einsatz 60 aufweist.
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In 5b weist der konkav ausgebildete federnde Abschnitt 41 schlitzförmige Ausnehmungen 42 in Längsrichtung der Wärmeleithülse auf, wodurch der federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 in einzelne Federstege 45 unterteilt ist. Dadurch entsteht wie bei der konvexen Ausgestaltung des federelastisch ausgebildeten Abschnitts 41 ein Luftspalt 46 zwischen der Wärmeleithülse 40 und dem Einsatz 60, wobei der Luftspalt 46 bei der konkaven Ausbildung des federelastisch ausgebildeten Abschnitt 41 etwas schmaler ausgebildet ist als bei der konvexen Variante. Die konkaven Federstege 45 sind in Umfangsrichtung des ersten Abschnitts 61 des Einsatzes 60 bzw. umlaufend, in gleichbleibenden Abständen angeordnet.
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Sowohl in der geschlitzten, als auch in der ungeschlitzten Variante weist der konkave federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 eine geringere Materialstärke als der restliche Abschnitt 48 der Wärmeleithülse 40 auf.
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In den 6a und 6b ist eine weitere Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Wärmeleithülse 40 abgebildet.
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Das Druckelement 30 der Wärmeleithülse 40 hat hier einen federelastisch ausgebildeten Abschnitt 41, der in Form einer Schraubenfeder 44 ausgebildet ist. Diese weist eine umlaufende Schrägnut 47 auf, wodurch der federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 eine Druckfederwirkung in Richtung Formeinsatz 16 erzeugt und die erforderliche Längskraft auf die Anlagefläche 62 des Einsatzes 60 ausübt. Überdies kann an dem federelastisch ausgebildeten Abschnitt 41 am Außenumfang eine mehrkantige Außengeometrie 49 ausgebildet sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Sechskantgeometrie (vgl. 6b). Im Gegensatz zu den konvexen und konkaven Ausführungsformen des federelastischen Abschnitts 41, weist die Schraubenfeder 41 eine höhere Materialstärke auf, als der restliche Abschnitt 48 der Wärmeleithülse 40.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar, ohne den technischen Kerngedanken der Erfindung zu verlassen.
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Die erfindungsgemäße Spritzgießdüse 10 kann beispielsweise eine Heißkanaldüse zum Spritzgießen von Kunststoffmaterial sein. Die Spritzgießdüse 10 kann aber auch als Kaltkanaldüse ausgebildet sein. In diesem Fall wird die Düsenheizung 14 durch eine geeignete Kühlvorrichtung ersetzt.
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Das Druckelement 30 ist bevorzugt am fomeinsatzseitigen Ende der Wärmeleithülse 40 angeordnet oder ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Druckkraft von dem Druckelement 30 unmittelbar auf den Formeinsatz 60 ausgeübt werden. Demgegenüber kann die Erfindung auch vorsehen, dass das Druckelement 30 der Wärmeleithülse 40 auf der gegenüberliegenden Seite in Richtung Materialrohr 20 ausgebildet ist oder in einem Bereich zwischen dem Materialrohr 20 und dem Einsatz 60.
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Man erkennt, dass eine Spritzgießdüse 10 zur Verwendung in einem Spritzgießwerkzeug ausgebildet ist. Sie hat ein Materialrohr 20, wobei in dem Materialrohr 20 wenigstens ein Strömungskanal 24 für eine Spritzgießmasse ausgebildet ist, eine Wärmeleithülse 40, die endseitig an oder in dem Materialrohr 20 angeordnet ist und den Strömungskanal 24 fortsetzt, sowie einen Einsatz 60, der endseitig an oder in der Wärmeleithülse 40 angeordnet ist und den Strömungskanal 24 fortsetzt, wobei der Strömungskanal 24 mit einem Formeinsatz 16 strömungsverbunden ist. Zur Vermeidung von Artikelfehlern, insbesondere in der Artikeloberfläche im Angussbereich, ist vorgesehen, dass die Wärmeleithülse 40 ein Druckelement 30 aufweist, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine Kraft auf den Einsatz 60 auszuüben, vorzugsweise in in Richtung Formeinsatz 16. Das Druckelement 30 ist am fomeinsatzseitigen Ende der Wärmeleithülse 40 angeordnet als federelastisch ausgebildeter Abschnitt 41 der Wärmeleithülse 40 ausgebildet. Der federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 der Wärmeleithülse 40 kann glockenförmig ausgebildet sein oder Federstege 43, 45 aufweisen, die durch schlitzförmige Ausnehmungen 42 voneinander beabstandet sind. Alternativ kann der federelastisch ausgebildete Abschnitt 41 der Wärmeleithülse 40 in der Art einer Schraubenfeder 44 ausgebildet sein. Der Einsatz 60 hat eine Anlagefläche 62, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Kraft von dem Druckelement 30 der Wärmeleithülse 40 aufzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- L
- Längsrichtung
- k
- Bewegungsspalt
- 10
- Spritzgießdüse
- 12
- Düsenschaft
- 14
- Düsenheizung
- 16
- Formeinsatz
- 20
- Materialrohr
- 24
- Strömungskanal
- 30
- Druckelement
- 40
- Wärmeleithülse
- 41
- federnder Abschnitt
- 42
- schlitzförmige Ausnehmung
- 43
- Federsteg
- 44
- Schraubenfeder
- 45
- Federsteg
- 46
- Luftspalt
- 47
- Umlaufende Schrägnut
- 48
- Restlicher Abschnitt
- 49
- mehrkantige Außengeometrie
- 50
- Verschlussnadel
- 60
- Einsatz
- 61
- erster Abschnitt
- 62
- Anlagefläche
- 63
- zweiter Abschnitt
- 64
- Stützfläche
- 65
- Freistich
