DE10353696B4

DE10353696B4 - Mikrodüse mit Wärmeleitvorrichtung

Info

Publication number: DE10353696B4
Application number: DE10353696.5A
Authority: DE
Inventors: Denis Babin
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2023-11-19
Also published as: US20040101589A1; US7131833B2; DE10353696A1; CA2450039A1

Abstract

Eine zum Herstellen spritzgegossener Komponenten ausgebildete Mikrodüse (100), umfassend: einen Düsenkörper; einen Schmelzekanal (106), der sich durch den Düsenkörper erstreckt, ausgebildet um eine Schmelzematerialströmung zu erlauben; einen Heizer (104), angeordnet in dem Düsenkörper und in der Nähe einer Seite des Schmelzekanals (106); und eine Wärmeleitvorrichtung (108), angeordnet in dem Düsenkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (108) separat vom Heizer (104) ausgebildet ist, wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) relativ heiße und kalte Bereiche der Mikrodüse (100) überbrückt, um ein gleichmäßiges Wärmeprofil entlang einer gesamten Länge des Schmelzekanals zu ermöglichen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mikrodüse, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 22 und 25, sowie auf eine ventilbetätigte flache Mikrodüse gemäß den Ansprüchen 29 und 39.
Hintergrund
Bei der Produktion von kleinen spritzgegossenen Objekten und von Objekten mit einer geringen Abmessung entlang einer gewissen Richtung ist es ideal ein Feld von engen und gering beabstandeten Einspritzsystemen zu verwenden um den Ausstoß pro Spritzzyklus zu steigern ohne die gesamte Bodenberührungsfläche des gesamten Systems zu erhöhen. (z. B. Systeme die einen kleinen oder engen Abstand zwischen angrenzenden Düsen oder angrenzenden Spritzgießteilen aufweisen). Ein Problem, das sich ergibt, ist, dass während Vorrichtungen zum Spritzgießen (z. B. Düsen) zunehmend kleiner geworden sind (z. B. Mikrodüsen), es schwieriger geworden ist, ein einförmiges Temperaturprofil in verschiedenen Bereichen der Düsen bereitzustellen. Normalerweise weisen Spritzdüsen ein Heizelement auf, wie einen rohrförmigen Heizer, eine dünne Heizfolie, einen Bandheizer, einen eingebetteten Heizer oder einen schraubenförmiger Spiralheizer die um den Düsenkörper herumgewickelt sind. Es gibt auch Spritzdüsen die Patronenheizer oder Wärmerohrheizer umfassen, die sich in dem Düsenkörper entlang des Schmelzekanals befinden. Der verfügbare Raum für das Heizelement nimmt innerhalb der Düse ab wenn die Abstandsanforderungen kleinere oder schmalere Abstände erfordern.
Jeder Formprozess hat eine notwendige Toleranz für ein Temperaturfenster und ein Temperaturprofil entlang des Schmelzekanals der Spritzdüse, um ein spritzgegossenes Objekt herzustellen. Abhängig vom Schmelzematerial, das beim Prozess verwendet wird, kann diese Toleranz relativ klein sein. Zum Beispiel kann es Bereiche geben, in denen das Schmelzematerial vorzeitig erstarrt, wenn es in verschiedenen Bereichen der Düse entlang des Schmelzekanals eine Temperaturänderung von 28–33 Grad gibt. Dies kann eine geringe oder schwerwiegende Blockierung eines Düsenkanals verursachen, was den Durchfluss des Schmelzematerial in dem Düsenkanal vollständig stoppen kann.
Dieses Problem ist bei den flachen Mikrodüsen erschwert, die mit zunehmend kleineren Durchmessern der Düsenkanäle ausgebildet sind und die quasi eckige Querschnittsprofile aufweisen.
In diesem Hinblick wird auf die DE 197 23 374 A1 von Heitec Bezug genommen, die eine flache Düse aufweist, mit einem in dem Düsenkörper entlang des Schmelzekanals angeordneten Heizer. Die dort offenbarte Heizdrahtanordnung weist eine ungleiche Verteilung entlang des Schmelzekanals auf, um den inneren Wärmeverlust zu kompensieren, der am Kopfteil und an dem spitzen Abschnitt der Düse auftritt.
Ein anderer Hersteller, Günther Heisskanaltechnik (siehe US-Patent US 2002/0 102 322 A1 ), verwendet eine flache Kupferhülle mit einem Patronenheizer, die um den Düsenkörper herum und entlang des Schmelzekanals angebracht ist. Diese Beheizungsanordnung versucht sich auf das Problem ungleicher Erwärmung zu richten. Leider muss, um die Kupferhülle anzubringen, die Düse in einer ihrer Abmessungen vergrößert werden. Daher funktioniert dieses Verfahren sehr wahrscheinlich nicht mit Mikrodüsen, die in einem Feld angeordnet sind und sich einer bestimmten Raumbeschränkung anpassen.
Eine Angussbuchse mit verbesserten Wärmeübertragungseigenschaften aus der US 5 136 141 A umfasst einen zylindrischen Buchsenkörper mit einem ringförmigen Hohlraum in dem mehrere Heizspiralen zwischen thermisch leitenden Material angeordnet werden, bevor ein Schmelzekanal durch den inneren Kern des zylindrischen Buchsenkörpers gebohrt wird.
Daher ist eine Düse wünschenswert (z. B. eine flache Düse, eine Mikrodüse oder eine flache Mikrodüse, die alle hierin als ”Mikrodüse” bezeichnet werden, die ein Wärmprofil der Mikrodüse ausgleicht, um eine Gleichmäßigkeit in der Schmelzematerialviskosität und -geschwindigkeit überall in einem Mikrodüsenkanal herzustellen, ohne die Abmessung der Düse deutlich zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 22, 25, 29 und 39.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Düse bereit (z. B. eine flache Düse, eine asymmetrische Düse, eine Mikrodüse oder eine flache Mikrodüse, die alle hierin als ”Mikrodüse” bezeichnet werden) mit einer Heizvorrichtung, einem Schmelzekanal und einer Wärmeleitvorrichtung in der Nähe von oder verbunden mit der Heizvorrichtung und/oder einem optionalen Thermoelement(e).
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Düse bereit (z. B. eine flache Düse, eine asymmetrisch Düse, eine Mikrodüse, eine flache Mikrodüse, etc.) die ausgebildet sind um spritzgegossene Komponenten herzustellen. Die Düse umfasst einen Düsenkörper, einen mit dem Düsenkörper verbundenen Heizer, einen durch den Düsenkörper laufenden Schmelzekanal, der ausgebildet ist eine Schmelzematerialströmung zu erlauben, und eine in dem Düsenkörper angeordnete Wärmeleitvorrichtung. Die Wärmeleitvorrichtung kann ausgebildet sein ein gleichmäßiges Wärmeprofil entlang der gesamten Länge des Schmelzekanals herzustellen. Der Düsenkörper kann symmetrisch oder asymmetrisch sein und kann aus einem anderen, geringer thermisch leitfähigen Material hergestellt sein als die Wärmeleitvorrichtung.
In einem Aspekt kann die Wärmeleitvorrichtung verwendet werden um ein Heizprofil der Düse auszugleichen, um eine Gleichmäßigkeit in der Schmelzematerialviskosität und -geschwindigkeit überall in einem Mikrodüsenkanal herzustellen.
Weitere Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wie auch die Struktur und Betrieb der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unten im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN/FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, erläutern die vorliegende Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, weiter dazu die Prinzipien der Erfindung zu erklären und es einem zuständigen Fachmann zu ermöglichen die Erfindung auszuführen und zu benutzen.
1–2 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3–4 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5–6 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7–8 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 und 10A sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10B und 10C sind vergrößerte Ansichten eines Abschnitts der Mikrodüse in 9 und 10A.
11 und 12A sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12B ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrodüse in 11–12A.
13 und 14A sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14B ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrodüse in 13 und 14A.
15 und 16A sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16B ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Mikrodüse in 15 und 16A.
17–18 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19–20 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21–22 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
23–24 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
25–26 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27–28 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
29 ist eine Querschnittsansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
30–31 sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
32 zeigt ein System entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Ähnliche Bezugsnummern können in den Zeichnungen identische oder funktionell ähnliche Elemente anzeigen. Zusätzlich kann die linke Ziffer(n) der Bezugsnummer die Zeichnung identifizieren, in der die Bezugsnummer als erstes erscheint.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Überblick
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen verschiedene Düsenkonfigurationen (z. B. Mikrodüsenkonfigurationen) die ein thermisch leitfähiges Material umfassen können (z. B. Kupfer oder Ähnliches) in der Nähe von oder verbunden mit einer Wärmevorrichtung(en) und/oder möglichen Thermoelement(en). Das thermisch leitfähige Material wird benutzt um ein Wärmeprofil einer Mikrodüse auszugleichen. Ein gleichmäßiges Wärmeprofil erlaubt eine Gleichmäßigkeit in der Viskosität und Geschwindigkeit des durch einen Mikrodüsenkanal strömenden Schmelzematerials. Eine Konfiguration des thermisch leitfähigen Materials in der Mikrodüse kann so ausgebildet sein, dass sie unter Berücksichtigung der Druckanforderungen eine Reduktion in der Mikrodüsenkanalgröße und der gesamten Mikrodüsengröße erlaubt.
Beispiele von herkömmlichen Spritzgießsystemen die flache Düsen nutzen sind in den US-Patenten Nr. US 4 793 795 A , US 4 810 184 A und US 4 923 387 A offenbart. All diese Patente sind von Mold-Masters Limited angemeldet, und sind hier durch den Bezug darauf in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Mikrodüsen werden verwendet um kleine Objekte und kleine spritzgegossene Objekte herzustellen. Auch erlauben Mikrodüsen eine größere Anzahl von Düsen in einem System mit einem begrenzten Raum. Beispielsweise sind in einer konventionelle Düsen verwendenden Spritzgießmaschine im Allgemeinen 16 Düsen im Auswurfbereich möglich. Im Gegensatz dazu sind Mikrodüsen die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt sind so groß, dass es möglich ist, 32 bis 64 Mikrodüsen in dem gleich großen Auswurfbereich einzusetzen.
Die weiter unten beschriebenen verschiedenen Mikrodüsen können hergestellt werden aus Werkzeugstahl, AerMet 100-Legierung, oder AerMet 300-Legierung, von welchen die letztere von Carpenter hergestellt ist, oder anderen bekannten Metallen oder Legierungen. Das Verhältnis zwischen einem Durchmesser einer ganzen Düse und eines Düsenkanals ist ausreichend, um dem Spritzdruck standzuhalten. Durch die Verwendung einer Wärmeleitvorrichtung in den gezeigten Konfigurationen wird die Größe einer Mikrodüse nicht größer sondern kann kleiner werden, wobei sie immer noch das gewünschte gleichmäßige Wärmeprofil erreicht.
Nach der anfänglichen Beschreibung der Elemente einer in den 1–2 gezeigten Mikrodüse 100 werden ähnliche Teile in den anderen Figuren im Wesentlichen mit ähnlichen Nummern gekennzeichnet. Jedoch werden nur Variationen zwischen den Ausführungsformen im Detail beschrieben. Es ist verständlich, dass alle Variationen und Umsetzungen der Verwendung eines thermisch leitfähigen Materials in der Nähe von oder verbunden mit einer Heizvorrichtung(en) und/oder einem möglichen Thermoelement(e) um ein Wärmeprofil in einer Düse auszugleichen von dem Umfang der vorliegenden Erfindung erfasst sind. Es ist auch verständlich, dass, obwohl nicht ausdrücklich gezeigt, Systeme die konventionelle Verteiler und Formhohlräume verwenden die beschriebenen Düsen verwenden können und von dem Umfang der vorliegenden Erfindung erfasst sind.
Thermisch betätigte Düsen
Thermisch betätigte Düsen arbeiten üblicherweise bei einer festgelegten Temperatur, bei der abhängig von der Einspritzkraft die Angussöffnung geöffnet oder geschlossen ist. Wenn das Einspritzen von Schmelzematerial beendet ist kann ein Teil des Schmelzematerials in dem Bereich der Angussöffnung leicht aushärten um zu erlauben ein Teil aus dem Formhohlraum zu entnehmen. Das teilweise erstarrte Material hält das Schmelzematerial davon ab aus der Düse herauszuströmen, d. h. es hält das gesamte Kunststoffmaterial in der Düse. Dann, wenn das Einspritzen des Schmelzematerials wieder beginnt, drückt die Einspritzkraft das gesamte kalte Material in die Form. Das US-Patent Nr. US 5 955 121 A umfasst ein Beispiel eines Formsystems mit einer thermischen Betätigung.
Die 1–2 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Düse (z. B. einer Düse, einer flachen Düse, einer Mikrodüse oder einer flachen Mikrodüse, die alle im Folgenden als „Mikrodüsen” bezeichnet werden) 100 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einigen Ausführungsformen kann die Mikrodüse 100 eine Mikrodüse in einem Feld von Mikrodüsen sein (z. B. siehe 32).
Die Mikrodüse 100 umfasst ein mögliches Thermoelement 102 das einen Heizer 104 (z. B. einen Patronenheizer, der wie ein Stab geformt ist) steuert. Beispielsweise kann eine Steuerungseinheit (nicht gezeigt) ausgebildet sein ein Signal von dem Thermoelement 102 zu empfangen. Der Heizer 104 kann dann so ausgebildet sein durch die Steuerungseinheit gesteuert zu werden, basierend auf dem empfangenen Signal von dem Thermoelement 102. Das Thermoelement 102 und der Heizer 104 sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Düse oder eines Schmelzekanals 106 angeordnet. In der Nähe des oder verbunden mit dem Heizer 102 ist eine Wärmeleitvorrichtung 108. Die Wärmeleitvorrichtung 108 kann aus Kupfer, Messing, Beryllium, Aluminium oder jedem Material das eine hohe thermische Leitfähigkeit bereitstellt hergestellt sein. Dieses Material kann unterschiedlich sein zu dem Material aus dem ein Körper der Mikrodüse 100 ausgebildet ist und kann thermisch leitfähiger als das Körpermaterial sein. Auch kann die Wärmeleitvorrichtung 108 in verschiedenen Formen ausgebildet sein, wie eine Hülse, ein Zylinder, eine Röhre oder dergleichen. Die Mikrodüse 100 umfasst weiter einen Spitzenbereich 110, wo das Schmelzematerial die Mikrodüse 100 und einen Flanschbereich verlässt, der Flanschbereich umfasst Dübel 112, die genutzt werden können für die Befestigung der Mikrodüse 100 in Bezug auf einen Verteiler (nicht gezeigt) und/oder einen Formhohlraum (nicht gezeigt).
Üblicherweise verursacht die Verwendung von unterschiedlichem Kunststoff und/oder Drücken während Formvorgängen andere Kühl- und Heizcharakteristiken für eine Düse. Dies kann zu verschiedenen Wärmeverlustcharakteristiken in unterschiedlichen Bereichen der Düse führen. Beispielsweise ist es typisch für verschiedene Bereiche während eines Formvorgangs 100 BTUs bis 1000 BTUs zu verlieren. Jedoch kann durch die Verwendung der Wärmeleitvorrichtung 108 ein gleichmäßiges Wärmeprofil durch das Ausgleichen relativ heißerer und kälterer Bereiche der Düse erreicht werden.
Daher verändern sich Temperaturen und Drücke in der Mikrodüse 100, weil unterschiedliche Wärmeverluste in der Spitze 110 und einem Flanschbereich auftreten, obwohl der Heizer 104 eine konstante Wärme liefert. Durch die Verwendung der Wärmeleitvorrichtung 108 können heiße Stellen schnell gekühlt und kalte Stellen schnell durch das Abführen zu bzw. von diesen Bereichen erwärmt werden. So entzieht die Wärmeleitvorrichtung 108 Wärme aus überhitzten Stellen um sie zurück zu kälteren Temperaturen zu bringen und führt Wärme in kalte Stellen um sie aufzuwärmen.
Durch diesen Prozess wird ein gesamtes Wärmeprofil der Mikrodüse 100 vergleichmäßigt oder stabilisiert. Daher verteilt die Wärmeleitvorrichtung 108 nicht nur die Wärme direkt vom Heizer 104, sondern verteilt auch die Wärme von überall her in der Mikrodüse 100 zu anderen Bereichen der Mikrodüse 100 die einen Ausgleich benötigen. In einigen Ausführungsformen ist die Wärmeleitvorrichtung 108 in einem heißesten Bereich und/oder nach der Spitze 110 angeordnet, besonders bei thermisch betätigten Düsen. Es ist verständlich, dass die Wärmeleitvorrichtung 108 in verschiedenen Formen hergestellt werden kann, wie einem Stab, einer Ader, oder Material das in einen Hohlraum in der Mikrodüse 100 gefüllt ist. Diese Merkmale gelten für alle anschließend diskutierten Ausführungsformen mit einer Wärmeleitvorrichtung.
Die 3–4 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 300 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Abwandlung zwischen der Mikrodüse 100 und der Mikrodüse 300 ist, dass ein Heizer 304 (z. B. ein rohrförmiger Heizer) anstatt des Patronenheizers 104 verwendet wird. Der Heizer 304 ist in eine Wärmeleitvorrichtung 308 gewickelt (z. B. möglicherweise integriert damit hergestellt) und innerhalb der Mikrodüse 300 positioniert.
Die 5–6 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 500 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform kann ein Hohlraum für einen Heizer 504 zu klein sein um zu erlauben, dass eine Wärmeleitvorrichtung 508 in der Nähe des Heizers 504 angeordnet wird. Daher ist die Wärmeleitvorrichtung 508 in der Nähe (z. B. ringsherum, einschließend, etc.) zu dem Thermoelement 502 angeordnet.
Die 7–8 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 700 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Anordnung ist der in den 5–6 gezeigten Ausführungsform ähnlich, außer, dass die Mikrodüse 700 eine Wärmeleitvorrichtung 708 umfasst, die in der Nähe zu einem Thermoelement 702 angeordnet ist.
Die 9 und 10A zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 900 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Mikrodüse 900 (z. B. ein Düsenkörper) asymmetrisch zu einer längsgerichteten Achse 916 des Mikrodüsenkanals angeordnet. Asymmetrische Mikrodüsen können in Systemen genutzt werden die eine Reduzierung der Mikrodüsengröße entlang einer Seite erfordern. Auch ist eine Anordnung für einen Düsenspitzenbereich 910 gezeigt mit einem Dichtungsquerschnitt als Teil eines Düsenkörpers angeordnet in der Nähe eines Bereichs in dem Schmelzematerial eine Formplatte abdichtet.
Die 10B und 10C zeigen vergrößerte Ansichten der Mikrodüse 900. Sie zeigen eine mögliche Anordnung einer Wärmeleitvorrichtung 908. Die Mikrodüsen 900 umfassen auch Anordnungsquerschnitt 1000 und 1002 (z. B. die Spitze in der Angussöffnung anordnend und abdichtend, so dass Kunststoff nicht aus dem System fließen kann), Gewinde 104 (z. B. verwendet um die Spitze in den Düsenkörper zu schrauben), eine Angussöffnung 1006, eine eingeschraubte Spitze 1008, ein Düsenkörper 1010, und ein Dichtungsquerschnitt 1012 (z. B. die Düse zum Formhohlraum abdichtend) des Düsenkörpers 1010.
Die 11 und 12A zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 1100 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ähnlich zur Mikrodüse 900 ist die Mikrodüse 1100 asymmetrisch zu einer längsgerichteten Achse 1116 des Düsenschmelzekanals. 12B ist eine vergrößerte Ansicht der Mikrodüse 1100 die eine mögliche Anordnung einer Wärmeleitvorrichtung 1108 zeigt. Die Mikrodüse 1100 umfasst auch Anordnungsquerschnitte 1200 und 1202, ein Gewinde 1204, eine Angussöffnung 1206, und ein Dichtungsquerschnitt 1212.
Die 13 und 14A zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 1300 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Mikrodüse 1300 asymmetrisch zu einer längsgerichteten Achse 1316 des Düsenschmelzekanals. 14B ist eine vergrößerte Ansicht der Mikrodüse 1300 die eine mögliche Anordnung einer Wärmeleitvorrichtung 1308 zeigt. Die Mikrodüse 1300 umfasst auch ein Gewinde 1404, eine Angussöffnung 1406, eine Spitze 1408, eine Übertragungsdichtung 1412 (z. B. eine Angussdichtung, Übergang zwischen dem Düsenkörper und einem Angusseinsatz), und eine sechseckige Oberfläche 1414 zum Entfernen (z. B. wenn ein mechanisches Mittel zum Entfernen der Spitze oder Übertragungsdichtung mit einer Fassung für das Sechseck ausgestaltet ist).
Die 15 und 16A zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 1500 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Mikrodüse 1500 asymmetrisch zu einer länglichen Achse 1516 des Düsenschmelzekanals. 16B ist eine vergrößerte Ansicht der Mikrodüse 1500 die eine mögliche Anordnung einer Wärmeleitvorrichtung 1508 zeigt. Die Mikrodüse 1500 umfasst auch ein Gewinde 1604 auf dem Düsenkörper, eine Angussöffnung 1606, eine Spitze 1608, eine Dichtung 1612, und Zinken 1614 zum Entfernen (z. B. wenn ein mechanisches Mittel das das Entfernen der Spitze erlaubt, das, wenn das Aufsetzen einer Fassung um die Dichtung Platz in Anspruch nimmt und nicht so dicht wie gewünscht aufgesetzt werden kann, Zinken anstatt eines Sechsecks verwendet, um die Größe zu verringern und so kleine Werkzeuge zum Entfernen der Dichtung oder Spitze erlaubt).
Die 17–18 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 1700 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Mikrodüse 1700 asymmetrisch zu einer länglichen Achse 1716 des Düsenschmelzekanals.
Die 19–20 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 1900 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Mikrodüse 1900 asymmetrisch zu einer länglichen Achse 1916 des Düsenschmelzekanals. Ein Thermoelement 1902 ist in einem Heizer 1904 (z. B. ein spiralförmiger Heizer) angeordnet. Sowohl Thermoelement 1902 als auch Heizer 1904 sind in einer Wärmeleitvorrichtung 1908 angeordnet (z. B. ist ein spiral- oder rohrförmiger Heizer um einen thermisch leitfähigen Stab angeordnet mit einem durch den Stab hindurchgehenden Loch um all die Vorrichtungen, Wärmeleitvorrichtung, Heizer und Thermoelement, in einen Raum einzufügen, um den Raum auf einer Seite des Düsenkanals zu reduzieren). Daher können in dieser Ausführungsform beide der zentralen Achse 1916 benachbarte Seiten im Vergleich zu den Mikrodüsen in den 1–18 reduziert werden.
Die 21–22 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 2100 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Mikrodüse 2100 asymmetrisch zu einer länglichen Achse 2116 des Düsenschmelzekanals. Die Mikrodüse 2100 umfasst zwei Heizer 2104 mit benachbarten Wärmeleitvorrichtungen 2108.
Die 23–24 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 2300 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform umfasst ein einzelner Düsenkörper 2300 zwei vollständige Düsenteile, die jeweils ihr eigenes Thermoelement 2302, Heizer 2304, Düsenkanal 2306, Wärmeleitvorrichtung 2308 und Spitze 2310 umfassen.
Die 25–26 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 2500 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist der Mikrodüse 2300 ähnlich indem zwei komplette Düsenteile gezeigt sind. Ein Hauptunterschied ist, dass ein Einlasskanal 2520 Schmelzematerial von einem Verteiler (nicht gezeigt) vor dem Verzweigen erhält, um das Schmelzematerial zu einem ersten und zweiten Düsenkanal 2506 zu leiten.
Ventilbetätigte Düsen
Die 27–28 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 2700 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wirkt eine Ventilnadel 2722 um die Strömung von Schmelzematerial durch die Spitze 2710 abzudichten. Auf die Verwendung der Ventilnadel 2722 um die Strömung von Schmelzematerial durch die Spitze 2710 zu beenden wird als die Verwendung einer Ventilsteuerung Bezug genommen. Obwohl die Ventilnadel 2722 innerhalb seines eigenen Kanals gezeigt wird kann in anderen Ausführungsformen die Ventilnadel 2722 in dem Düsenkanal 2706 angeordnet sein. Der Mikrodüsenkanal in einer Mikrodüse ist relativ klein, beispielsweise 4 mm, während ein typischer Durchmesser für die Ventilnadel 2722 2,5–3 mm ist. Daher kann, wenn der gleiche Kanal für die Schmelzströmung und die Ventilnadel 2722 genutzt wird, ein zu hoher Druckverlust die gesamte Düsenabmessung reduzieren. Das US-Patent Nr. US 4 380 426 A umfasst ein Beispiel eines Spritzgießsystems mit der Verwendung einer Ventilsteuerung, das durch den Bezug darauf hier in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Ein Düsenkanal 2706 krümmt sich vor dem Erreichen des Spitzenbereichs 2710 weil ein Nadelkanal dort angeordnet ist wo der Düsenkanal 2706 in einer nicht-ventilgesteuerten Mikrodüse sein würde.
29 zeigt eine Querschnittsansicht einer ventilbetätigten Mikrodüse 2900 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zwei Spitzen 2910 und zwei Strömungskanäle 2906 werden verwendet um das Schmelzematerial zu einem Formhohlraum (nicht gezeigt) zu führen.
Seitlich betätigte Düsen
Die 30–31 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Endansicht einer Mikrodüse 3000 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Mikrodüse 3000 ist eine seitlich betätigte Düse, eine Wärmeleitvorrichtung 3008 entsprechend der vorliegenden Erfindung einschließend. Alle Variationen und Umsetzungen für die Anordnung einer Wärmeleitvorrichtung mit Bezug auf ein Thermoelement(e) und/oder einen Heizer die für einen Fachmann durch das Lesen dieser Beschreibung offensichtlich sind, wobei einige von denen oben diskutiert wurden, werden durch den Wirkungsbereich von Spritzgießsystemen mit Mikrodüsen 3000 umfasst.
Gesamtsystem
32 zeigt ein Spritzgießsystem 3200 das ein oder mehrere der oben diskutierten Mikrodüsen in einem Mikrodüsenfeld 3201 umfasst. Das durch den Verteiler 3250 eintretende Schmelzematerial tritt durch ein oder mehrere Mikrodüsen in dem Mikrodüsenfeld 3201 hindurch und in einen Formhohlraum 3252 ein. Das System 3200 umfasst auch eine Verteilerplatte 3254, eine Klemmplatte (z. B. eine hydraulische Klemmplatte, eine angetriebene oder pneumatische Klemmplatte) 3256, und eine Hohlraumplatte 3258.
Bezugszeichenliste

100: Mikrodüse
102: Thermoelement
104: Heizer
106: Schmelzekanal
108: Wärmeleitvorrichtung
110: Spitzenbereich
112: Dübel
300: Mikrodüse
304: Heizer
308: Wärmeleitvorrichtung
500: Mikrodüse
502: Thermoelement
504: Heizer
508: Wärmeleitvorrichtung
700: Mikrodüse
702: Thermoelement
900: Mikrodüse
916: Achse
1000: Anordnungsquerschnitt
1002: Anordnungsquerschnitt
1004: Gewinde
1006: Angussöffnung
1008: Spitze
1010: Düsenkörper
1012: Dichtungsquerschnitt
1100: Mikrodüse
1108: Wärmeleitvorrichtung
1116: Achse
1200: Anordnungsquerschnitt
1202: Anordnungsquerschnitt
1204: Gewinde
1206: Angussöffnung
1212: Dichtungsquerschnitt
1300: Mikrodüse
1308: Wärmeleitvorrichtung
1316: Achse
1404: Gewinde
1406: Angussöffnung
1408: Spitze
1412: Übertragungsdichtung
1414: Oberfläche
1500: Mikrodüse
1508: Wärmeleitvorrichtung
1516: Achse
1604: Gewinde
1606: Angussöffnung
1608: Spitze
1612: Dichtung
1614: Zinken
1700: Mikrodüse
1716: Achse
1900: Mikrodüse
1902: Thermoelement
1904: Heizer
1908: Wärmeleitvorrichtung
1916: Achse
2100: Mikrodüse
2104: Heizer
2108: Wärmeleitvorrichtung
2116: Achse
2300: Mikrodüse
2302: Thermoelement
2304: Heizer
2306: Düsenkanal
2308: Wärmeleitvorrichtung
2310: Spitze
2500: Mikrodüse
2520: Einlasskanal
2506: Düsenkanal
2700: Mikrodüse
2706: Düsenkanal
2710: Spitze
2722: Ventilnadel
2900: Mikrodüse
2906: Strömungskanal
2910: Spitze
3000: Mikrodüse
3008: Wärmeleitvorrichtung
3200: Mikrodüse
3201: Mikrodüsenfeld
3250: Verteiler
3252: Formhohlraum
3254: Verteilerplatte
3256: Klemmplatte
3258: Hohlraumplatte

Claims

Eine zum Herstellen spritzgegossener Komponenten ausgebildete Mikrodüse (100), umfassend: einen Düsenkörper; einen Schmelzekanal (106), der sich durch den Düsenkörper erstreckt, ausgebildet um eine Schmelzematerialströmung zu erlauben; einen Heizer (104), angeordnet in dem Düsenkörper und in der Nähe einer Seite des Schmelzekanals (106); und eine Wärmeleitvorrichtung (108), angeordnet in dem Düsenkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (108) separat vom Heizer (104) ausgebildet ist, wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) relativ heiße und kalte Bereiche der Mikrodüse (100) überbrückt, um ein gleichmäßiges Wärmeprofil entlang einer gesamten Länge des Schmelzekanals zu ermöglichen.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei der Heizer (104) nahe der Wärmeleitvorrichtung (108) angeordnet ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1 weiter umfassend ein Thermoelement (102).
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 3, wobei das Thermoelement (102) integral mit der Wärmeleitvorrichtung ausgebildet ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 3, weiter umfassend: eine Steuereinheit ausgebildet um ein Signal von dem Thermoelement (102) zu empfangen, wobei der Heizer (104) ausgebildet ist durch die Steuereinheit gesteuert zu werden, basierend auf dem von dem Thermoelement (102) empfangenen Signal.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 3, wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) nahe des Thermoelements (102) angeordnet ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Vielzahl von Schmelzekanälen (106).
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Vielzahl von Heizern (104).
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Vielzahl von Thermoelementen (102).
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Vielzahl von Wärmeleitvorrichtungen (108).
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei die Mikrodüse (100) eine flache Mikrodüse ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei die Mikrodüse (100) thermisch betätigt ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei die Mikrodüse (100) ventilbetätigt ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 13, wobei eine Ventilnadel (2722) in einem von dem Schmelzekanal (106) beabstandeten Ventilkanal eingefügt ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei die Mikrodüse (100) seitlich betätigt ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei der Düsenkörper zumindest aus Werkzeugstahl, einer AerMet 100-Legierung oder einer AerMet 300-Legierung hergestellt ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) zumindest aus Kupfer, Messing, Beryllium oder Aluminium hergestellt ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei der Heizer (104) zumindest eine Heizfolie, ein gewickelter Heizer oder ein Patronenheizer ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, wobei der Düsenkörper asymmetrisch in Bezug auf die längsgerichtete Achse des Düsenschmelzekanals (106) ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend eine entfernbare Düsenspitze (100).
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Düsendichtungsteil.
Eine zum Herstellen von Spritzgießkomponenten ausgebildete Mikrodüse (100), umfassend: einen Düsenkörper; einen Schmelzekanal (106), angeordnet innerhalb des Düsenkörpers; einen Heizer (104), angeordnet innerhalb des Düsenkörpers in der Nähe einer Seite des Schmelzekanals (106), wobei der Heizer (104) ein unebenes Profil in Bezug auf den Schmelzekanal (106) aufweist; und eine Wärmeleitvorrichtung (108) angeordnet in dem Düsenkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (108) separat vom Heizer (104) ausgebildet ist und zwischen dem Heizer (104) und dem Schmelzekanal (106) angeordnet ist, wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) relativ heiße und kalte Bereiche der Mikrodüse (100) überbrückt, um ein gleichmäßiges Wärmeprofil entlang des Schmelzekanals (106) zu ermöglichen.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 22, wobei der Düsenkörper einen unsymmetrischen Düsenkörper umfasst.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 22, wobei die Mikrodüse eine flache Mikrodüse umfasst.
Eine Mikrodüse (100) umfassend: einen Düsenkörper, hergestellt aus einem ersten Material; einen Schmelzekanal (106), angeordnet innerhalb des Düsenkörpers; einen Heizer (104), angeordnet innerhalb des Düsenkörpers in der Nähe einer Seite des Schmelzekanals (106); und eine Wärmeleitvorrichtung (108) angeordnet in dem Düsenkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitvorrichtung (108) separat vom Heizer (104) und zwischen dem Heizer (104) und dem Schmelzekanal (106) angeordnet ist und die Wärmeleitvorrichtung (108) aus einem zweiten Material hergestellt ist, das thermisch leitfähiger ist als das erste Material.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 25, wobei der Düsenkörper asymmetrisch ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 25, wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) entlang einer Seite des Schmelzekanals (106) angeordnet ist.
Die Mikrodüse (100) nach Anspruch 25, wobei die Mikrodüse (100) eine flache Mikrodüse (2700) umfasst.
Eine ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) zum Herstellen spritzgegossener Komponenten, umfassend: einen flachen Düsenkörper; einen Düsenkanal (106), der sich durch den Düsenkörper erstreckt und ausgebildet ist, eine Schmelzematerialströmung zu erlauben; einen Patronenheizer (2704), der in dem Düsenkörper angeordnet ist; und eine Ventilnadel (2722) zum Abdichten der Strömung des Schmelzematerials durch den Düsenkanal (106).
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 29, wobei die Ventilnadel (2722) in dem Düsenkanal (106) angeordnet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 29, wobei die Ventilnadel (2722) in einem Ventilkanal angeordnet ist, der zum Düsenkanal (106) beabstandet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 29 oder 31, weiter umfassend eine Vielzahl von Ventilnadeln (2722).
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 32, weiter umfassend eine Vielzahl von Düsenspitzen (110), wobei jede Düsenspitze (110) einer der Ventilnadeln (2722) zugeordnet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 33, wobei der Düsenkanal (106) eine Vielzahl von Strömungskanälen umfasst, wobei die Vielzahl von Düsenspitzen (110) mit der Vielzahl von Strömungskanälen in Verbindung steht.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach einem der Ansprüche 29 bis 34, umfassend eine entfernbare Düsenspitze (110).
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach einem der Ansprüche 29 bis 35, weiter umfassend eine innerhalb des Düsenkörpers angeordnete Wärmeleitvorrichtung (108), wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) relativ heiße und kalte Bereiche der ventilbetätigten flachen Mikrodüse (2700) überbrückt, um ein gleichmäßiges Wärmeprofil entlang der gesamten Länge des Düsenkanals (106) zu bewirken.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 36, wobei der Patronenheizer (2704) integral mit der Wärmeleitvorrichtung (108) ausgebildet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach einem der Ansprüche 29 bis 37, weiter umfassend ein Thermoelement (102) zum Steuern des Patronenheizers (2704).
Eine ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) zum Herstellen spritzgegossener Komponenten, umfassend: einen flachen Düsenkörper; einen Düsenkanal (106), der sich durch den Düsenkörper erstreckt und ausgebildet ist, eine Schmelzematerialströmung zu erlauben, der Düsenkanal verzweigt sich in eine Vielzahl von Strömungskanälen; einen Heizer (104), der mit dem Düsenkörper verbunden ist; und eine Vielzahl von Ventilnadeln (2722) zum Abdichten der Strömung des Schmelzematerials durch die Vielzahl der Strömungskanäle des Düsenkanals (106).
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 39, wobei jede Ventilnadel (2722) in einem Ventilkanal angeordnet ist, der von dem Düsenkanal (106) beabstandet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 39 oder 40, umfassend eine Vielzahl von Düsenspitzen (110), wobei jede Düsenspitze (110) einer der Ventilnadeln (2722) und einem der Strömungskanäle zugeordnet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach einem der Ansprüche 39 bis 41, umfassend eine entfernbare Düsenspitze (110).
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach einem der Ansprüche 39 bis 42, weiter umfassend eine innerhalb des Düsenkörpers angeordnete Wärmeleitvorrichtung (108), wobei die Wärmeleitvorrichtung (108) relativ heiße und kalte Bereiche der ventilbetätigten flachen Mikrodüse (2700) überbrückt, um ein gleichmäßiges Wärmeprofil entlang der gesamten Länge des Düsenkanals (106) zu bewirken.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 43, wobei der Heizer (104) ein Patronenheizer ist, der in dem Düsenkörper angeordnet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach Anspruch 44, wobei der Patronenheizer integral mit der Wärmeleitvorrichtung (108) ausgebildet ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach einem der Ansprüche 39 bis 43, wobei der Heizer (104) eine Heizfolie, ein gewickelter Heizer oder ein Patronenheizer ist.
Die ventilbetätigte flache Mikrodüse (2700) nach einem der Ansprüche 39 bis 46, weiter umfassend ein Thermoelement (102) zum Steuern des Heizers (104).