DE19628246B4 - Spritzgießdüse mit radialen Flügeln - Google Patents
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Abstract
Heißkanal-Spritzgießdüse (10)
mit einer äußeren Hülse (78),
einem Kern (76) und einem dazwischen liegenden Mittelabschnitt (74),
wobei der Kern (76) eine Schmelzebohrung (60) aufweist, die zentral
durch ihn hindurchgeht, der Kern (76) und die äußere Hülse (78) aus wenigstens einem
hoch festen Material gebildet sind und der Mittelabschnitt (74)
aus einem gut wärmeleitfähigen Material
gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dazwischen liegende
Mittelabschnitt zum Transportieren von Wärme von einem beheizten Schmelzeverteiler
(42) zu einer Angussöffnung
(16) geeignet ist, wobei die äußere Hülse (78);
der Kern (76) und der Mittelabschnitt (74) sich zwischen dem Verteiler
(42) und einem vorderen Ende (62) der Heizkanal-Spritzgießdüse (10) erstrecken.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Heißkanal-Spritzgießdüse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Eine Vielzahl verschiedener Düsen, die in der Form sitzen, mit einer durch sie hindurchgehenden zentralen Schmelzebohrung werden dazu verwendet, Schmelze zu der Einlauföffnung hin zu fördern. Diese Düsen werden gewöhnlich erhitzt, wobei Stahldüsen um sie herum angebrachte Heizelemente aufweisen. Eine allgemein bekannte geheizte Düse ist gezeigt in der
US 4,355,460 A . In jenem Fall ist ein elektrisches Heizelement in einem Raum zwischen einem inneren Kernabschnitt und einem äußeren Gehäuse gewickelt, und der Raum wird dann mit hochleitfähigem Berylliumkupfer gefüllt, so dass es das Heizelement umgibt und eine einheitliche geheizte Düse bildet. Obwohl diese bei den meisten Anwendungen sehr gut arbeiten, sind sie relativ teuer herzustellen, und das Heizelement ist Funktionsfehlern ausgesetzt. Ferner weisen die Düsen in einigen Anwendungen keine ausreichende Festigkeit auf, um dem wiederholten Stoß des benötigten sehr hohen Einspritzdruckes standzuhalten. - In der
US 5,206,040 ist eine Düse oder ein Dichtungselement ohne elektrisches Heizelement gezeigt. Jedoch weist in diesem Fall die Düse den Nachteil auf, dass ein länglicher Schaft oder Torpedo benötigt wird, der sich in ihrer zentralen Bohrung erstreckt, um ausreichende thermische Leitfähigkeit vorzusehen. - Die
DE 3 143 748 A1 beschreibt ein Druckstück das zwischen zwei thermisch isolierten, benachbart angeordneten Formplatten positioniert ist und eine Spritzgießdüse mit Abstand umschließt, wobei im Bereich der Düsenöffnung das Druckstück an der Düsenwandung anliegt. - Dementsprechend besteht ein Ziel der Erfindung darin, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu überwinden durch Schaffung einer Düse mit sehr hoher Druckfestigkeit, welche kein Heizelement benötigt.
- Zu diesem Zweck schafft die Erfindung in einem ihrer Aspekte eine einheitliche Heißkanal-Spritzgießdüse mit einer außeren Hülse, einem Kern und einem dazwischen liegenden Mittelabschnitt, wobei der Kern eine Schmelzebohrung aufweist, die zentral durch ihn hindurchgeht, der Kern und die äußere Hülse aus wenigstens einem hochfesten Material gebildet sind und der Mittelabschnitt aus einem gut wärmeleitfähigen Material gebildet ist, wobei die Düse dadurch gekennzeichnet ist, dass der dazwischen liegende Mittelabschnitt zum Transportieren von Wärme von einem beheizter Schmelzeverteiler zu einer Angussöffnung geeignet ist, wobei die äußere Hülse, der Kern und der Mittelabschnitt sich zwischen dem Verteiler und einem vorderen Ende der Hizkanal-Spritzgießdüse erstrecken.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Mehrfach-Spritzgießvorrichtung, der eine Düse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt; -
2 eine teilweise aufgeschnittene isometrische Ansicht der in1 gezeigten Düse; -
3 eine Schnittansicht eines inneren Kernes in einer Position zum Einfügen in eine äußere Hülse; -
4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in3 ; -
5 eine Ansicht der Anordnung mit dem in der äußeren Hülse eingeschmolzenen inneren Kern in der Position zum Einsetzen in einen Vakuumofen; und -
6 eine Schnittansicht eines in der Anordnung aufgenommenen Kupferblockes, bereit zum Wiedereinsetzen in den Vakuumofen. - Zunächst wird auf
1 Bezug genommen, welche einen Abschnitt einer Mehrfach-Spritzgießvorrichtung zeigt, in welcher einige Düsen10 gemäß dem Ausführungsbeispiel in eine Form12 eingesetzt sind, um unter Druck stehende Kunststoffschmelze durch einen Schmelzekanal14 zu entsprechenden Einlauföffnungen16 zu fördern, die zu Hohlräumen18 führen. In der gezeigten besonderen Gestaltung ist jede Düse10 in einen Kühleinsatz20 eingesetzt, der seinerseits in eine allgemein zylindrische Öffnung22 in die Form12 eingesetzt ist. Der Hohlraum18 weist einen konvexen Ab schnitt auf, der teilweise durch den Kühleinsatz20 gebildet wird und zum Pressen von PET-Vorspritzlingen dient, aus welchen Getränkeflaschen durch Streckblasformen hergestellt werden. Der Hohlraum18 wird ferner gebildet durch einen Kerneinsatz26 , welcher durch Kühlwasser gekühlt wird, das durch ein zentrales Spülrohr einströmt. Der Kühleinsatz20 wird auch gekühlt durch Durchpumpen von Kühlwasser aus Leitungen30 durch eine kreisförmige gerippte Kühlkammer32 . - Obwohl die Form
12 gewöhnlich eine größere Anzahl Platten aufweist je nach der Gestaltung, sind in diesem Fall zwecks einfacher Darstellung nur eine Verteilerstück-Halteplatte34 und eine Rückwand36 gezeigt, die durch Schrauben aneinander befestigt sind. Die Form12 wird auch gekühlt durch Durchpumpen von Kühlwasser durch Kühlleitungen40 in der Verteilerstück-Halteplatte34 und der Rückwand36 . Die Düsen10 sind untereinander verbunden durch ein Stahl-Schmelzeverteilerstück42 , das an die hinteren Enden44 der Düsen10 anschlägt. Das Schmelzeverteilerstück42 weist ein eingebautes elektrisches Heizelement48 auf und ist zwischen der Verteilerstück-Halteplatte34 und der Rückwand36 angebracht durch einen zentralen Zentrierring50 und isolierende und nachgiebige Abstandhalter52 . Dies bildet einen isolierenden Luftraum54 zwischen dem Schmelzeverteilerstück42 und der umgebenden Verteilerstück-Halteplatte34 und der Rückwand36 . Der Schmelzekanal14 erhält Schmelze durch einen zentralen Einlass56 in einem zylindrischen Einlassabschnitt58 des Schmelzeverteilerstückes42 und verzweigt sich in dem Schmelzeverteilerstück, um durch eine zentrale Schmelzebohrung60 in jeder Düse10 hindurchzugehen. Die Schmelze fließt dann durch die ausgerichtete Einlauföffnung16 in den Kühleinsatz20 in jedem Hohlraum18 . - Indem auch auf
2 Bezug genommen wird, verjüngt sich jede Düse10 einwärts von dem flachen hinteren Ende44 zu einem kleineren kreisförmigen Vorderende62 . Ein nach vorn verlaufender Flanschabschnitt64 nahe dem hinteren Ende44 sitzt in einer kreisförmigen Auflagefläche66 in dem Kühleinsatz20 , und das Vorderende62 weist einen kleinen Zentrierflansch68 auf, der in einer kreisförmigen Öffnung70 in dem Kühleinsatz20 um die Einlauföffnung16 herum sitzt. Dies zentriert die Düse10 genau in dem Kühleinsatz20 und bildet einen isolierenden Luftraum72 , der sich zwischen diesen erstreckt. Wie am besten in2 erkennbar, weist die ganzheitliche Düse10 einen Mittelabschnitt74 auf, der zwischen einem inneren Kernabschnitt76 und einem äußeren Hülsenabschnitt78 ausgebildet ist. Der innere Kernabschnitt76 weist die Schmelzebohrung60 auf, die zentral hindurchgeht, und eine Außenfläche80 , die sich einwärts zu dem Vorderende62 der Düse10 hin verjüngt. In dieser Ausführungsform weist der äußere Hülsenabschnitt78 eine Anzahl beabstandeter Flügel82 auf, die sich radial einwärts erstrecken in Kontakt mit dem inneren Kernabschnitt76 . Die Flügel82 weisen innere Enden84 auf, die sich auch einwärts verjüngen zu dem Vorderende62 der Düse10 hin, um mit der Gestalt der Außenfläche80 des inneren Kernabschnitts76 überein zustimmen. In dieser Ausführungsform bestehen der innere Kernabschnitt76 und der äußere Hülsenabschnitt78 beide aus warmverarbeiteten Werkzeugstahl. Jedoch können in anderen Ausführungsformen einer oder beide aus anderen geeigneten Materialien bestehen, die eine hohe Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen und ausreichende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Andererseits ist der Mittelabschnitt74 aus Kupfer oder anderen geeigneten Materialien gebildet, das gut thermisch leitfähig ist. Der Mittelabschnitt74 besteht aus einer Anzahl von Kupfersegmenten86 , die durch das nachfolgend beschriebene Verfahren einstückig zwischen den radialen Flügeln82 ausgebildet werden. Der hochleitende Mittelabschnitt74 steht in Kontakt mit dem erwärmten Schmelzeverteilerstück42 und überträgt die Wärme von diesem nach vorn, um genügend Wärme in dem Bereich der Einlauföffnung16 vorzusehen und während des Einspritzzyklus eine relativ gleichförmige Temperatur um die zentrale Schmelzebohrung60 herum sicherzustellen. Also bildet die Kombination der zwei Arten von Materialien mit den radial verlaufenden Flügeln82 eine Düse10 , die kein Heizelement erfordert und dennoch ausreichende Festigkeit aufweist, um dem wiederholten Unterdrucksetzen des kontinuierlichen Spritzgießzyklus standzuhalten. - Nachdem das System zusammengesetzt worden ist, wie oben beschrieben, wird bei Verwendung elektrische Energie an das Heizelement
48 angelegt, um das Schmelzeverteilerstück42 und die Düsen10 auf eine vorbestimmte Arbeitstemperatur zu erhitzen. Unter Druck stehende Schmelze von einer Schmelzequelle (nicht gezeigt) wird dann gemäß einem vorbestimmten Zyklus in den zentralen Einlas56 des Schmelzekanals14 des Schmelzeverteilerstückes42 eingeleitet, von wo sie durch die Schmelzebohrung60 jeder Düse10 fließt, um die Hohlräume18 zu füllen. Nachdem die Hohlräume18 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck momentan zum Verdichten gehalten und dann entspannt. Nach einer kurzen Abkühlzeit wird die Form geöffnet, um das Produkt auszustoßen. Nach dem Ausstoßen wird die Pressform geschlossen und der Einspritzdruck wird wieder angewendet, um den Hohlraum erneut zu füllen. Dieser Zyklus wird wiederholt in einem kontinuierlichen Zyklus mit einer Frequenz, die von der Größe und Gestalt der Hohlräume sowie der Art des Spritzgießmaterials abhängt. - es Im Folgenden wird zur Erleichterung des Verständnises der Spritzgießdüsen-Konstruktion das Verfahren zum Herstellen der einheitlichen Düse
10 beschrieben, in dem auf die3 bis6 Bezug genommen wird. Zuerst werden innere Kerne88 und äußere Hülsen90 zu der in3 gezeigten Gestalt geformt. Während die inneren Kerne88 maschinell bearbeitet werden, wird die äußere Hülse90 so gegossen, dass sie die oben beschriebenen radialen Flügel82 und eine Aussparung92 an dem Vorderende94 aufweist. Wein3 angedeutet, wird der innere Kern88 in die äußere Hülse90 eingesetzt, wobei die inneren Enden84 der Flügel82 an die Außenfläche80 des inneren Kernes88 anschlagen. Der zylindrische Abschnitt96 des inneren Kernes88 erstreckt sich in die äußere Hülse90 und bildet dazwischen einen kreisförmigen Kanal102 . - Wie in
5 gezeigt, wird die Anordnung104 dann mit der Aussparung92 nach oben weisend positioniert, und ein geeignetes Hartlötpulver106 wie zum Beispiel eine Nickellegierung wird in den Kanal102 gegossen. Falls erwünscht, kann ein Kügelchen (nicht gezeigt) von Hartlötpaste aufgebracht werden, wo die inneren Enden84 der Flügel82 die Außenflächen80 des inneren Kernes88 kontaktieren, um diesen und die äußere Hülse90 zusammenzuhalten, aber dies ist nicht notwendig. Die Anordnungen werden dann in Chargen in einen Vakuumofen108 eingesetzt, wo sie während eines kontrollierten Zyklus erhitzt werden. Während der Ofen108 allmählich aufgeheizt wird, wird er auf ein relativ hohes Vakuum evakuiert, um im wesentlichen den gesamten Sauerstoff zu entfernen. Das Vakuum wird dann vermindert, indem der Ofen108 teilweise wieder gefüllt wird mit einem trägen Gas wie zum Beispiel Argon oder Stickstoff, um Spritzen zu vermeiden. Der Ofen wird auf annähernd 1066°C (1950°F) erhitzt, was über dem Schmelzpunkt des Nickellegierungs-Hartlötmaterials106 liegt. Dies schmelzt das Hartlötpulver106 , das hinunter läuft und hartverlötet wird zwischen dem zylindrischen Abschnitt96 des inneren Kernes88 und dem umgebenden engen Hals100 der äußeren Hülse90 , um eine Abdichtung zwischen diesen zu bilden. Dies erzeugt eine Art Diffusionshartlot mit dem Stahl, der eine noch höhere Schmelztemperatur als Kupfer aufweist. Die verschmolzene Anordnung104 wird dann aus dem Ofen108 entnommen und in die in6 gezeigte Stellung umgekehrt. Ein Block110 aus einem hochleitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer wird dann in die Öffnung112 eingesetzt, die an dem hinteren Ende124 der äußeren Hülse90 ausgebildet ist. Die Anordnung104 wird dann wieder in den Vakuumofen eingesetzt und während eines ähnlichen kontrollierten Zyklus wieder erhitzt auf eine Temperatur von annähernd 1113°C (2035°F), was genügend über dem Schmelzpunkt des Kupferleitmaterials110 liegt, um es zu schmelzen. Wenn das Kupfer schmilzt, fließt es nach unten, um die Räume zwischen den radialen Flügeln82 der äußeren Hülse90 zu füllen und Segmente86 des Mittelabschnitts76 der Düse10 zu bilden. Das Gießen des Kupfers110 in ein partielles Vakuum sorgt für ein metallurgisches Bonden des Kupfers110 an dem Stahl des inneren Kernes88 und der äußeren Hülse90 . Auf diese Weise wird ein einteiliger Aufbau gebildet, der Wärme effizient überträgt und eine hohe Stoßfestigkeit aufweist. - Schließlich werden die Anordnungen
104 , nachdem sie aus dem Vakuumofen108 entnommen worden sind, verarbeitet, um das Überschussmaterial zu entfernen, wie durch die gestrichelte Linie116 in6 gezeigt, und die zentrale Bohrung60 zu formen, um die fertiggestellten Düsen zu bilden, wie in2 gezeigt. - Obwohl die Beschreibung der Spritzgießdüse mit radialen Flügeln
82 , die sich durch den hochleitfähigen Mittelabschnitt74 erstrecken, bezüglich einer bevorzugten Ausführungsform vorgenommen worden ist, ist es offensichtlich, dass verschiedene andere Modifikationen möglich sind, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er sich für den Fachmann versteht und wie er in den Ansprüchen definiert ist. Insbesondere können in einer alternativen Ausführungsform die Flügel82 als Teil des inneren Kernes88 ausgeführt werden und sich nach außen durch den Mittelabschnitt hindurch erstrecken in Kontakt mit der umgebenden äußeren Hülse90 .
Claims (5)
- Heißkanal-Spritzgießdüse (
10 ) mit einer äußeren Hülse (78 ), einem Kern (76 ) und einem dazwischen liegenden Mittelabschnitt (74 ), wobei der Kern (76 ) eine Schmelzebohrung (60 ) aufweist, die zentral durch ihn hindurchgeht, der Kern (76 ) und die äußere Hülse (78 ) aus wenigstens einem hoch festen Material gebildet sind und der Mittelabschnitt (74 ) aus einem gut wärmeleitfähigen Material gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dazwischen liegende Mittelabschnitt zum Transportieren von Wärme von einem beheizten Schmelzeverteiler (42 ) zu einer Angussöffnung (16 ) geeignet ist, wobei die äußere Hülse (78 ); der Kern (76 ) und der Mittelabschnitt (74 ) sich zwischen dem Verteiler (42 ) und einem vorderen Ende (62 ) der Heizkanal-Spritzgießdüse (10 ) erstrecken. - Spritzgießdüse (
10 ) nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl beabstandeter Flügel (82 ) sich radial zwischen dem Kern (76 ) und der äußeren Hülse (78 ) durch den Mittelabschnitt (74 ) erstrecken. - Spritzgießdüse (
10 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spritzgießdüse (10 ) eine Außenfläche (80 ) aufweist, die sich zu dem vorderen Ende (62 ) der Hülse (10 ) nach innen verjüngt, und die Flügel (82 ) sich von der äußeren Hülse (78 ) einwärts erstrecken mit inneren Enden (84 ), die sich bis zum vorderen Ende (62 ) der Düse (10 ) hin nach Innen verjüngen in zusammen passenden Kontakt mit der Außenfläche (80 ) des Kerns (76 ). - Spritzgießdüse (
10 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kern (76 ) und die äußere Hülse (78 ) aus Stahl hergestellt sind. - Spitzgießdüse (
10 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mittelabschnitt (74 ) aus Kupfer hergestellt ist.
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