DE19713874B4

DE19713874B4 - Vorrichtung zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug

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Publication number: DE19713874B4
Application number: DE19713874A
Authority: DE
Original assignee: Gardena Manufacturing GmbH
Current assignee: Gardena Manufacturing GmbH
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2017-04-05
Also published as: DE19713874A1

Abstract

Vorrichtung zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Kunststoff-Formteilen, mit einem vorzugsweise langgestreckten Grundkörper (2), einem relativ zum Grundkörper in ihm axial verschiebbaren, nadelförmigen Körper (3), mindestens einem Gaseintritt (10) und mindestens einem durch axiale Verschiebung des nadelförmigen Körpers (3) mit Gas beaufschlagbaren Gasaustritt (19), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (2) mindestens ein radial zum nadelförmigen Körper (3) verlaufender Kanal (20) vorgesehen ist, der einen weiteren Gasaustritt (21) bildet oder in einen solchen mündet, wobei vorzugsweise mindestens zwei radiale Kanäle (20) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Kunststoff-Formteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft weiterhin einen nadelförmigen Körper zur Einleitung von Gas sowie ein Verfahren hierzu.
Aus der DE 3834917 A1 ist eine Düse für eine Spritzgießmaschine zum Zuführen eines zweiten Mediums in das Innere einer bereits mit einer Kunststoffschmelze gefüllten Spritzgießform bekannt. Hierzu sind zwei konzentrisch angeordnete, axial zueinander verschiebbare Hohlnadeln vorgesehen, von denen eine innere Hohlnadel an einem der Spritzgussform zugewandten Ende verschlossen ist und in einer Seitenwand eine oder mehrere Ausgangsöffnungen aufweist. Durch die Ausgangsöffnungen kann das zweite Medium austreten, sobald die innere Hohlnadel gegenüber der äußeren Hohlnadel verschoben ist. Die Hohlnadeln sind jeweils mit einem axial verschiebbaren Kolben versehen, wobei ein der äußeren Hohlnadel zugeordneter Kolben in einem Düsenkörper aufge nommen ist, während der der inneren Hohlnadel zugeordnete Kolben in dem Kolben der äußeren Hohlnadel angeordnet ist.
Die WO 92/22413 A1 offenbart eine Kombination zwischen einer Düsennadel zur Gasinjektion in eine Kunststoffspritzgussform und einem Auswerfer, der für ein Auswerfen des in der Kunststoffspritzgussform gefertigten Teils bestimmt ist. In dem Auswerfer ist eine in einer Bohrung axial bewegbar angeordnete Düsennadel vorgesehen, die derart gestaltet ist, dass bei der Axialbewegung der Düsennadel ein Austrittskanal für die Gasinjektion geöffnet und verschlossen werden kann.
In der DE 3936289 C2 ist eine Hohlnadel mit einem verschiebbar angeordneten Nadelkern beschrieben, die einen variablen Spalt für den Austritt eines Gases in einen Formhohlraum bilden kann. Der Nadelkern bildet mit einem Mündungsende der Hohlnadel ein radial gerichtetes Spaltventil aus.
Die US 5354523 A beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffspritzgussteilen mit einer Düse, die einer Kunststoffspritzgussform zugeordnet ist, und die für die Steuerung eines Zustroms zweier unterschiedlicher Medien vorgesehen ist. In der Düse sind zwei konzentrisch zueinander angeordnete Kanäle vorgesehen, von denen ein äußerer für den Zustrom von plastifiziertem Kunststoffmaterial in eine Spritzgussform vorgesehen ist, während ein innerer Kanal für einen Zustrom eines oder mehrerer Gase ausgebildet ist.
Kunststoff-Formteile werden in den letzten Jahren zunehmend nach dem sogenannten Gasinnendruck-Verfahren (GID-Verfahren) hergestellt. Dabei wird ein Gas, beispielsweise Stickstoff, in das mit einer Kunststoffschmelze befüllte Formwerkzeug eingeblasen, um auf diese Weise einen Hohlraum im fertigen Kunststoff-Formteil zu erzeugen. Die Einleitung des Gases erfolgt dabei mit Hilfe einer geeigneten Vorrich tung, bei der es sich auch um eine sogenannte Begasungsnadel handeln kann. Durch diese Vorrichtung wird das Gas in das Innere der Kunststoffschmelze geführt und die Schmelze unter Aufbau eines Hohlraumes verdrängt. Die an der kälteren Wandung des Formwerkzeuges erstarrte Kunststoffschicht, die den Hohlraum begrenzt, bleibt erhalten. Ein Verfahren nebst zugehöriger Vorrichtung zur Erzeugung von hohlen Kunststoff-Formteilen ist beispielsweise in der US 41 01 617 A beschrieben.
Wird das Gas durch Düsenöffnungen, beispielsweise am vorderen Ende von Begasungsnadeln, in vorwiegend axialer Richtung in die Kunststoffschmelze eingeblasen, so kann sich die erkaltende Kunststoffschmelze um die Düsenöffnungen herum festsetzen und diese verstopfen. Dadurch ist bei bekannten Konstruktionen ein vergleichsweise häufiges Reinigen mit daraus resultierenden Maschinenstillständen und Produktionsausfällen erforderlich.
Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Vorrichtung, einen nadelförmigen Körper sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der unter anderem ein Verstopfen von Gasaustrittsöffnungen erschwert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15 dargestellt. Sie wird weiter gelöst durch einen nadelförmigen Körper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs erwähnten Art umfasst einen Grundkörper, einen relativ zum Grundkörper axial verschiebbaren, nadelförmigen Körper, mindestens einen Gaseintritt und mindestens ei nen Gasaustritt. Dabei ist der Grundkörper vorzugsweise langgestreckt, d. h. er besitzt in einer Raumrichtung eine vergleichsweise große Ausdehnung gegenüber den beiden anderen Raumeinrichtungen.
Der nadelförmige Körper ist mit Hilfe des Gasstroms, der über den Gaseintritt einströmt, zumindest in eine Richtung axial verschiebbar. Dies hat den Vorteil, dass zusätzliche Hilfs- und/oder Steuerungsmittel, beispielsweise mechanischer Art, für die axiale Verschiebung des nadelförmigen Körpers nicht erforderlich sind. Der über den Gaseintritt einströmende Gasstrom wird direkt zum Antrieb einer axialen Bewegung des nadelförmigen Körpers eingesetzt.
In Weiterbildung ist bei der Erfindung der Gasaustritt unter Ausführung einer axialen Verschiebung des nadelförmigen Körpers mit dem durch den Gaseintritt einströmenden Gas beaufschlagbar. Dadurch wird der nadelförmige Körper mit Hilfe des über den Gaseintritt einströmenden Gasstroms aus einer Ausgangsstellung (ohne Gasstrom), unter axialer Verschiebung in eine Begasungsstellung überführt, bei der das Gas durch den Gasaustritt in das Innere des Formwerkzeugs einströmen kann. Wird der durch den Gaseintritt einströmende Gasstrom gestoppt, kann der nadelförmige Körper, entweder durch zusätzliche Hilfsmittel, wie beispielsweise Federkraft oder vorzugsweise durch den im Formwerkzeug aufgebauten Gasdruck, unter axialer Rückverschiebung wieder in die Ausgangsstellung überführt werden. Dies wird später anhand einer bevorzugten Ausführungsform noch näher erläutert.
Insbesondere ist bei der Erfindung der nadelförmige Körper mindestens teilweise innerhalb des Grundkörpers geführt. Dadurch lässt sich die axiale Verschiebbarkeit des nadelförmigen Körpers bei kompakter Bauweise vergleichsweise einfach realisieren. Definiert man am nadelförmigen Körper ein dem Inneren des Formwerkzeugs zugeordnetes und ein diesem Inneren abgewandtes Ende, so ragt der nadelförmige Körper mit seinem dem Inneren des Werkzeugs zugeordneten Ende über den Grundkörper hinaus. Dies gilt zumindest für die Begasungsstellung des nadelförmigen Körpers bei vollständiger axialer Verschiebung durch den aufgebrachten Gasstrom. Das dem Inneren des Werkzeugs zugeordnete Ende des nadelförmigen Körpers kann jedoch auch bereits in der Ausgangsstellung, d. h. ohne Gasstrom, über das entsprechende Ende des Grundkörpers vorstehen. Die Vorteile derartiger Ausführungen werden später noch beschrieben.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist am nadelförmigen Körper mindestens ein axial verlaufender Kanal ausgebildet oder definiert. Dieser Kanal bildet entweder einen Gasaustritt oder mündet in einen solchen. Durch derartige axial verlaufende Kanäle wird üblicherweise eine relativ zur Vorrichtung im Wesentlichen axiale Einleitung von Gas in das Formwerkzeug bewirkt.
Alternativ oder zusätzlich zu dem axial verlaufenden Kanal ist es weiter bevorzugt, wenn mindestens ein radial zum nadelförmigen Körper verlaufender Kanal vorgesehen ist, der ebenfalls einen Gasaustritt bildet oder in einen solchen mündet. Durch derartige radial verlaufende Kanäle wird üblicherweise eine relativ zur Vorrichtung radiale Einleitung von Gas in das Formwerkzeug bewirkt. Vorzugsweise sind mindestens zwei radiale Kanäle vorhanden, da dadurch ein gegebenenfalls erwünschtes Umströmen des Außenumfangs der Vorrichtung erreicht werden kann. Sind bei bevorzugten Ausführungsformen sowohl axial verlaufende als auch radial verlaufende Kanäle vorgesehen, so besitzen die radialen Kanäle vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als die axialen Kanäle.
Der nadelförmige Körper weist erfindungsgemäß einen als Ansatz- bzw. Kopfteil ausgebildeten Abschnitt mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt und einen im Verhältnis zum Kopfteil langgestreckten Nadelab schnitt auf. Dementsprechend besitzt das Kopfteil einen größeren Durchmesser als der Nadelabschnitt.
In Weiterbildung besitzt das Kopfteil an seinem Außenumfang axial verlaufende Rillen, Ausnehmungen oder dergleichen, die in beliebiger Anzahl vorzugsweise symmetrisch entlang des Außenumfangs angeordnet sind. Darüber hinaus sind am Kopfteil am Übergang in den Nadelabschnitt, d. h. insbesondere an einer dort ausgebildeten Kantenfläche (Absatz), radial verlaufende Rillen, Ausnehmungen oder dergleichen vorgesehen. Diese stehen mit den genannten axial verlaufenden Rillen oder dergleichen am Außenumfang des Kopfteils in Verbindung, so dass am Kopfteil mindestens ein von Gas durchströmbarer durchgehender Kanal ausgebildet ist. Über die Abmessungen der genannten Rillen ist gegebenenfalls der in das Werkzeug eingeleitete Gasstrom mit steuerbar.
Weiter erstreckt sich bei der Erfindung der axial verlaufende Kanal vorzugsweise entlang mindestens eines Teils des Nadelabschnitts, wobei dieser axial verlaufende Kanal mit den Rillen am Kopfteil in Verbindung steht. Auf diese Weise kann das durch einen Gaseintritt einströmende Gas über die am Kopfteil vorgesehenen Rillen an diesem entlang und durch die axialen Kanäle am Nadelabschnitt zu einem Gasaustritt strömen.
Bei weiter bevorzugten Ausführungsformen besitzt der Querschnitt des Nadelabschnitts zumindest über einen Teil seiner Länge die Form eines Mehrecks, insbesondere die Form eines Dreiecks. Bei dem genannten Dreieck handelt es sich vorzugsweise um ein gleichschenkliges Dreieck. An seinem dem Kopfteil abgewandten Ende, d. h. seinem dem Inneren des Formwerkzeugs zugeordneten Ende, besitzt der Nadelabschnitt vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Dies hat zur Folge, dass bei einem im Übrigen die Form eines Mehrecks aufweisenden Quer schnitt, am Übergang zum kreisförmigen Querschnitt eine Kantenfläche ausgebildet ist, die axial verlaufende Kanäle an dieser Stelle begrenzt. Dies wird später noch näher erläutert. Des Weiteren kann das äußerste, dem Werkzeuginneren zugewandte Ende des Nadelabschnitts die Form einer (kegelförmigen) Spitze besitzen.
Der Grundkörper besteht bei der Erfindung vorzugsweise aus mehreren, insbesondere zwei Teilen, die lösbar miteinander verbindbar sind. Üblicherweise sind derartige Teile des Grundkörpers miteinander verschraubt. Dies ermöglicht ein einfaches Montieren bzw. Demontieren des Grundkörpers und des gegebenenfalls in den Grundkörper eingesetzten nadelförmigen Körpers. In Weiterbildung besitzen der Grundkörper bzw. die ihn bildenden Teile einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, so dass die Vorrichtung selbst bei eingesetztem nadelförmigen Körper üblicherweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Im Grundkörper bzw. seinen Teilen sind in axialer Richtung Ausnehmungen, Bohrungen oder dergleichen vorgesehen, die ebenfalls im Wesentlichen kreisförmige Querschnitte besitzen und zur Aufnahme des nadelförmigen Körpers, als Öffnungen zum Gaseintritt und/oder zum Angriff von Werkzeugen vorgesehen sind.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die genannten axial verlaufenden Kanäle durch die Anordnung bzw. Führung eines Nadelabschnitts mit einer mindestens teilweise mehreckigen Querschnittsfläche innerhalb einer Ausnehmung im Grundkörper mit kreisförmiger Querschnittsfläche gebildet. Die innerhalb der Ausnehmung im Grundkörper nicht vom Nadelabschnitt eingenommenen Teile bilden die axial verlaufenden Längskanäle (beispielsweise sechs Kanäle bei einem Nadelabschnitt mit sechseckiger Querschnittsfläche). Vorzugsweise sind drei gleiche, axial verlaufende Kanäle durch Anordnung bzw. Führung eines Nadelabschnitts mit gleichschenklig dreieckiger Querschnittsfläche in der Ausnehmung mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.
Weiter sind bei besonders bevorzugten Ausführungsformen radial verlaufende Kanäle, insbesondere drei radial verlaufende Kanäle, durch Bohrungen und/oder Rillen, Ausnehmungen oder dergleichen im Grundkörper gebildet. Insbesondere sind die radialen Kanäle symmetrisch am Grundkörper, beispielsweise im Abstand von 120°, vorgesehen. Vorzugsweise sind derartige Bohrungen und/oder Rillen zwischen zwei Teilen des Grundkörpers vorgesehen, die insbesondere lösbar miteinander verbindbar sind. Dadurch können die entsprechenden Kanäle nicht nur einfach hergestellt, sondern durch Lösen der Teile leicht gereinigt werden. Darüber hinaus können gegebenenfalls auch die Abmessungen der radialen Kanäle durch eine verstellbare Verbindung entsprechender Teile des Grundkörpers variiert werden.
Schließlich ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn radial verlaufende Kanäle mit axial verlaufenden Kanälen in Verbindung stehen. Dies wird im Folgenden noch erläutert.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen besitzen zum einen den Vorteil, dass das eingeleitete Gas zuverlässig in das Innere des Formwerkzeugs einströmen kann. Dies geschieht unter axialer Verschiebung des nadelförmigen Körpers und vorzugsweise über axial und/oder radial verlaufende Kanäle. Durch die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Gas weitgehend ohne zusätzliche Konstruktionselemente, allein durch den Druck des einströmenden Gases, eingeleitet werden. Ohne aufgebrachten Gasstrom geht der nadelförmige Körper, vorzugsweise allein durch den im Werkzeuginneren vorhandenen Gasdruck, wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Damit wird einerseits die erwünschte oder notwendige Druckentlastung im Formwerkzeug erreicht und andererseits eine Rückgewinnung des durch die Vorrichtung in das Gasdruckaggregat zurückströmenden Gases ermöglicht. Schließlich wird eine Verstopfung oder Verklebung von Gas austrittsöffnungen durch die erfindungsgemäße Konstruktion verhindert oder verringert, so dass die Anzahl von Maschinenstillständen zur Reinigung der Vorrichtung erheblich reduziert ist.
Die Erfindung umfasst weiter einen nadelförmigen Körper gemäß Anspruch 16, der die diesbezüglich beschriebenen Merkmale aufweist. Auf die bisherige Beschreibung und die folgende Beschreibung besonderer Ausführungsformen wird ausdrücklich Bezug genommen.
Schließlich umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug für die Herstellung von Formteilen, insbesondere Kunststoff-Formteilen. Erfindungsgemäß wird bei diesem Verfahren in einer Begasungsvorrichtung ein nadelförmiger Körper relativ zu einem Grundkörper axial verschoben, und zwar direkt durch den über einen Gaseintritt einströmenden Gasstrom. Dadurch entfällt die Notwendigkeit zusätzlicher Hilfs- und/oder Steuerungsmittel, insbesondere zur axialen Bewegung des nadelförmigen Körpers.
Bei einem Verfahren zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Kunststoff-Formteile wird in einer Begasungsvorrichtung ein nadelförmiger Körper relativ zu einem Grundkörper direkt durch den über einen Gaseintritt einströmenden Gasstrom axial verschoben und durch die Begasungsvorrichtung eine im Wesentlichen axiale und eine radiale Einleitung von Gas vorgenommen, wobei die radiale Gaseinleitung zumindest teilweise durch im Grundkörper angeordnete Gasaustritte erfolgt. Vorteile derartiger Verfahren ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnungen dargestellt.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer in die Wandung eines Formwerkzeugs eingebrachten Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei der nadelförmige Körper in einer ohne Gasstrom beaufschlagten Stellung und einer mit Gasstrom beaufschlagten Stellung dargestellt ist,
2 eine Schnittansicht eines Teils eines Grundkörpers der Vorrichtung gemäß 1,
3 eine Schnittansicht eines weiteren Teils eines Grundkörpers der Vorrichtung gemäß 1,
4 eine Seitenansicht des nadelförmigen Körpers der Vorrichtung gemäß 1,
5 eine Schnittsansicht des nadelförmigen Körpers gemäß 4 und
6 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Vorrichtung mit einem nadelförmigen Körper, der in der Konstruktion von der Ausführung gemäß 1, 3 und 4 abweicht.
Gemäß 1 besteht die Begasungsvorrichtung („Begasungsnadel") 1 aus einem Grundkörper 2 und einem nadelförmigen Körper 3. Der Grundkörper 2 ist in eine Wand 4 eines Formwerkzeugs 5 eingebracht und ragt in das nicht näher dargestellte Innere des Formwerkzeugs, das bei Herstellung des Formteils mit Kunststoff befüllt wird.
Der Grundkörper 2 ist nach Art einer Hülse zur Aufnahme des nadelförmigen Körpers 3 ausgebildet und besteht gemäß 1 aus zwei, insbe sondere lösbar, miteinander verbindbaren Teilen 6 und 7. Zur Verbindung des nach Art eines Kopfes ausgebildeten Teils 6 und des nach Art eines Schaftes ausgebildeten Teils 7 ist eine Schraubverbindung 8 vorgesehen. Das Teil 7 wiederum ist über eine Schraubverbindung 9 in der Wand 4 des Werkzeugs 5 befestigt. Weitere Einzelheiten der Teile 6 und 7 ergeben sie aus der Beschreibung der 2 und 3.
Über eine in der Wand 4 des Werkzeugs 5 ausgebildete Öffnung oder Bohrung 11 ist an einer axial im Teil 7 verlaufenden Ausnehmung, die in 1 nicht näher bezeichnet, jedoch in 3 beschrieben ist, ein Gaseintritt 10 für einen Gasstrom definiert.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist der nadelförmige Körper 3 in den Grundkörper 2 bzw. in die diesen Grundkörper 2 aufbauenden Teile 6 und 7 eingesetzt. Wie aus 1 ersichtlich, ist der nadelförmige Körper 3 axial frei beweglich gelagert. Der nadelförmige Körper 3 ist dabei mit gestrichelten Linien in einer (Ausgangs-)Stellung (ohne Gasstrom) und mit durchgezogenen Linien in einer (End-)Stellung (mit aufgebrachtem Gasstrom) dargestellt.
Der nadelförmige Körper 3 ist aus einem Ansatz-/Kopfteil 12 und einem Nadelabschnitt ("Nadel") 13 gebildet. Dabei besitzt das Kopfteil 12 einen kreisförmigen Querschnitt und ist innerhalb einer entsprechenden kreisförmigen Bohrung oder Ausnehmung 14 im Schaftteil 7 geführt. Der langgestreckte Nadelabschnitt 13 besitzt weitgehend einen dreieckförmigen Querschnitt und ist innerhalb einer Ausnehmung 15 mit kreisförmigem Querschnitt im Kopfteil 6 geführt. Weitere Einzelheiten des nadelförmigen Körpers 3 ergeben sich aus den 4 und 5 und sind im Zusammenhang mit diesen Figuren näher erläutert.
Die axiale Bewegung des nadelförmigen Körpers 3 innerhalb des Grundkörpers 2 ist zum einen über die Anschlagfläche 16 am Schaftteil 7 und zum anderen über eine Anschlagfläche 17 am Kopfteil 6 begrenzt. Durch diese Anschlagflächen 16 und 17 kann sich das Kopfteil 12 des nadelförmigen Körpers 3 nicht über eine entsprechende Stellung ohne Gasstrom (gestrichelte Linie) bzw. eine entsprechende Stellung mit Gasstrom (durchgezogene Linie) hinaus bewegen. Die der Anschlagfläche 16 zu geordnete Seite des Kopfteils 12 kann dabei, wie in 1 dargestellt, mit Wölbung oder auch in beliebig anderer Weise, beispielsweise flach, ausgebildet sein.
Durch den dreieckförmigen Querschnitt des nadelförmigen Abschnitts 13 sind zwischen diesem Abschnitt 13 und dem Kopfteil 6 drei axial verlaufende Kanäle 18 gebildet, von denen bei der Darstellung gemäß 1 ein Kanal sichtbar ist. An den dem Werkzeuginneren zugeordneten Enden der Kanäle 18 sind Gasaustritte 19 definiert, die im Zusammenhang mit 4 noch erläutert werden.
Weiter sind gemäß 1 im Grundkörper 2 drei radial verlaufende Kanäle 20 ausgebildet, von denen in 1 zwei Kanäle 20 sichtbar sind. Die Kanäle 20 münden in entsprechende Gasaustritte 21. Der genaue Aufbau der Kanäle 20 ist im Zusammenhang mit den 2 und 3 näher erläutert.
Die radial verlaufenden Kanäle 20 stehen bei der Ausführungsform gemäß 1 mit den axial verlaufenden Kanälen 18 in Verbindung.
Die Verbindung der axialen Kanäle 18 bzw. der radialen Kanäle 20 mit dem durch den Gaseintritt 10 strömenden Gasstrom erfolgt über eine entsprechende Ausbildung des Kopfteils 12 des nadelförmigen Körpers 3, wie sie im Zusammenhang mit den 4 und 5 im einzelnen erläutert wird.
Das Kopfteil 6 des Grundkörpers 2 und das Schaftteil 7 des Grundkörpers 2 sind in den 2 bzw. 3 einzeln dargestellt.
Das Kopfteil 6 besteht aus zwei Abschnitten 61 und 62 mit unterschiedlich großer kreisförmiger Querschnittsfläche. Wie bereits beschrieben, ist eine axial durchgehende Bohrung bzw. Ausnehmung 15 mit kreisförmigem Querschnitt vorhanden, in die im zusammengebauten Zustand der nadelförmige Abschnitt 13 eingesetzt ist. Weiter ist am Abschnitt 62 ein Gewindeteil 63 zur Ausbildung der Schraubverbindung 8 vorgesehen. Am Abschnitt 61 befindet sich ein Außen-Sechskant 64, ebenfalls zur Herstellung der Schraubverbindung 8.
Schließlich zeigt 2 zwei radial verlaufende Bohrungen bzw. Ausnehmungen 65, die einen Teil der in 1 beschriebenen radial verlaufenden Kanäle 20 bilden. Gemäß 2 sind die Ausnehmungen 65 in die axial verlaufende Ausnehmung 15 geführt. Die sichtbaren Ausnehmungen 65 verlaufen nicht in der Zeichenebene, sondern bei insgesamt drei Ausnehmungen im Abstand von 120° entlang des Außenumfangs von Kopfteil 6.
Schließlich zeigt 2 nochmals die in 1 bereits dargestellte Anschlagfläche 17 für das Kopfteil 12 des nadelförmigen Körpers 3.
Das Schaftteil 7 des Grundkörpers 2 gemäß 3 besitzt ebenfalls einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und an seinem einen Ende ein Außengewinde 71 zur Herstellung der Schraubverbindung 9 mit der Wand 4 des Werkzeuges 5 gemäß 1.
Des weiteren zeigt 3 die bereits beschriebene, axial verlaufende Ausnehmung 14 zur Aufnahme des Kopfteils 12 des nadelförmigen Körpers 3. Die Ausnehmung 14 trägt ein Gewindeteil 72, das zusammen mit dem Gewindeteil 63 (2) die Schraubverbindung 8 (1) definiert.
Weiter zeigt 3 eine axial verlaufende Ausnehmung 73, die an ihrem der Ausnehmung 14 zugewandten Ende durch den geringeren Durchmesser die Anschlagfläche 16 (1) und an ihrem anderen Ende die Eintrittsöffnung 10 (1) definiert. An der Ausnehmung 73 ist darüber hinaus ein Innen-Sechskant 74 ausgebildet, mit dessen Hilfe das Schaftteil 7 mit seinem Außengewinde 71 in die Wand 4 des Werkzeugs 5 einschraubbar ist.
Schließlich zeigt 3 Rillen bzw. Ausnehmungen 75 an dem Ende des Schaftteils 7, das im eingebauten Zustand dem Werkzeuginneren zugeordnet ist. Diese Ausnehmungen 75 stehen nach Verbinden des Schaftteils 7 mit dem Kopfteil 6 mit den am Kopfteil 6 vorhandenen Ausnehmungen 65 in Verbindung und bilden zusammen mit diesen die radial verlaufenden Kanäle 20 (1). Gemäß 3 besitzen die Ausnehmungen 75 ("Kapillare") im Vergleich zu den Ausnehmungen 65 und auch im Vergleich zu den vorhandenen axial verlaufenden Kanälen 18 (1) einen vergleichsweise geringen Querschnitt. Dementsprechend wird der insgesamt radial ausströmende Gasstrom im wesentlichen durch den Durchmesser dieser Ausnehmungen 75 im Schaftteil 7 bestimmt. Dieser radiale Gasstrom kann also beispielsweise durch die Geometrie oder die Tiefe der Ausnehmungen 75 bestimmt werden, wenn die den Ausnehmungen 75 gegenüberliegende Fläche am Kopf 6, die den entsprechenden Abschnitt der radialen Kanäle 20 begrenzt, eben ausgebildet ist. Eine andere Variationsmöglichkeit zur Änderung des durch die radialen Kanäle 20 hindurchtretenden Gasstroms besteht darin, das Kopfteil 6 über das Gewindeteil 63 verschieden tief in das Gewindeteil 72 des Schaftteils 7 einzuschrauben und damit den radial durchtretenden Gasstrom zu steuern.
In den 4 und 5 ist die Ausbildung des nadelförmigen Körpers 3 im einzelnen dargestellt. Wie bereits beschrieben, besteht der nadelförmige Körper 3 aus einem Kopfteil 12 und einem langgestreckten nadelförmigen Abschnitt 13. Das Kopfteil 12 besitzt eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche. Der nadelförmige Abschnitt 13 besitzt unterhalb des Kopfteils 12 zunächst über einen wesentlichen Teil seiner Länge die Querschnittsfläche eines gleichschenkligen Dreiecks und an seinem dem Kopfteil 12 abgewandten Ende 31 einen kreisförmigen Querschnitt.
Am Kopfteil 12 sind am Außenumfang drei axial verlaufende Ausnehmungen bzw. Rillen 32 ausgebildet, die symmetrisch, d. h. im Abstand von 120° am Umfang verteilt sind. In entsprechender Weise sind am Übergang des Kopfes 12 in den Abschnitt 13 Ausnehmungen bzw. Einstiche 33 vorgesehen, die mit den Rillen 32 in Verbindung stehen bzw. fluchten und dadurch entlang dem Kopfteil 12 für das durch den Gaseintritt 10 (1) einströmende Gas eine durchgehende Durchtrittsmöglichkeit schaffen.
Auch in 5 sind die Rillen 32 und die Einstiche 33 zeichnerisch angedeutet bzw. dargestellt. Es ist auch zu erkennen, wie die Einstiche 33 an der Unterseite des Kopfteils 12 ("senkrecht stehend") in Richtung auf die Seitenmitten des die Querschnittsfläche des Abschnitts 13 bildenden gleichschenkligen Dreiecks geführt sind. Wie sich im Zusammenhang mit der Beschreibung zu 1 ergibt, stehen die Einstiche 33 somit mit den drei zwischen dem Abschnitt 13 und der Ausnehmung 15 definierten, axial verlaufenden Kanälen 18 in Verbindung. Durch diese Konstruktion des Kopfteils 12 und des Abschnitts 13 ist somit ein durchgehender Gasstrom über die Rillen 32 und Einstiche 33 am Kopfteil und die axialen Kanäle 18 gewährleistet.
Durch die Ausbildung des dem Kopfteil 12 abgewandten Endes 31 ist für die axial verlaufenden Kanäle 18 jeweils eine Begrenzungsfläche 34 geschaffen. Dabei ist trotz der Anordnung der Begrenzungsflächen 34 ein im wesentlichen axial gerichteter Gasaustritt durch die Kanäle 18 gewährleistet. Die Begrenzungsflächen 34 ermöglichen zusammen mit dem am Ende 31 ausgebildeten Abschnitt 35 mit kreisförmiger Querschnittsfläche, daß unter axialer Verschiebung des nadelförmigen Körpers 3 im Grundkörper 2 ein Öffnen bzw. Schließen der Gasaustritte 19 (1) möglich ist. Damit kann insbesondere dann kein Kunststoffmaterial in die Vorrichtung 1 eindringen, wenn durch den Gaseintritt 10 kein Gas einströmt.
Der Abschnitt 35 ist an seinem äußersten, dem Werkzeuginneren zugeordneten Ende gemäß 4 zu einer kegelförmigen Spitze verjüngt. Dies erleichtert das Vordringen des nadelförmigen Körpers 3 in die im Werkzeug 5 vorhandene Kunststoffschmelze bei Druckbeaufschlagung mit dem Gasstrom und axialer Verschiebung des nadelförmigen Körpers 3.
Wie beschrieben, sind die Strömungsquerschnitte der axialen und radialen Gasströme durch die Konstruktion der Vorrichtung variierbar. 6 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei sich diese lediglich in einer anderen Konstruktion des nadelförmigen Abschnitts 13 von der Ausführung gemäß 1 unterscheidet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in 6 die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 5 verwendet.
Bei der Ausführung gemäß 6 ist der Abschnitt 35 mit kreisförmiger Querschnittsfläche am Abschnitt 13 derart verlängert, daß auch bei vollständiger axialer Verschiebung des nadelförmigen Körpers 3 in Richtung des Werkzeuginneren die Begrenzungsfläche 34 innerhalb der Ausnehmung 15 verbleibt und somit kein eigentlicher freiliegender Gasaustritt 19 geschaffen ist. Dementsprechend kann nur ein geringer Gasstrom durch einen bei fehlender vollständiger Abdichtung gebildeten Ringspalt 36 in axialer Richtung austreten. Durch diese Ausgestaltung kann also der axiale Gasstrom in gewünschter Weise durch Austausch des nadelförmigen Körpers 3 gesteuert werden.
Die Ausführung gemäß 6 kann insbesondere bei einer niedrigen Viskosität der Kunststoffschmelze eingesetzt werden, bei der lediglich die Einleitung eines schwachen Gasstromes in axialer Richtung erwünscht sein kann. Bei im übrigen gleicher Ausbildung mit 1 kann somit bei der Ausführung gemäß 6 ein schwacher axialer Gasstrom und gleichzeitig ein ebenfalls schwacher radialer Gasstrom in das Werkzeuginnere eingeleitet werden. Dabei bleiben die im folgenden noch geschilderten Vorteile der Einleitung eines radialen Gasstromes erhalten.
Im folgenden soll, auch unter Hinweis auf die 1 bis 6, die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden.
Zur Montage der Vorrichtung gemäß 1 wird zunächst das Schaftteil 7 des Grundkörpers 2 über sein Außengewinde 71 (3) in die Wand 4 des Werkzeugs 5 eingebracht. Dabei erfolgt das Eindrehen des Außengewindes 71 in die Wand 4 mit Hilfe des Innen-Sechskants 74 (3). Die Ausnehmung 73 im Schaftteil 7 fluchtet dabei mit einer vor oder nach Einbringen des Schaftteils 7 in der Wand 4 gebildeten Bohrung 11, wodurch der Gaseintritt 10 definiert ist.
Als nächstes wird dann ein nadelförmiger Körper 3 in das Schaftteil 7 (bzw. das Kopfteil 6) eingesetzt und anschließend das Kopfteil 6 mit Hilfe des Außen-Sechskants 61 (2) über das Gewindeteil 63 in das Gewindeteil 72 des Schaftteils 7 eingeschraubt. Die Demontage erfolgt, beispielsweise zum Austausch des nadelförmigen Körpers oder zu Reinigungszwecken, in umgekehrter Reihenfolge.
Durch die bereits beschriebene Ausbildung von Kopfteil 6, Schaftteil 7 und nadelförmigem Körper 3 der Ausführung gemäß 1 sind axial verlaufende Kanäle 18 und radial verlaufende Kanäle 20, die paarweise miteinander in Verbindung stehen, gebildet.
Wird der Gaseintritt 10 mit einem Gasstrom, beispielsweise Stickstoff beaufschlagt, so strömt das Gas unter gleichzei tiger axialer Verschiebung des nadelförmigen Körpers 3 in Richtung auf das Werkzeuginnere durch die Rillen 32 und die Einstiche 33 (4) in die axialen Kanäle 18 und über diese auch in die radialen Kanäle 20. Dadurch strömt Gas durch die entsprechenden Gasaustritte 19 und 21. Durch die gewählte Konstruktion der Kanäle 18 und 20 ergeben sich vergleichsweise schwache radiale (Neben-)Ströme und vergleichsweise starke axiale (Haupt-)Ströme.
Wird die Einleitung des Gasstromes durch den Gaseintritt 10 beendet, so kann das im Werkzeuginneren vorhandene Gas, in erster Linie durch die axialen Kanäle 18 zurückströmen. Dadurch wird der im Inneren des Werkzeugs vorhandene Druck abgebaut. Gleichzeitig wird der nadelförmige Körper 3, dessen Vorwärtsbewegung bei einströmendem Gas durch die Anschlagfläche 17 begrenzt ist, durch das ausströmende Gas so lange zurückbewegt, bis die Bewegung des Kopfteils 12 durch die Anschlagfläche 16 begrenzt ist.
Sind wie bei der detailliert beschriebenen Ausführungsform gleichzeitig axiale Kanäle 18 und radiale Kanäle 20 vorhanden, so hat der aufgebaute radiale Gasstrom unter anderem den Vorteil, daß er die Gasaustritte 19 der axialen Kanäle 18 von der vorhandenen Kunststoffschmelze freispült. Dadurch kann nicht nur bei der Einleitung von Gas der Gasstrom frei aus den Gasaustritten 19 der axialen Kanäle 18 austreten, sondern auch bei Beendigung der Gaseinleitung zum einen das Gas frei durch die axialen Kanäle 18 aus dem Inneren des Werkzeugs zurückströmen und zum anderen der nadelförmige Körper 3 ungehindert in den Grundkörper 2 zurückgleiten.
Durch das Vorhandensein axialer und radialer Gasströme sowie die axiale Verschiebung des nadelförmigen Körpers 3 wird eine Verstopfung von Gasaustritten zuverlässig verhindert und eine Art Selbstreinigungseffekt bei der Vorrichtung bewirkt. Wie bereits geschildert, ist damit eine Reinigung der Vorrichtung erst in vergleichsweise großen zeitlichen Abständen, beispielsweise nach 2000 bis 4000 Herstellungszyklen, erforderlich. Außerdem ist eine hohe Rückführung des verwendeten Gases gewährleistet.
Durch die einfache Demontierbarkeit der Vorrichtung, wie sie bereits beschrieben ist, läßt sich der nadelförmige Körper schnell ersetzen oder austauschen. Damit können in einfacher Weise unterschiedlich konstruierte nadelförmige Körper 3 in denselben Grundkörper 2 eingesetzt werden, die beispielsweise für verschiedene Viskositäten des verwendeten Kunststoffmaterials ausgebildet sind. Darüber hinaus sind durch eine Änderung der Einschraubtiefe des Kopfteils 6 in das Schaftteil 7 sowohl die Eintauchtiefe des nadelförmigen Körpers 3 in das Werkzeuginnere als auch die radialen Gasströme einfach variabel einstellbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich bei Beibehaltung der beschriebenen Vorteile mit einem Gesamtdurchmesser von nur ca. 4 mm bis ca. 6 mm ausführen. Dies erlaubt die Einleitung von Gas in das Formwerkzeug an beliebigen, ggf. unauffälligen Stellen. Ausführungen mit größeren Durchmessern sind selbstverständlich möglich.

Claims

Vorrichtung zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Kunststoff-Formteilen, mit einem vorzugsweise langgestreckten Grundkörper (2), einem relativ zum Grundkörper in ihm axial verschiebbaren, nadelförmigen Körper (3), mindestens einem Gaseintritt (10) und mindestens einem durch axiale Verschiebung des nadelförmigen Körpers (3) mit Gas beaufschlagbaren Gasaustritt (19), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (2) mindestens ein radial zum nadelförmigen Körper (3) verlaufender Kanal (20) vorgesehen ist, der einen weiteren Gasaustritt (21) bildet oder in einen solchen mündet, wobei vorzugsweise mindestens zwei radiale Kanäle (20) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Körper (3) durch den über den Gaseintritt (10) einströmenden Gasstrom axial verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Körper (3) teilweise innerhalb des Grundkörpers (2) geführt in den Grundkörper (2) eingesetzt ist, wobei der nadelförmige Körper mit seinem dem Inneren des Formwerkzeugs zugeordneten Ende nach vollständiger axialer Verschiebung in diese Richtung über den Grundkörper hinausragt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am nadelförmigen Körper (3) mindestens ein axial verlaufender Kanal (18) ausgebildet ist, der einen Gasaustritt (19) bildet oder in einen solchen mündet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nadelförmige Körper (3) ein Ansatz- bzw. Kopfteil (12) mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt und einen im Verhältnis zum Kopfteil langgestreckten Nadelabschnitt (13) aufweist, wobei das Kopfteil (12) einen grösseren Durchmesser als der Nadelabschnitt (13) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (12) an seinem Aussenumfang axial verlaufende Rillen bzw. Ausnehmungen (32) aufweist, die vorzugsweise symmetrisch angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (12) am Übergang in den Nadelabschnitt (13), insbesondere an einer dort ausgebildeten Kantenfläche radial verlaufende Rillen bzw. Ausnehmungen (33) aufweist, die mit den axial verlaufenden Rillen (32) am Aussenumfang des Kopfteils (12) in Verbindung stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der axial verlaufende Kanal (18) entlang mindestens eines Teils des Nadelabschnitts (13) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Nadelabschnitts (13) mindestens über einen Teil seiner Länge die Form eines Mehrecks, insbesondere die Form eines gleichschenkligen Dreiecks, besitzt, wobei der Nadelabschnitt (13) an seinem dem Kopfteil (12) abgewandten Ende einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus mehr als einem, insbesondere zwei Teilen (6, 7) besteht, die miteinander verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) bzw. die den Grundkörper bildenden Teile (6, 7) im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, wobei in axialer Richtung Ausnehmungen (14, 15; 73) mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass axial verlaufende Kanäle (18) durch die Führung des Nadelabschnitts (13) mit einer mehreckigen Querschnittsfläche innerhalb einer Ausnehmung (15) im Grundkörper (2) mit kreisförmiger Querschnittsfläche gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass drei axial verlaufende Kanäle (18) durch Führung des Nadelabschnitts (13) mit dreieckiger Querschnittsfläche in einer Ausnehmung (15) mit kreisförmiger Querschnittsfläche im Grundkörper (2) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass radial verlaufende Kanäle (20), insbesondere drei radial verlaufende Kanäle durch Bohrungen und/oder Rillen bzw. Ausnehmungen (65; 75) im Grundkörper (2) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass radial verlaufende Kanäle (20) mit axial verlaufenden Kanälen (18) in Verbindung stehen.
Nadelförmiger Körper zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Kunststoff-Formteilen, mit einem Ansatz- bzw. Kopfteil (12) mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt und einen im Verhältnis zum Kopfteil langgestreckten Nadelabschnitt (13), wobei das Kopfteil (12) einen grösseren Durchmesser als der Nadelabschnitt (13) besitzt und an einem Aussenumfang axial verlaufende Rillen bzw. Ausnehmungen (32) aufweist, die vorzugsweise symmetrisch angeordnet sind, wobei das Kopfteil (12) am Übergang in den Nadelabschnitt (13), insbesondere an einer dort ausgebildeten Kantenfläche radial verlaufende Rillen bzw. Ausnehmungen (33) aufweist, die mit den axial verlaufenden Rillen (32) am Aussenumfang des Kopfteils (12) in Verbindung stehen
Verfahren zur Einleitung von Gas in ein Formwerkzeug zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Kunststoff-Formteilen, bei dem in einer Begasungsvorrichtung ein nadelförmiger Körper relativ zu einem Grundkörper direkt durch den über einen Gaseintritt einströmenden Gasstrom axial verschoben wird und durch die Begasungsvorrichtung eine im Wesentlichen axiale und eine radiale Einleitung von Gas vorgenommen wird, wobei die radiale Gaseinleitung zumindest teilweise durch im Grundkörper angeordnete Gasaustritte erfolgt.