DE19745230A1 - Spritzgießdüse mit einem Dichtungsring und Einsätzen für seitliche Schmelzedurchgänge - Google Patents
Spritzgießdüse mit einem Dichtungsring und Einsätzen für seitliche SchmelzedurchgängeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das Spritzgießen mit mit
Formenseitlichen Schmelzedurchgängen und im besonderen auf eine beheizte Dü
senvorrichtung, die eine Kombination aus einer Vielzahl randseitiger Einsätze und ei
nem Dichtungsring aufweist. Die Kombination ist so strukturiert, daß sie eine adäquate
Abdichtung erbringen kann, während gleichzeitig Wärmeverluste von der beheizten
Düse zur umgebenden gekühlten Spritzgußform reduziert werden.
Wie in US-A-38 22 856, ausgegeben für Gellert am 09.07.1974, zu sehen ist, wird bei
früheren Spritzgießsystemen mit seitlichen Schmelzedurchgängen gestattet, daß sich
ein Abschnitt des Raumes mit der Schmelze füllt, der zwischen der beheizten Düse
und der umgebenden gekühlten Form vor einer Abdichthülse vorliegt. Dies führt je
doch zu dem Problem, daß von diesem zunächst austretenden Schmelzematerial ein
Teil fortgesetzt wieder zurück aus diesem Raum eingesaugt wurde und damit das
nachfolgende Schmelzematerial zu lange verschmutzen konnte, z. B. nach einer Farb- oder
Schmelzmaterialumstellung. Um dieses Problem zu beseitigen, wurde die Düse
so ausgebildet, daß sie sich eng bis an die Wand der Spritzgußform erstreckte, um
eine Viskositätsabdichtung zwischen der Düse und der Spritzgußform um jeden
Schmelzedurchgang zu formen. Ein derartiges Beispiel wird auf S. 6 einer Broschüre
der Fa. Mold-Masters Limited mit dem Titel "Hot Edge Gate Design" vom Juni 1980
gezeigt. Obwohl diese Ausbildung für einige Materialien zufriedenstellend ist, entsteht
doch für andere Materialien wie Polyolefine im Schmelzedurchgangsbereich zu viel
Wärme, was dazu führt, daß relativ viele Spritzformprodukte schadhaft ausfallen.
Später wurde, wie auf S. 6 der Broschüre "Injection Molding with Modular Hot Runner
Systems" von 1987 der Fa. Mold-Masters Limited gezeigt ist, der Abstand zwischen
der Düse und der Form in ausreichendem Maß vergrößert, um es der Schmelze zu
gestatten, den Raum vor einem Dichtungsring auszufüllen, jedoch es nicht zu gestat
ten, daß die Schmelze aus dem Raum wieder zurückgesaugt werden kann. Da die
Abdichtung erzielt wird mittels eines Dichtungsringes, der sich um die Düse herum
erstreckt, hat diese Ausbildung den Nachteil, daß die maximale Größe oder die
Reichweite der Düse bei den Schmelzedurchgängen kleiner sein muß als der Innen
durchmesser des Dichtungsringes, um die Montage des Dichtungsringes vom Vorde
rende der Düse her zu gestatten.
Ein weiterer Versuch zur Lösung dieses Problemes besteht darin, um jeden Schmel
zedurchgang eine Abdichtung vorzusehen, und zwar mittels individueller Dichtungen
oder Einsätze für seitliche Schmelzedurchgänge, die mit der Form in Kontakt sind,
sowie dies in US-A-4 344 750 gezeigt ist, herausgegeben für Gellert am 17.08.1982.
Während die Anordnung dieser individuellen Dichtungen an jedem Schmelzedurch
gang für einige Materialien sehr gut funktionierte, führte sie bei anderen Materialien
jedoch zu zu viel Hitze in dem Bereich des Schmelzedurchgangs. Als Konsequenz
hierzu zeigt US-A-4 981 431, ausgegeben für Schmidt am 01.01.1991, individuelle
Durchgangsdichtungen oder Einsätze, bei denen jede Dichtung einen Dichtflansch
aufweist, der von einem zentralen oder Nasenabschnitt beabstandet ist und diesen
umfaßt und von dem Schmelzedurchgang geringfügig beabstandet ist, um den Wärmeverlust
zu reduzieren. Dies ist eine Lösung ähnlich einer KONA-Dichtung, wie sie
auf S. 3 der Zeitschrift KONANEWS vom Dezember 1995 gezeigt ist. Obwohl diese
Einsätze für seitliche Schmelzedurchgänge Dichtflansche besitzen, die den Wärme
verlust etwas vermindern, führen sie dennoch zu viel Hitze in dem Bereich um den
Schmelzedurchgang bei einigen temperaturempfindlichen Materialien.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten
Lösungen zumindest teilweise dadurch zu beseitigen, daß eine Kombination eines die
Düse umgreifenden Dichtungsringes und individuelle Durchgangseinsätze für jeden
Durchgang vorgesehen ist, wobei die Einsätze von der Form weit genug beabstandet
sind, um es der Schmelze sofort zu gestatten, den die Düse umgebenden Raum zu
füllen, jedoch nicht weit genug, um es der Schmelze zu gestatten, in den Schmel
zestrom zurückgesaugt zu werden, während nachfolgender Einspritzzyklen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung diesbezüglich eine Spritz
gießvorrichtung mit seitlichen Schmelzedurchgängen, die wenigstens eine beheizte
Düse aufweist, die sich nach vorne in eine Vertiefung einer gekühlten Spritzgußform mit
einem isolierenden Zwischenraum erstreckt, der sich zwischen wenigstens einem Teil
der Düse und der umgebenden gekühlten Form befindet. Die Vertiefung in der Form
besitzt eine Wand mit einer Vielzahl seitlicher Schmelzedurchgänge, die in Umfangs
richtung voneinander beabstandet sind. Jeder seitliche Schmelzedurchgang erstreckt
sich nach außen in einen Formhohlraum der Spritzgießform. Jede Düse besitzt ein
hinteres Ende, ein vorderes Ende, einen Schmelzekanal, und eine Vielzahl nach außen
offener Sitze benachbart zum Vorderende der Düse. Jeder Sitz ist radial ausgerichtet
mit einem der seitlichen Schmelzedurchgänge. Der Schmelzekanal weist einen zentra
len Abschnitt auf, der sich von einem Einlaß am hinteren Ende der Düse zum vorderen
Ende der Düse erstreckt. In dem Schmelzekanal ist eine Vielzahl radialer Bereiche vor
gesehen, von denen jeder radiale Bereich nach außen von dem zentralen Abschnitt zu
einem der nach außen offenen Sitze abzweigt, um auf diese Weise mit einem der seitli
chen Schmelzedurchgänge zu kommunizieren. Die Verbesserung betrifft weiterhin eine
Kombination eines Dichtungsringes mit einer Vielzahl von Einsätzen für die seitlichen
Schmelzedurchgänge. Der Dichtungsring erstreckt sich hinter den nach außen offenen
Sitzen um die Düse herum, um einen Vorderbereich des Raumes zwischen der Düse
und der umgebenden gekühlten Form gegen Leckage der Schmelze aus diesem Be
reich des Raumes nach außen abzudichten. Jeder der Durchgangseinsätze sitzt in ei
nem der nach außen offenen Sitze, die um den zylindrischen Abschnitt der Düse be
abstandet verteilt sind. Jeder Durchgangseinsatz weist ein inneres Ende, ein äußeres
Ende, und eine zentrale Bohrung auf, die sich durch den Einsatz vom inneren Ende bis
zum äußeren Ende erstreckt. Die zentrale Bohrung durch den Durchgangseinsatz trifft
auf einen der radialen Bereiche des Schmelzekanals durch die Düse und erstreckt sich
ausgerichtet auf einen der seitlichen Schmelzedurchgänge, die zu dem Formhohlraum
in der Spritzgießform führen, um während des Einspritzens einen Schmelzestrom in
den Formhohlraum zu befördern. Das äußere Ende jedes Durchgangseinsatzes er
streckt sich nach außen bis über den inneren Durchmesser des Dichtungsringes hin
aus. Das äußere Ende jedes Durchgangseinsatzes ist auch beabstandet mit einem
vorbestimmten Abstand von der Wand des Hohlraums oder der Vertiefung in der
Spritzgießform, so daß dazwischen die Öffnung geformt wird. Diese Öffnung ist weit
genug, um es der unter Druck stehenden Schmelze zu gestatten, durchzufließen und
zumindest teilweise in dem abgedichteten Förderabschnitt des Raumes zwischen der
Düse und der umgebenden gekühlten Form während des jeweiligen Einspritzzyklusses
zu erstarren. Die Öffnung ist allerdings auch klein genug, um zu verhindern, daß wäh
rend nachfolgender Einspritzzyklen der zumindest teilweise erstarrte Schmelzeanteil in
den abgedichteten Vorderabschnitt des Raumes und in den Schmelzestrom zurückge
saugt wird.
Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils eines Einspritzsystems mit mehreren
Formhohlräumen unter Verdeutlichung einer Vorrichtung, die eine
zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung darstellt,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Fig. 1,
Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Durchgangseinsatzes wie er in Fig. 2
gezeigt ist, und
Fig. 4 eine isometrische Ansicht eines in Fig. 2 gezeigten Dichtungsringes.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Spritzgießsystems und einer Spritzgießvorrichtung mit
mehreren Formhohlräumen. Ein Schmelzeverteilelement 10 stellt eine Verbindung zwi
schen mehreren beheizten Düsen 12 her. Jede Düse 12 ist in einer Vertiefung 14 an
geordnet, die in einer Spritzgießform 18 eine im wesentlichen zylindrische Wand 16
aufweist. Obwohl üblicherweise eine solche Form 18 in Abhängigkeit vom Einsatzzweck
eine größere Anzahl einzelnen Platten aufweist, sind zur leichteren Darstellung in die
sem Fall nur eine Formhohlraumplatte 20 und eine Widerlagerplatte 22 gezeigt, die
miteinander durch Schrauben 24 verbunden sind. Bei der gezeigten Ausbildung wird
das Schmelzeverteilelement 10 durch ein integrales elektrisches Heizelement 26 er
hitzt, während die Form 18 dadurch gekühlt wird, daß Kühlwasser durch Kühlkanäle 28
gepumpt wird. Das Schmelzeverteilelement 10 ist zwischen der Formhohlraumplatte 20
und der Widerlagerplatte 22 positioniert durch einen zentral angeordneten Ring 30 und
eine Vielzahl isolierender und elastischer Abstandselemente 32, um einen isolierenden
Raum 34 zwischen dem beheizten Verteilelement 10 und der diese umgebenden, ge
kühlten Spritzgießform 18 zu schaffen.
Das hintere Ende 36 jeder Düse 12 wird mit Schrauben 38 gegen eine Vorderfläche 40
des Schmelzeverteilelementes 10 gespannt. Jede Düse 12 enthält ein integriertes
elektrisches Heizelement 42, das sich um einen Schmelzekanal 44 herum erstreckt. Ei
ne äußere Hülse 46 am hinteren Ende 36 der Düse 12 weist einen sich nach vorne er
streckenden Flanschabschnitt 48 auf, der auf einem kreisförmigen Sitz 50 in der Form
18 sitzt, um die Düse 12 zu positionieren und einen isolierenden Zwischenraum 52 zwi
schen der beheizten Düse 12 und der diese umgebenden, gekühlten Form 18 zu
schaffen. Wie sich am besten in Fig. 2 erkennen läßt, erstreckt sich um die Düse ein
kreisförmiger Dichtungsring 54 herum, um diesen Zwischenraum 52 zu überbrücken
und eine Abdichtung gegen eine Leckage von Schmelze zu bilden. Bei dieser Ausfüh
rungsform ist der Dichtungsring 54 aus einer Titanlegierung hergestellt. Er besitzt eine
V-förmige Vorderfläche 56 und ein hinteres Ende 58, das an einer kreisförmigen
Schulter 60 anliegt, welche sich um die Düse 12 erstreckt. Auf diese Weise formt der
Dichtungsring 54 einen abgedichteten Vorderbereich 62 des Raumes 52, der sich um
das Vorderende 64 der Düse 12 erstreckt.
Von einem zentralen Einlaß 68 in einem zylindrischen Einlaßabschnitt 70 des Schmel
zeverteilelementes 10 erstreckt sich ein Schmelzekanal 66 weg, der im Element 10
nach außen abzweigt, um Schmelze zum Schmelzekanal 44 in jede der beheizten Dü
sen 12 zu fördern. Wie ersichtlich, weist der Schmelzekanal 44 einen zentralen Ab
schnitt 72 auf, der sich vom hinteren Ende 36 der Düse 12 zu einer Vielzahl radialer
Bereiche 74 erstreckt, die benachbart zum vorderen Ende 64 in der Düse 12 nach
außen abzweigen. Jede Düse 12 besitzt ferner mehrere nach außen offene, mit Gewin
de versehene Sitze 76, die voneinander beabstandet in einem im wesentlichen zylindri
schen Abschnitt 78 benachbart zum vorderen Ende 64 der Düse 12 verteilt sind. In je
den der mit einem Gewinde versehenen Sitze 76 ist ein Durchgangseinsatz 80 aus
sehr wärmeleitfähigem Material wie einer Kupferlegierung eingeschraubt. Der Einsatz
80 weist ein inneres Ende 82 und ein äußeres Ende 84 auf. Das äußere Ende 84 jedes
Einsatzes 80 erstreckt sich nach außen oder besitzt zumindest eine Reichweite, die
größer ist als der Innendurchmesser des Dichtungsringes 54. In jedem Durchgangsein
satz 80 ist eine zentrale Bohrung 86 vorgesehen, die sich in Ausrichtung mit einem der
radialen Bereiche 74 des Schmelzekanals 44 durch die Düse 12 erstreckt, und auch
ausgerichtet ist auf einen Schmelzedurchgang 88, der sich durch die Wand der Form
18 bis in den Formhohlraum 90 erstreckt.
Wie Fig. 2 klar erkennen läßt, ist das äußere Ende 84 jedes Durchgangseinsatzes 80
von der Wand 16 der Vertiefung 14 mit einem vorbestimmten Abstand "D" beabstan
det, um eine Öffnung 92 zwischen der Düse und der Wand zu begrenzen. Unter Druck
gesetzte Schmelze fließt durch diese Öffnung 92 während eines Einspritzzyklusses
nach außen und erstarrt zumindest teilweise in dem abgedichteten Vorderabschnitt 62
des Raumes 52 zwischen der Düse 12 und der umgebenden Wand 16 der Vertiefung
14. Der Abstand "D" ist groß genug gemacht, um es der Schmelze zu erlauben, direkt
nach außen hindurchzufließen. Der Abstand ist jedoch klein genug, um zu verhindern,
daß die in den Vorderabschnitt 62 des Raumes 52 zumindest teilweise erstarrte
Schmelze während nachfolgender Einspritzzyklen in den in den Formhohlraum 90
strömenden Schmelzestrom zurückgesaugt wird. Bei der gezeigten Ausführungsform
kann der Abstand "D" ca. 0,1 mm (0,004 Zoll) betragen, obwohl es möglich ist, die
Spaltweite demgegenüber etwas zu variieren in Abhängigkeit von der Charakteristika
des zu formenden Materials.
Im Betrieb wird die Vorrichtung in der vorbeschriebenen Weise und wie in Fig. 1 gezeigt
installiert. Jeder Dichtungsring 54 wird vor den Durchgangseinsätzen 80 montiert. Dies
gestattet es, die äußeren Enden 84 der dann eingeschraubten oder auf andere Weise
eingesetzten und festgelegten Durchgangseinsätze 80 nach außen über den Innen
durchmesser des Dichtungsringes 54 hinausreichen zu lassen. Dann wird das elektri
sche Heizelement 26 in dem Schmelzeverteilelement 10 mit elektrischem Strom ver
sorgt, und auch die Heizelemente 42 in den Düsen 12, um diese auf eine vorbestimmte
Betriebstemperatur aufzuheizen. Durch eine Spritzgießmaschine (nicht gezeigt) wird
unter Druck gesetzte Schmelze zum zentralen Einlaß 68 des Schmelzedurchlasses 66
in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Einspritzzyklus gebracht. Die Schmelze
strömt durch das Schmelzeverteilelement 10, verzweigt sich dann nach außen zu jeder
Düse 12, in der die Schmelze weiterhin verzweigt wird, um nach außen durch jeden
Durchgangseinsatz 80 und den damit fluchtenden Schmelzedurchgang 88 in den
Formhohlraum 90 einzufließen. Während dieses Einspritzzyklus tritt von der Schmelze
auch ein Teil durch die Öffnungen 92 um die Durchgänge 88 aus, um den abgedichte
ten Vorderabschnitt 62 des Raumes 52 unterhalb des Dichtungsringes 54 zu füllen.
Nachdem die Formhohlräume 90 gefüllt sind und eine zweckmäßige Verdichtungs- und
Kühlperiode verstrichen ist, wird der Einspritzdruck aufgehoben und das Schmelzeför
dersystem druckentlastet, um ein Nachfließen (Stringing) durch die offenen Durchgän
ge 88 zu vermeiden. Dann wird die Form 18 geöffnet, um die geformten Produkte aus
zuwerfen. Nach dem Auswerfen wird die Form 18 erneut geschlossen und der vorer
wähnte Zyklus kontinuierlich wiederholt mit einer Zykluszeit, die abhängt von der Größe
der Formhohlräume 90 und dem Typ des verarbeiteten Materials. Sobald der Material
typ oder die Farbe des Materials, das verarbeitet wurde, geändert wird, ist der Abstand
"D" klein genug, um zu verhindern, daß das teilweise erstarrte Schmelzematerial aus
dem Vorderabschnitt 62 des Raumes 52 in den Schmelzestrom einer unterschiedlich
eingefärbten oder anderen Schmelze zurückgesaugt wird, die dann in den Formhohl
raum 90 einströmt. Ein größerer Abstand am äußeren Ende 84 des Durchgangseinsat
zes 80 hat zusätzlich zum Vermindern von Wärmeverlusten von dem Durchgangsein
satz 80 zur umgebenden gekühlten Form 18 den Vorteil, daß das im Vorderabschnitt
62 des Raumes 52 eingeschlossene Schmelzematerial selbsttätig eine Isolierung ge
gen Wärmeverluste bewirkt und auch hilft, eine Dichtung gegen den Durchtritt jeglicher
Schmelze durch den Dichtungsring 54 zu schaffen.
Die Erfindung ist nicht eingeschränkt auf eine Spritzgießvorrichtung mit seitlichen
Schmelzedurchgängen und einer Ausbildung, bei der jede Düse 12 eine Kombination
eines Dichtungsringes 54 mit mehreren Durchgangseinsätzen 80 aufweist, weil diese
Ausführungsform nur als Beispiel zu sehen ist. Modifikationen sind in großer Variati
onsbreite möglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Claims (2)
1. Spritzgießvorrichtung mit seitlichen Schmelzedurchgängen (88) und wenigstens ei
ner beheizten Düse (12), die sich nach vorne in eine Vertiefung (16) einer gekühlten
Spritzgießform (18) mit einem isolierenden Raum (52) erstreckt, der zwischen wenig
stens einem Teil der Düse (12) und der umgebenden gekühlten Form (18) vorliegt, wo
bei die Vertiefung (16) in der Form (18) eine Wand aufweist, in der mit Zwischenab
ständen die Schmelzedurchgänge (88) verteilt angeordnet sind, von denen sich jeder
Schmelzedurchgang (88) nach außen bis in einen Formhohlraum (90) der Form (18)
erstreckt, wobei die wenigstens eine Düse (12) ein hinteres Ende (36), ein vorderes -
Ende (64), einen Schmelzekanal (44) und eine Vielzahl nach außen offener Sitze (76)
benachbart zum Vorderende (64) der Düse (12) aufweist, von denen jeder Sitz (76) mit
einem der seitlichen Schmelzedurchgänge (88) ausgerichtet ist, wobei der Schmelze
kanal (44) einen zentralen Abschnitt (72) aufweist, der sich von einem Einlaß am hinte
ren Ende (36) der Düse (12) bis zumindest nahe zum vorderen Ende (64) der Düse
(12) erstreckt und ferner mehrere radiale Bereiche (74) umfaßt, deren jeder von dem
zentralen Abschnitt (72) zu einem der nach außen offenen Sitze (76) abzweigt, um eine
Verbindung mit einem der seitlichen Schmelzedurchgänge herzustellen, gekennzeich
net durch,
die Kombination eines Dichtungsringes (54) mit einer Vielzahl von Durchgangseinsät
zen (80), wobei der Dichtungsring (54) einen vorbestimmten Innendurchmesser besitzt
und sich hinter den nach außen offenen Sitzen (76) um die Düse (12) herumerstreckt,
um einen Vorderabschnitt (62) des Raumes (52) zwischen der Düse (12) und der um
gebenden gekühlten Form (18) gegen Leckage der Schmelze aus dem Vorderabschnitt
des Raumes (52) abzudichten, und wobei jeder Durchgangseinsatz (80) in einem der
nach außen offenen Sitze (76) angeordnet ist, die in einem zylindrischen Abschnitt (78)
der Düse (12) beabstandet verteilt sind, ein äußeres Ende (84) und einen zentrale Boh
rung (86) zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende des Einsatzes (80) auf
weist, welche zentrale Bohrung (86) durch den Durchgangseinsatz (80) einen der radialen
Bereiche (74) des Schmelzekanals (44) durch die Düse (12) trifft und sich in Aus
richtung mit einem der seitlichen Schmelzedurchgänge (88) erstreckt, der zum Form
hohlraum (90) in der Form (18) führt, um einen Schmelzestrom während eines Ein
spritzzyklus in den Formhohlraum (90) zu fördern, wobei sich das äußere Ende (84)
nach außen bis über den Innendurchmesser des Dichtringes (54) hinaus erstreckt und
mit einem vorbestimmten Abstand (D) von der Wand der Vertiefung (16) in der Form
(18) beabstandet ist, um zwischen diesen eine Öffnung (92) zu formen, die groß genug
ist, um es unter Druck gesetzter Schmelze zu gestatten, durchzufließen und zumindest
teilweise in dem abgedichteten Vorderabschnitt (62) des Raumes (52) zwischen der
Düse (12) und der umgebenden gekühlten Form (18) während eines Einspritzzyklusses
zumindest teileweise zu erstarren, und klein genug ist, um zu verhindern, daß das zu
mindest teilweise erstarrte Schmelzematerial in dem abgedichteten Vorderabschnitt
(62) des Raumes (52) zurückgesaugt wird in einen Schmelzestrom während nachfol
gender Einspritzzyklen.
2. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere
Ende (84) jedes Durchgangseinsatzes (80) mit ca. 0,1 mm (0.004 Zoll) von der Wand
der Vertiefung (16) in der Form (18) beabstandet ist.
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