DE19745230A1 - Spritzgießdüse mit einem Dichtungsring und Einsätzen für seitliche Schmelzedurchgänge - Google Patents

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.