DE2350016A1

DE2350016A1 - Spritzkopf fuer kunststoffe verarbeitende spritzgiessmaschinen mit mehreren spritzeinheiten

Info

Publication number: DE2350016A1
Application number: DE19732350016
Authority: DE
Inventors: Klaus Von Hoerde; Werner Huenten
Original assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Current assignee: Demag Kunststofftechnik Zweigniederlassung der Demag AG
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1975-04-17
Also published as: GB1470540A; BR7408257D0; FR2246378A1; IT1022443B; FR2246378B1

Description

DEMAG Kunststofftechnik GmbH, 85 Nürnberg, Rennweg 37

Spritzkopf für Kunststoffe verarbeitende Spritzgießmaschinen mit mehreren Spritzeinheiten

Die Erfindung betrifft einen Spritzkopf für Kunststoffe verarbeitende Spritzgießmaschinen mit mehreren Spritzeinheiten,

die verflüssigten oder plastifizieren Kunststoff zu einer gemeinsamen Einspritzdüse fördern, welche ein Ventil enthält und mit einem Werkzeug, das einen zum Werkzeughohlraum führenden Angußkanal enthält, zusammenfahrbar ist.

Spritzgießmaschinen mit mehreren Spritzeinheiten dienen dazu, Kunststoffe unterschiedlicher Farbe oder unterschiedlicher Beschaffenheit in den Werkzeughohlraum einzuspritzen. Insbesondere für die Herstellung von Spritzteilen im sogenannten "Sandwich"-Verfahren v/erden Spritzgießmaschinen der vorstehend geschilderten Art mit zwei Spritzeinheiten verwendet, durch die jeweils ein die kompakte Oberfläche des herzustellenden Teiles bildender festerer oder höherwertigerer Kunststoff und ein den Kern des Teiles erzeugender schaumfähiger oder vorgeschäumter oder minderwertigerer Kunststoff nacheinander über den Angußkanal in den 'Werkzeughohlraum eingespritzt werden.

Es sind Spritzgießmaschinen der vorstehend geschilderten Art bekannt, bei denen im Einspritzdüsenkörper ein Ventil ange-

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ordnet ist, das es gestattet, wahlweise einen von zwei Zuführkanälen von den Spritzeinheiten mit einem zur Düsenmündung führenden Kanal zu verbinden. Dieser Kanal bildet im herangefahrenen Zustand der Einspritzdüse an das Werkzeug eine Fortsetzung des Angußkanales des Werkzeuges (DOS 1 814 343). Es hat sich nun gezeigt, daß bei den Spritzgießmaschinen dieser Gestaltungsart Schwierigkeiten insofern auftreten, als sich eine restlose Entformung des in dem üblicherweise konischen Angußkanal entstehenden Angußkegels nicht erreichen läßt und ein sogenanntes "Fadenziehen" noch teilweise plastischen Kunststoffes beim Zurückfahren der Einspritzdüse vom Werkzeug bzw. beim öffnen des Werkzeuges nicht mit Sicherheit vermieden werden kann. Verbleiben aber Kunststoffreste nach dem Entformen im Angußkanal bzw. im zur Düsenmündung führenden Kanal, so führt dies an dem nachfolgend gespritzten Teil zu Oberflächenstörungen, z.B. zu Schlieren oder Verfärbungen. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch die Anordnung von schräg verlaufenden Bohrungen als Schmelzenkanäle im Ventilkolben des Abschalt- oder Umschaltventlies. Während der Einspritzphase bewirken nämlich die genannten Bohrungen, daß der Ventilkolben einseitig in seine Führung eingepreßt und damit das im Passungsspalt befindliche Schmiermittel verdrängt wird. Bei den nachfolgenden Bewegungen des Ventilkolbens kommt es dann zur Reibung Metalloberfläche gegen Metalloberfläche, was die Verschleißrate wesentlich erhöht.

Nach einem wejrtt;reri bekannten Vorschlag befindet sich im Spritzkopf zwischen den beiden noch nicht vereinigten Material-Zu—

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führungskanälen ein das Ventil bildender hin- und herbewegbarer Schieber mit zwei den Materialquellen zugewandten Schrägflächen, welcher unter der Einwirkung des jeweils herrschenden Einspritzdruckes entweder den einen oder den anderen Material-Zuführungskanal freigibt (DOS 2 007 238). Da sich dem Schieber, in Spritsrichtung gesehen, noch die Vereinigungsstelle der beiden Material-Zuführungskanäle und ein zur Düsenmündung führender Kanal anschließen, stellen sich hier ebenfalls Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der restlosen Entformung des Angußkegels ein. Das bekannte "Fadenziehen" und die bereits erwähnten Oberflächenstörungen bilden somit die unvermeidlichen Folgeerscheinungen. Zusätzlich besteht noch die Gefahr, daß sich in der Gleitführung des Schiebers Kunststoffreste absetzen, was Störungen im Arbeitsablauf (bis hin zu vollen Arbeitsunterbrechungen) nach sich ziehen kann. Und schließlich ist nach diesem Vorschlag noch in aufwendiger Weise zusätzlich zu dem genannten Schieber ein separat zu betätigender Absperrhahn vorgesehen.

Entsprechend der Offenlegungsschrift 2 135 792 ist eine Vorrichtung bekanntgeworden, die sich in der Praxis gut bewährt hat und mit der es möglich war, die vorgenannten Nachteile auszuschalten. Das Merkmal dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Trennstelle zwischen dem Angußkanal des Werkzeuges und der Einspritzdüse direkt am senkrecht zur Einspritzrichtung angeordneten Ventil oder in dessen unmittelbarer Nähe liegt. Dabei mündet der zum Werkzeughohlraum führende Angußkanal düsenseitig in einer von dem Werzeug vorspringenden Angußbüchse, die sich beim Zusammenfahren in eine entsprechende Ausnehmung der

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Einspritzdüse einschiebt. Dabei ist allerdings zu beachten, daß jedes zum Einsatz gelangende Werkzeug mit einer vorspringenden Angußbüchse ausgerüstet sein muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Spritzkopf der eingangs erläuterten Art so auszubilden, daß eine vollständige und rückstandslose Entformung des Angußkegels aus dem Angußkanal und damit ein reibungsloser Arbeitsablauf bei gleichzeitigem Wegfall von vom Werkzeug vorspringenden Angußbüchsen gewährleistet sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zuführungskanäle und die Ventilnadel-Führungsbohrung der Zylinderbrücke innerhalb der Düsenbohrung der Einspritzdüse in unmittelbarer Nähe der Düsenmündung zusammengeführt sind.

Mit dieser Gestaltung geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die die Fortsetzung des Angußkanales bildende Düsenbohrung, die im Düsenkörper verläuft, dessen Temperatur besitzt und in der kurzen Anlagezeit am Werkzeug nicht auf die Temperatur gebracht werden kann, die zu einer hinreichenden Verfestigung des darin befindlichen Kunststoffmaterials benötigt wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Zuführungskanäle und die Ventilnadel-Führungsbohrung in unmittelbarer Nähe der Düsenmündung zusammengeführt werden, kann die Einspritzdüse ohne Zwischenschaltung einer vorspringenden Angußbüchse direkt mit dem Werkzeug zur Anlage gebracht werden. Damit liegt der ganze Angußkanal voll im Bereich des Werkzeuges und weist somit dessen Temperatur auf. Beim Schließen des Ventiles nach dem Einspritzvorgang erfolgt

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somit unmittelbar an der düsenseitigen Mündung des. Angußkanales eine mechanische Abtrennung des Kunststoffmaterials vom Angußkegel, der auf Grund der relativ niedrigen Temperatur des Werkzeuges beim Verspritzen von Thermoplasten oder der höheren Temperatur beim Verspritzen von vulkanisierenden oder wärmeaushärtenden Kunststoffen rasch erstarrt. Es wird daher mit Sicherheit vermieden, daß Kunststoffreste nach dem Entformen im Angußkanal verbleiben.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilnadel-Führungsbohrung und die Düsenbohrung mit Düsenmündung eine gemeinsame Achse besitzen. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Zusammenführung der Zuführungskanäle so weit wie eben noch vertretbar in den Bereich der Düsenmündung zu legen und gleichzeitig unter dem Einwirken der Ventilnadel eine Veränderung bzw. ein Verschließen der Material-Austrittsquerschnitte entsprechend den jeweiligen Erfordernissen herbeizuführen.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens entspricht dabei zweckmäßigerweise der Durchmesser der in der Führungsbohrung gelagerten Ventilnadel demjenigen der Düsenmündung oder er ist, einem Alternativ-Merkmal folgend, größer als dieser. Diese konstruktive Gestaltung wirkt sich einerseits im Hinblick auf das Verschließen der Einspritzdüse vorteilhaft aus, wie auch andererseits im Hinblick auf das Entformen des Spritzlings.

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Nach einem zusätzlichen Vorschlag der Erfindung verläuft das freie Ende der Ventilnadel im wesentlichen senkrecht zur Achse der Ventilnadel oder es ist kegelförmig ausgebildet. Ergänzend können dabei die sich diametral gegenüberliegenden Seitenlinien des kegelfrömig ausgebildeten freien Endes der Ventilnadel einen Winkel bilden, der demjenigen zwischen den Achsen der Zuführungskanäle innerhalb der Einspritzdüse entspricht. Diese Ausgestaltung wirkt sich vor allem in rheologischer Hinsicht im Mündungsbereich der Einspritzdüse günstig aus.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, daß die Düsenmündung für das kegelförmig ausgebildete freie Ende der Ventilnadel einen Sitz bildet, unterstützt optimal ein funktionsgerechtes Verschließen der Einspritzdüse.

Und schließlich kann noch ergänzend zwischen Einspritzdüse und Zylinderbrücke eine die Ventilnadel allseitig umschließende Leckmengen-Kammer vorgesehen sein, von der vorzugsweise eine Ableitung abzweigt und ins Freie führt.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung den erfindungsgemäßen Spritzkopf im Schnitt, wobei die Düsenmündung durch die Ventilnadel verschlossen ist,

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Fig. 2 das düsenseitige Teilstück nach Fig. 1, jedoch bei geöffneter Einspritzdüse und bei anliegendem Werkzeug, und

Fig. 3 Einspritzdüse und Ventilnadel entsprechend einer anderen Ausführungsform.

Nach Fig. 1 besteht der erfindungsgemäße Spritzkopf 1 aus der Zylinderbrücke 2 und der daran lösbar befestigten Einspritzdüse 3. An der der Einspritzdüse 3 abgewendeten Seite ist die Zylinderbrücke 2 mit den beiden temperierbaren Spritzeinheiten und 5 verbunden, in welchen in bekannter Weise die jeweils aufgegebenen Kunststoffe verflüssigt oder plastifiziert werden. Die in den Spritzeinheiten 4 und 5 befindlichen zylindrischen Innenräume 6 und 7, in denen Kolben oder Schnecken (zeichnerisch nicht dargestellt) zum Zwecke des Förderns, Plastifizieren bzw. Ausspritzens gelagert sind, stehen über die Zuführungskanäle 8 und 9 mit der Düsenbohrung 10 der Einspritzdüse 3 in Verbindung. Zusammengeführt werden die beiden Zuführungskanäle 8 und 9 gleichzeitig mit der die Ventilnadel 11 aufnehmenden Führungsbohrung 12 in unmittelbarer Nähe der Düsenmündung 13. Dabei besitzen vorzugsweise die Ventilnadel-Führungsbohrung 12 und die Düsenbohrung 10 mit Düsenmündung 13 eine gemeinsame Achse.

Wie die Fig. l und 2 deutlich veranschaulichen, ist der Durchmesser der in der Führungsbohrung 12 gelagerten Ventilnadel 11 größer als derjenige der Düsenmündung 13, um ein exaktes Verschließen der Einspritzdüse 3 zu ermöglichen. Entsprechend bildet

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demnach auch die Düsenmündung 13 für das freie Ende 14 der Ventilnadel 11 einen Sitz, während das freie Ende 14 der Ventilnadel 11 kegelförmig ausgebildet ist. Um zusätzlich ein möglichst funktionsgerechtes Zusammenspiel zwischen der Düsenmündung 13, den Zuführungskanälen 8, 9 und der Ventilnadel 11 zu ermöglichen, bilden die sich diametral gegenüberliegenden Seitenlinien des kegelförmigen freien Endes 14 der Ventilnadel 11 einenWinkel oC , der demjenigen zwischen den Achsen der Zuführungskanäle 8, 9 entspricht.

Um gegebenenfalls zwischen Führungsbohrung 12 und Ventilnadel austretende Kunststoff-Leckmengen aufnehmen zu können, ist zwischen der Einspritzdüse 3 und der Zylinderbrücke 2 eine zylindrische Leckmengen-Kammer 15 vorgesehen, welche die Ventilnadel 11 allseitig umschließt. Leckagen können aus der Kammer über die Ableitung 16 in üblicher Weise abgeführt werden.

Wie aus Fig.1 hervorgeht, werden die Bewegungen der Ventilnadel 11 über einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb bewerkstelligt. Die Antriebsvorrichtung besteht dabei aus einem über die Leitungen 17 und 18 mit Druck beaufschlagbaren Zylinder 19, der platzsparend zwischen den beiden Spritzeinheiten 4 und 5 an der Zylinderbrücke 2 angeordnet ist. Mit dem im Zylinder 19 hin- und herbewegbaren Kolben 20 ist düsenseitig die Ventilnadel 11 verbunden.

Entsprechend Fig. 2 liegt die Einspritzdüse 3 an einem zu füllen-

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den Werkzeug an, das aus den Werkzeughälften 21 und 22 besteht, welche ihrerseits den Werkzeughohlraum 23 umschließen. Die Verbindung zwischen der Düsenmündung 13 einerseits und dem Werkzeughohlraum 23 andererseits wird von dem konischen Angußkanal hergestellt.

Eine im Sinne der Erfindung abgewandelte Gestaltungsform zeigt Fig. 3. Hier entspricht der Durchmesser der Düsenmündung demjenigen ,der Ventilnadel II¹, wobei die Stirnfläche des freien Endes 14· im wesentlichen senkrecht zur Achse der Ventilnadel 11* verläuft. So gesehen kann natürlich auch die Form der genannten Stirnfläche dem Außenradius (Werkzeuganlageflache) der Einspritzdüse 3¹ angepaßt sein.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende :

Wenn mit einer Spritzgießmaschine, deren Spritzkopf 1 und Werkzeug 21, 22 in den Zeichnungen dargestellt sind, thermoplastische Kunststoffe verarbeitet werden sollen, so wird das Werkzeug gekühlt, um eine rasche Verfestigung des in den Werkzeughohlraum eingespritzten Kunststoffes zu erzielen, während der Spritzkopf beheizt wird, um eine solche Verfestigung vor dem Einspritzvorgang auf jeden Fall zu Verhindern. Wird nun für den beabsichtigten Einspritzvorgang der Spritzkopf 1 und damit die Einspritzdüse 3, 3¹ an das Werkzeug 21, 22 herangefahren (Fig. 2), so befindet sich.zunächst die Ventilnadel 11, II¹ in der in den Fig. 1 oder gezeigten Lage. Nunmehr wird durch Druckbeaufschlagung der Lei-

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tung 17 der Kolben-Zylinder-Einheit 19, 20 die Ventilnadel 11, II¹ beispielsweise in die in Fig. 2 dargestellte Stellung gebracht. Dadurch werden die düsenseitigen Mündungsöffnungen der Zuführungskanäle 8, 9 freigegeben und der Kunststoff wird in ■ bekannter Weise unter der Wirkung der Spritzeinheiten in den Werkzeughohlraum 23 eingespritzt. Dabei kann das Einspritzen der Kunststoffkomponenten je nach den gerade bestehenden Bedürfnissen gleichzeitig erfolgen, z. B. um bei farbverschiedenen Materialien einen Marmoriereffekt zu erzielen, oder nacheinander durchgeführt werden, z. B. um nach dem Sandwich-Verfahren zuerst das Randmaterial und dann das Kernmaterial einzupressen. Die einzelnen Kunststoffkomponenten vereinigen sich damit erst vor dem freien Ende 14, 14' der Ventilnadel 11, 11' unmittelbar im Bereich der "Düsenmündung 13 und gelangen von dort sofort in den Angußkanal 24 des Werkzeuges 21, 22.

Bei Anwendung des Sandwich-Verfahrens ist es im Gegensatz zu den Ventilen an den meisten bekannten Spritzgießmaschinen unnötig, während des Einspritzens mittels des Ventils von der einen Spritzeinheit auf die' andere umzuschalten. Dies führt zu einer erheblichen Zeiteinsparung und macht eine Umschaltautomatik für das Ventil überflüssig. Beimaufeinanderfolgenden Einspritzen der einzelnen Kunststoffkomponenten herrscht in dem die augenblicklich ruhende Komponente enthaltenden Zuführungskanal ein in der Größenordnung des Einspritzdruckes der bewegten Komponente liegender "Haltedruck¹¹, durch den ein Eindringen der bewegten Komponente in den betreffenden Zuführungskanal verhindert wird.

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Nach Beendigung des Einspritzvorganges werden die Düsenmündung und damit auch die Mündüngsöffnungen der Zuführungskanäle 8 und durch Druckbeaufschlagung der Leitung 18 der Kolben-Zylinder-Einheit 19, 20 und der somit bewirkten Verschiebung der Ventilnadel 11, II¹ wieder verschlossen (Fig. 1 und 3). Dabei erfolgt durch das Zusammenwirken des freien Endes 14, 14' der Ventilnadel 11, II¹ mit der Düsenbohrung 10 bzw. der Düsenmündung 13 eine saubere mechanische Abtrennung des nachfolgend zu entformenden Kunststoffes von dem aufgeschmolzenen Kunststoff im Spritzkopf 1. Durch die relativ niedrige Temperatur des Werkzeuges 21, 22 ist bereits in der kurzen Zeit, in der die Einspritzdüse 3 (siehe Ausführungsbeispiel nach Fig. 1) am Werkzeug 21, 22 anliegt, eine erhebliche Abkühlung der im Bereich der Düsenmündung 13 befindlichen geringen Kunststoffmenge eingetreten. Wird daher nach Beendigung des Einspritzvorganges die Einspritzdüse 3 von dem Werkzeug 21, 22 wieder abgehoben, so erfolgt gleichzeitig eine exakte Material-Trennung praktisch gesehen dadurch, daß der verfestigte Kunststoff vollkommen aus dem Bereich der Düsenmündung 13 entfernt wird. Demgegenüber ist entsprechend dem Alternativ-Vorschlag der Fig. 2 nach beendetem Einspritzvorgang kein Teilstück an verfestigtem Kunststoff-Material aus der Einspritzdüse 3' zu ziehen.

Nunmehr wird der hergestellte Spritzling durch Trennen der Werkzeughälten 21 und 22 in bekannter Weise entformt. Dabei wird der ebenfalls verfestigte Angußkegel aus dem Angußkanal 24 vollständig herausgezogen. Wie bereits angedeutet, besteht hierbei keine Gefahr, daß im Bereich der Düsenmündung 13 noch nicht ausreichend

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verfestigter Kunststoff verbleibt, der beim nächsten Einspritzvorgang zu Ausschuß führen würde.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

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[ Iy Spritzkopf für Kunststoffe verarbeitende Spritzgießmaschinen mit mehreren Spritzeinheiten, die verflüssigten oder plastifizierten Kunststoff zu einer gemeinsamen Einspritzdüse fördern, welche ein Ventil enthält und mit einem Werkzeug, das einen zum Werkzeughohlraum führenden Angußkanal enthält, ζusammenfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungskanale (8, 9) pnd die Ventilnadel-Führungsbohrung (12) der Zylinderbrücke (2) innerhalb der Düsenbohrung (10) der Einspritzdüse (3, 3^T) in unmittelbarer Nähe der Düsenmündung (13) zusammengeführt sind.
2. Spritzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel-Führungsbohrung (12) und die Düsenbohrung (10) mit Düsenmündung (13) eine gemeinsame Achse besitzen.
3. Spritzkopf nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der in der Führungsbohrung (12) gelagerten Ventilnadel (11, II¹) demjenigen der Düsenmündung (13) entspricht oder größer als dieser ist.

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4. Spritzkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (14, 14') der in der Führungsbohrung (12) befindlichen Ventilnadel (11, 11^r) im wesentlichen senkrecht zur Achse der Ventilnadel (11, 11') verläuft oder kegelförmig ausgebildet ist.
5. Spritzkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich diametral gegenüberliegenden Seitenlinien des kegelförmig ausgebildeten freien Endes (14) der Ventilnadel (11) einen Winkel oC bilden, der demjenigen zwischen den Achsen der Zuführungskanäle (8, 9) entspricht).
6. Spritzkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Verschließens der Düsenbohrung (1O) bei vorderer Endstellung der Ventilnadel (11) die Düsenmündung (13) für das kegelförmig ausgebildete freie Ende (14) der Ventilnadel (11) einen Sitz bildet.
7. Spritzkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einspritzdüse (3, 3') und der Zylinderbrücke (2) eine die Ventilnadel (11, 11') allseitig umschließende Leckmengen-Kammer (15) vorgesehen ist.
8. Spritzkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Leckmengen über eine mit der Leckmengen-Kammer (15) in Verbindung stehende Ableitung Qf i abführbar sind.

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