DE3301272C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißkanalvorrichtung einer Spritz­ gießform zum Zuführen einer fließfähigen, thermoplastischen Masse von einer Eintrittsöffnung bis zu einer Angußöffnung eines Formhohlraums in einem Heißkanalrohr, das von einem Isoliermaterial umgeben ist und über seine Länge aus mehreren hintereinanderliegenden, von einem elektrischen Heizstrom durchflossen, im Durchmesser und Querschnitt unterschied­ lichen Abschnitten besteht.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 30 91 812 bekannt. Dort endet die elektrische Widerstandsheizung jedoch vor der in die Angußöffnung des Formhohlraums ragenden Düse, d. h. die Düse bzw. Düsenspitze ist von der elektrischen Aufheizung ausgenommen, so daß sich in diesem Bereich ein ganz beacht­ licher Temperaturabfall einstellt. Dieser kann sich bei Ver­ arbeitung hochsensibler Werkstoffe nachteilig auswirken dahin­ gehend, daß am Formling Fließmarkierungen entstehen. Darüber hinaus ist bei der vorbekannten Vorrichtung auch nicht darauf geachtet, daß eine vorgegebene Temperaturverteilung längs des Heißkanalrohres einstellbar ist und eingehalten wird. Eine "Temperaturführung" des zu verarbeitenden Materials längs des Heißkanalrohres, die für die Qualität der daraus her­ gestellten Formlinge durchaus von Bedeutung sein kann, ist demnach nicht möglich.

Zur Lösung des angesprochenen Problems, insbesondere im Bereich der Heißkanaldüse bzw. Düsenspitze, ist in der DE-PS 28 24 971 vorgeschlagen, im den fließfähigen Werkstoff führenden Düsenkanal zentral einen Heizstab anzuordnen, wobei dieser Heizstab bis zur Düsenspitze geführt und wirksam ist. Der durch die Anordnung des ge­ nannten Heizstabes im Querschnitt ringförmige Strömungs­ kanal ist für den zu verarbeitenden Werkstoff jedoch sehr ungünstig. Vor allem ist nachteilig, daß im Außenbereich durch die zylindrische Wandung des Düsenkanals eine andere, mämlich geringere Temperatur gegeben ist als im Bereich des zentralen Heizstabes. Der dadurch entstehende Temperaturabfall innerhalb des Kanalquerschnitts, der angesichts der technologischen Eigenschaften des zu ver­ arbeitenden Werkstoffs nachteilig ist, wird bei der be­ kannten Konstruktion nach der DE-PS 28 24 971 noch da­ durch gefördert, daß die Spritzdüse ohne Isolierung gegenüber der Spritzgießform, nämlich dem Oberteil der­ selben, in diese eingesetzt ist. Darüber hinaus wird bei der bekannten Konstruktion sogar im Bereich der Düsen­ spitze ein Temperaturabfall konstruktionsbedingt in Kauf genommen. Die elektrische Ableitung des zentral angeordneten Heizstabes erfolgt nämlich durch das Düsen­ rohr, und zwar über mit der Spitze des Heizstabes ver­ bundene Stege. Im Bereich dieser Stege ist ein Temperatur­ abfall vorhanden. Aufgrund dieses Temperaturabfalls im Bereich der Düsenspitze sowie aufgrund der durch die ge­ nannten Verbindungsstege bedingten Aufteilung der Werk­ stoff-Strömung läßt sich die Ausbildung von Schlieren am Formling bei Verarbeitung thermisch empfindlicher Werkstoffe nicht vermeiden.

Ein Heißkanalrohr mit einer veränderlichen elektrischen Widerstandsheizung über die gesamte Länge zeigt noch die US-PS 35 20 026. Eine abschnittweise Temperaturein­ stellung ist nicht vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem, wenig störanfälligem Aufbau eine äußerst präzise Festlegung der Temperatur über den gesamten Bereich, also über die volle Länge des Düsen­ rohres einer Heißkanaldüse und damit eine entsprechend präzise Temperaturführung des zu verarbeitenden Werk­ stoffs ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist also eine vorbestimmte Temperierung des fließfähigen Werkstoffs im Bereich der an einem Ende des Heißkanalrohrs angeordneten Heißkanaldüse, und zwar bei denkbar einfachem Aufbau, in dem das der Heiz- Kanaldüse zugeordnete Düsenrohr aus in Längsrichtung hintereinanderliegenden Rohrabschnitten mit einem der jeweils erforderlichen Heizleistung angepaßten elek­ trischen Widerstand besteht. Die elektrische Aufheizung des Düsenrohres erfolgt bis in den kritischen Bereich desselben, d. h. bis zur Düsenspitze, und zwar mit vor­ gegebener Heizleistung.

Konstruktive Details der erfindungsgemäßen Heizkanal­ vorrichtung sind in den Unteranprüchen beschrieben.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäß ausgebildeten Heißkanalvorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Heißkanaldüse im Längsschnitt mit den dazugehörigen Konstruktionsteilen eines Formwerkzeuges,

Fig. 2 die Heißkanaldüse im Längsschnitt im ver­ größerten Maßstab,

Fig. 3 die Einzelheit gemäß Fig. 2 als (halbe) Seitenansicht, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Heißkanaldüse gemäß Fig. 2 im unteren Bereich.

In Fig. 1 sind Teile des möglichen bzw. bevorzugten Ge­ samtaufbaus eines Formwerkzeuges 20 mit Heißkanaldüse 21 gezeigt. Das Formwerkzeug besteht aus zwei Formplatten 22 und 23, die ein Formnest 24 zur Aufnahme eines plasti­ fizierten bzw. fließfähigen Kunststoffs begrenzen. Die Heißkanaldüse 21 ist im Bereich der (oberen) Formplatte 22 angeordnet und sitzt mit einem Teilbereich in einer Ausnehmung 25 dieser Formplatte 22. Außerhalb desselben ist die Heißkanaldüse 21 in einer Öffnung 26 einer Auf­ spannplatte 27 angeordnet. Die Öffnung 26 hat einen größeren Innendurchmesser als die Außenabmessungen der Heißkanaldüse 21 . Im Bereich einer Eintrittsöffnung 28 desselben ist ein Aufnahmestück 29 auf die Heißkanaldüse 21 aufgesetzt. Hier wird ein Mundstück eines Spritzaggre­ gats angeschlossen. Das Aufnahmestück 29 ist über einen Zentrierflansch 30 mit der Aufspannplatte 27 verbunden.

Die Heißkanaldüse (Fig. 2) besteht aus einem äußeren, vorzugsweise zylindrischen Gehäuse 31 aus elektrisch leitendem Material (Metall). Innerhalb des Gehäuses 31 erstreckt sich in Längsrichtung ein Düsenkanal in Ge­ stalt eines Düsenrohrs 32. In dieses wird der fließfähige Werkstoff über die Eintrittsöffnung 28 eingeführt bis zu einer (unteren) dem Formnest 24 zugekehrten Düsenbohrung 33. Über diese tritt der Werkstoff aus und in das Form­ nest 24 ein. Die Düsenbohrung 33 ist bei dem vorliegen­ den Ausführungsbeispiel gegenüber einer Längsmittelachse des Düsenrohrs 32 seitlich versetzt und unter einem spitzen Winkel zu dieser Längsmittelachse angeordnet. Die Düsenbohrung 33 befindet sich innerhalb eines spitz zulaufenden, kegelförmigen Rohrendes 34. Die äußere Spitze dieses Rohrendes 34 endet unmittelbar an der Be­ grenzung des Formnestes 24 bzw. der Angußöffnung des­ selben.

Das Düsenrohr 32 ist über die gesamte Länge als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet. das Düsenrohr besteht aus diesem Grunde aus elektrisch leitendem Werkstoff mit großem elektrischen Widerstand. Durch Zuführung von elektrischem Strom wird das Düsenrohr 32 bis zur Spitze des Rohrendes 34, also über die volle Länge, erwärmt, um entsprechend den Werkstoff in dem Düsenrohr 32 auf­ zuheizen. Der hierfür verwendete Strom hat eine niedrige Spannung von etwa 3-12 V und Stromstärken von ca. 100 A.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Strom über das Gehäuse 31 zu- und abgeführt. Seitlich am Gehäuse 31 ist ein quer abstehender Anschlußstutzen 35 angeordnet. Zu diesen führt eine Stromleitung 36. Der Anschlußstutzen 35 ist über einen elektrisch leitenden Verbindungsbolzen 37 mit einem der Seite der Eintritts­ öffnung 28 zugekehrten Teil des Gehäuses 31 verbunden, nämlich einer Hülse 38. Von dieser wird der Strom über eine im vorliegenden Fall konische Endabdeckung 39 des Gehäuses 31 dem der Eintrittsöffnung 28 zugekehrten Ende des Düsenrohrs 32 zugeführt.

An dem dem Formnest 24 bzw. der Angußöffnung desselben zugekehrten Ende des Düsenrohrs 32 sind stromleitende Verbindungen zu dem unteren Teil des Gehäuses 31 vor­ gesehen, nämlich eine ebenfalls konische Endwandung 40 des Gehäuses, die einerseits mit dem Düsenrohr 32 und andererseits mit einem benachbarten Zylinderstück 41 des Gehäuses 31 ein einheitliches Werkstück bilden. Die Endwandung 40 schließt den Bereich des Übergangs vom Rohrende 34 zum zylindrischen Bereich des Düsenrohrs 34 an dieses an.

Der Strom läuft dann über das Gehäuse 31, das Aufnahme­ stück 29 und den Zentrierflansch 30 in die Aufspannplatte 27, an die eine Masseleitung 42 anschließt.

Die Hülse 38 ist als gesondertes Teil in das Gehäuse 31 eingesetzt und gegenüber dessen Außenwandung durch eine ring- bzw. hülsenförmige Isolation 43 abgegegrenzt. Der Anschlußstutzen 35 ist ebenfalls durch einen Isolations­ ring 44 im Bereich des Verbindungsbolzens 37 von dem elektrisch leitenden Teil des Gehäuses 31 abgegrenzt.

Das Düsenrohr 32 ist innerhalb des so ausgebildeten Ge­ häuses durch einen Isoliermantel 45 umgeben. Dieser hat einerseits die Aufgabe, die Ableitung von Wärme nach außen zu vermeiden. Zum anderen ist das Düsenrohr 32 durch den Isoliermantel 45 gegenüber Innendrücken am Gehäuse 31 abgestützt. Der Isoliermantel 45 besteht des­ halb aus druckfestem Material, insbesondere einer Keramikmasse mit wärmeisolierender Wirkung.

Das Düsenrohr 32 ist so ausgebildet, daß über die Länge desselben unterschiedliche elektrische Widerstände und dadurch unterschiedliche Heizleistungen erzielt wer­ den. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Düsenrohr aus mehreren Rohrabschnitten 46, 47 und 48. Diese sind durch Schweißnähte 49 elektrisch miteinander verbunden.

Der erste, der Eintrittsöffnung 28 zugekehrte Rohrab­ schnitt 46 hat einen verhältnismäßig kleinen Innen­ durchmesser und auch einen vergleichsweise geringen Außendurchmesser. Der elektrische Widerstand im Ver­ hältnis dieses Rohrabschnitts ist deshalb verhältnismäßig groß. Es folgt der Rohrabschnitt 47, der im mittleren Bereich des Isoliermaterials 45 liegt. Hier ist ein ver­ hältnismäßig großer Außen- und ein ebenfalls größerer Innendurchmesser gewählt, so daß ein relativ kleinerer elektrischer Widerstand sich einstellt. Der der Düsen­ bohrung 33 zugekehrte Rohrabschnitt 48 hat einen sehr hohen elektrischen Widerstand durch dünnwandige Ausbil­ dung des Rohrabschnitts 48 und durch einen stufenförmig reduzierten Innendurchmesser. Hier ist eine höhere Heiz­ leistung erforderlich, weil über die Endwandung 40 und durch das Rohrende 34 Wärme abgeführt wird.

Die Beeinflussung des elektrischen Widerstands und damit der Heizleistung erfolgt zusätzlich durch Auswahl unter­ schiedlicher Werkstoffe. Die Rohrabschnitte 46, 47 und 48 bestehen vorzugsweise aus einer Legierung auf Nickel­ basis. Die Werkstoffzusammensetzung im Bereich des Rohr­ abschnitts 48 einerseits und der Rohrabschnitte 46 und 47 andererseits ist jedoch vorzugsweise unterschiedlich, derart, daß im Bereich des Rohrabschnitts 48 eine ge­ ringere elektrische Leitfähigkeit und damit ein höherer Widerstand gegeben ist.

Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich, sind an der Außen­ seite und Innenseite des Düsenrohrs 32 Absätze 50 und 51 gebildet, die örtlich durch die dadurch sich ändernde Querschnittsfläche des Düsenrohrs 32 ebenfalls den Widerstand und damit die Heizleistung beeinflussen. Als Ergebnis ist dadurch eine verhältnismäßig genaue Fest­ legung der Temperatur in der Kunststoffschmelze über die gesamte Länge des Düsenrohrs 32 möglich. Die genaue Temperatur wird im vorliegenden Fall vor allem im Bereich des Rohrabschnitts 48 überwacht durch einen Thermo­ fühler 52, der an der Wandung des Rohrabschnitts 48 an­ gebracht ist und über Leitungen mit einer Buchse im Gehäuse 31 zum Anschluß eines Stromsteuerorgans verbunden ist. Durch letzteres wird je nach den Messungen des Thermo­ fühlers der Strom (Stromstärke) verändert.

Im Bereich der Düsenbohrung 33 sowie im Bereich der Ein­ trittsöffnung 28 sind noch Freiräume 72 bzw. 73 ausge­ bildet, in denen sich Kunststoff ansammelt, der aus­ härtet und eine bewegliche Abdichtung bildet. Es wird diesbezüglich auf Fig. 1 verwiesen.

Claims (7)

1. Heißkanalvorrichtung einer Spritzgießform zum Zu­ führen einer fließfähigen, thermoplastischen Masse von einer Eintrittsöffnung bis zu einer Angußöffnung eines Formhohlraums in einem Heißkanalrohr, das von einem Isoliermantel umgeben ist und über seine Länge aus mehreren hintereinanderliegenden, von einem elektrischen Heizstrom durchflossenen, im Durch­ messer und Querschnitt unterschiedlichen Abschnitten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß für eine gleichförmige Temperierung der fließfähigen Masse über die Gesamtlänge eines bis in die Angußöffnung reichenden Düsenrohres (32) einer Heißkanaldüse (21) an einem Ende des Heißkanalrohres dieses Düsenrohr (32) in Längsrichtung hintereinanderliegende Rohr­ abschnitte (46, 47, 48) mit einem der jeweils erforderlichen Heizleistung angepaßten elektrischen Widerstand aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Düsenrohr (32) im Bereich der Angußöffnung als Rohrende (34) spitz auslaufend (kegelförmig) mit seitlich versetzt angeordneter Düsenbohrung (33) ausgebildet ist, und daß eine elektrische Ableitung im Bereich des Über­ gangs vom Rohrende (34) in das (zylindrische) Düsenrohr (32) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (32) mit ungleichför­ migem, sich ändernden Querschnitt über die Länge des­ selben ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Düsenrohr (32) mit sich (stufenweise) veränderndem Außen- und/oder Innendurchmesser ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (46, 47, 48) aus Materialien unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Düsenbohrung (33) in der Düsenspitze zugekehrter (unterer) Rohrabschnitt (48) aus einem Werkstoff mit großem elektrischem Wider­ stand und/oder mit einer kleinen elektrisch wirksamen Querschnittsfläche ausgebildet und/oder einen kleinen Innendurchmesser aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittlerer Rohrabschnitt (47) mit großem Innen- und/oder Außendurchmesser ausge­ bildet ist und aus einem Material mit relativ niedrigem elektrischen Widerstand besteht.