DE4021782A1 - Heisskanalduese mit nadelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißkanaldüse mit Nadelventil zum Einspritzen von thermoplastischer Kunststoffschmelze in Formwerkzeuge, mit einem Düsengehäuse, das von einem elektrischen Heizelement umgeben ist und einen Schmelzekanal umschließt, an dessen einem Ende ein Verschlußmundstück angeordnet ist, das durch eine Ventilnadel verschließbar ist, die mittels eines Ventilnadelantriebs in einer Nadelbohrung des Düsengehäuses axial bewegabar ist.

Heißkanaldüsen dienen dazu, thermoplastische Kunststoffschmelzen in Formwerkzeuge einzuspritzen. Da die Kunststoffschmelze in einem in den meisten Fällen eng begrenzten Temperaturbereich gehalten werden muß, werden diese Heißkanaldüsen mittels eines elektrischen Heizelements beheizt.

Während bei einigen Ausführungsformen von Heißkanaldüsen auf ein verschließbares Ventil verzichtet wird (EP-PS 1 66 919), werden für andere Anwendungsfälle Nadelventile vorgesehen, die das Verschlußmundstück verschließen, um den Austritt von Kunststoffschmelze zu verhindern, solange kein Einspritzvorgang erfolgt. Die austretende Kunststoffschmelze könnte zu Verunreinigungen führen, die beim nächsten Einspritzvorgang stören. Insbesondere bei Kunststoffschmelzen, die ein Treibmittel enthalten, tritt auch nach der Beendigung eines Einspritzvorgangs noch Kunststoffschmelze aus der Düse aus. Dies wird bei bekannten Heißkanaldüsen durch das Nadelventil verhindert, dessen Düsennadel mittels eines Ventilnadelantriebs axial bewegbar ist und das Verschlußmundstück verschließt.

Bei einer bekannten Bauart derartiger Heißkanaldüsen ragt die Ventilnadel zentrisch durch den im wesentlichen zylindrischen geraden Schmelzekanal und wird deshalb auch im geöffneten Zustand des Nadelventils von der Schmelze umflossen. Dadurch kann insbesondere bei schwierigen Kunststoffschmelzen eine Störung der freien Strömung eintreten. Beim Umströmen der einen verdickten Verschlußkörper bildenden Nadelspitze wird die Strömung der Kunststoffschmelze umgelenkt. Solche Strömungsumlenkungen in der Kunststoffschmelze führen zu inneren Scherbeanspruchungen und sind im allgemeinen unerwünscht.

Bei einer anderen bekannten Heißkanaldüse mit Nadelventil der eingangs genannten Gattung ist die Ventilnadel ebenfalls konzentrisch zum Verschlußmundstück angeordnet. Die die Ventilnadel enthaltende Nadelbohrung verläuft hierbei in einem zentralen Abschnitt des Düsengehäuses, und die Ventilnadel kann im geöffneten Zustand vollständig in die Nadelbohrung zurückgezogen werden, so daß sie die Schmelzeströmung nicht stört. Der Schmelzekanal verläuft hierbei aber seitlich versetzt neben dem mittleren Gehäuseabschnitt und wird von dort zu dem Raum vor dem Verschlußmundstück umgelenkt. Diese Umlenkung führt wieder zu unerwünschten Störungen der Schmelzeströmung. Außerdem ist das Düsengehäuse von verhältnismäßig kompliziertem Aufbau. Dadurch ist seine Fertigung erschwert. Eine gleichmäßige Beheizung ist nicht immer gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Heißkanaldüse mit Nadelventil der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau und einfacher Herstellungsmöglichkeit eine völlig unbehinderte Strömung der Kunststoffschmelze insbesondere ohne Umlenkungen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelzekanal im wesentlichen zylindrisch längs einer geradlinigen Düsenachse verläuft und daß die Nadelbohrung im Winkel zur Düsenachse schräg durch das Düsengehäuse und das als Heizmanschette ausgeführte Heizelement verläuft.

Der Schmelzekanal, durch den die Kunststoffschmelze im geöffneten Zustand des Nadelventils strömt, weist keinerlei Umlenkungen auf, so daß es nicht zu Störungen des Strömungsverlaufs kommt. Es fehlen auch jegliche Einbauten, die in den Schmelzekanal ragen und die Strömung stören und/oder die umströmte Fläche vergrößern würden. Im geöffneten Zustand des Nadelventils strömt die Kunststoffschmelze ebenso unbehindert wie bei einer Heißkanaldüse, die kein Nadelventil aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Die Zeichnung zeigt in einem Längsschnitt eine Heißkanaldüse mit Nadelventil, die zum Einspritzen von thermoplastischer Kunststoffschmelze in Formwerkzeuge dient. Ein rotationssymmetrisches Düsengehäuse 1 weist einen sich über die gesamte Düsenlänge erstreckenden, im wesentlichen rohrförmigen Kern auf. Ein im wesentlichen rohrförmiger Mittelabschnitt 2 trägt nahe seinen beiden Enden jeweils einen Gehäuseflansch 3 bzw. 3a.

Das Düsengehäuse 1 umschließt einen Schmelzekanal 4 für die einzuspritzende Kunststoffschmelze, der im wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist und längs einer geradlinigen Düsenachse 5 verläuft.

An einem Ende (rechts in der Zeichnung) ist das Düsengehäuse 1 an einer Trägerplatte 6 befestigt. Am anderen Ende trägt das Düsengehäuse 1 ein aufgeschraubtes Verschlußmundstück 7 mit einer sich zum Austritt hin verjüngenden Düsenbohrung 8.

Der rohrförmige Mittelabschnitt 2 des Düsengehäuses 1 ist von einem im wesentlichen manschettenförmigen Heizelement 9 umschlossen. Eine elektrische Heizwendel 10 ist in einem aus Kupfer bestehenden Gußkörper 11 eingebettet. Der Gußkörper 11 umgibt den rohrförmigen Mittelabschnitt 2 des Düsengehäuses 1 und ist in einem trogförmigen, an einer Seite (oben in der Zeichnung) offenen Gehäusemantel 12 angeordnet, der mit den Flanschen 3, 3a verschweißt oder verlötet ist.

Von der in der Zeichnung obenliegenden, offenen Seite des Gehäusemantels 12 verläuft eine Nadelbohrung 13 im Winkel zur Düsenachse 5 schräg durch das als Heizmanschette ausgeführte Heizelement 9 und durch das Düsengehäuse 1. Die Nadelbohrung 13 ist auf die Austrittsbohrung 8 des Verschlußmundstücks 7 gerichtet.

In der Nadelbohrung 13 ist eine rohrförmige Führungshülse 14 angeordnet, die durch das Düsengehäuse 1 und den Gußkörper 11 des Heizelements 9 verläuft und aus diesem herausragt. Die Führungshülse 14 ist mit dem Düsengehäuse 1 verschweißt oder verlötet.

In der Führungshülse 13 ist eine Ventilnadel 15 längsbewegbar aufgenommen. Die freie, abgerundete Nadelspitze 16 der Ventilnadel 15 verschließt im geschlossenen Zustand des Nadelventils (in der Zeichnung mit gestrichelten Linien angedeutet) die Austrittsbohrung 8 des Verschlußmundstücks 7. Im geöffneten Zustand des Nadelventils ist die Nadelspitze 16 der Ventilnadel 15 vollständig aus dem Schmelzekanal 4 zurückgezogen, wie in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. In diesem Zustand behindert die Ventilnadel 15 die freie Strömung der Kunststoffschmelze im Schmelzekanal 4 nicht.

Am anderen Ende der Ventilnadel 15 (rechts in der Zeichnung) greift ein Ventilnadelantrieb 17 an.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Hydraulikzylinder 18 mit dem Düsengehäuse 1 verbunden. Die Kolbenstange 19 des Hydraulikzylinders 18 ist über eine Zwischenplatte 20 mit dem Ende der Ventilnadel 15 verbunden. Ein in die Trägerplatte 6 eingeschraubter Anschlagbolzen 21 begrenzt den Rückzughub der Ventilnadel 15. Mittels des Ventilnadelantriebs 17 ist die Ventilnadel 15 axial in der Nadelbohrung 13 bzw. der Führungshülse 14 bewegbar, um das Nadelventil der Heißkanaldüse zu verschließen, solange kein Einspritzvorgang erfolgt. Für den Einspritzvorgang wird die Ventilnadel vollständig aus dem Schmelzekanal 4 zurückgezogen, so daß der Strömungskanal für die Kunststoffschmelze unbehindert freigegeben ist. Die kleine Menge an Kunststoffschmelze, die im zurückgezogenen Zustand der Ventilnadel 15 vor der Nadelspitze 16 in die Führungshülse 14 eindringen kann, wird beim Verschlußhub der Ventilnadel 15 wieder in den Schmelzekanal 4 ausgestoßen. Es gibt somit keine Bereiche, in denen Reste der Kunststoffschmelze zurückbleiben können. Da die Strömung der Kunststoffschmelze nur geradlinig entlang dem Schmelzekanal 4 erfolgt, der längs der geradlinigen Düsenachse 5 verläuft, tritt keine Umlenkung der Schmelzeströmung ein.

Bei der Herstellung der Heißkanaldüse kann die Nadelbohrung 13 in einfacher Weise durchgeführt werden. Das Düsengehäuse 1 stellt insgesamt ein rotationssymmetrisches Werkstück dar. Es wird durch das umgebene Heizelement 9 gleichmäßig aufgeheizt.

Abweichend von der als Ausführungsbeispiel dargestellten Ausführung des Ventilnadelantriebs 17 mit einem Hydraulikzylinder 18 können auch andere Antriebsarten gewählt werden, beispielsweise ein pneumatischer oder elektrischer Antrieb. Auch die mechanische Verbindung der Düsennadel 15 mit dem Ventilnadelantrieb kann in anderer Weise erfolgen.

Claims (5)

1. Heißkanaldüse mit Nadelventil zum Einspritzen von thermoplastischer Kunststoffschmelze in Formwerkzeuge, mit einem Düsengehäuse, das von einem elektrischen Heizelement umgeben ist und einen Schmelzekanal umschließt, an dessen einem Ende ein Verschlußmundstück angeordnet ist, das durch eine Ventilnadel verschließbar ist, die mittels eines Ventilnadelantriebs in einer Nadelbohrung des Düsengehäuses axial bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzekanal (4) im wesentlichen zylindrisch längs einer geradlinigen Düsenachse (5) verläuft und daß die Nadelbohrung (13) im Winkel zur Düsenachse (5) schräg durch das Düsengehäuse (1) und das als Heizmanschette ausgeführte Heizelement (9) verläuft.

2. Heißkanaldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nadelbohrung (13) eine Führungshülse (14) für die Ventilnadel (15) eingesetzt und mit dem Düsengehäuse (1) verschweißt oder verlötet ist.

3. Heißkanaldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (16) der Ventilnadel (15) im geöffneten Zustand des Nadelventils vollständig aus dem Schmelzekanal (4) zurückgezogen ist.

4. Heißkanaldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (10) in einem aus Kupfer bestehenden Gußkörper (11) eingebettet ist, der einen rohrförmigen Mittelabschnitt (2) des Düsengehäuses (1) umgibt und in einem trogförmigen, an einer Seite offenen Gehäusemantel (12) angeordnet ist.

5. Heißkanaldüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelbohrung (13) an der offenen Seite des Gehäusemantels (12) angeordnet ist.