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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Ventilgesteuerte Spritzgießdüse gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Das
ventilgesteuerte Spritzgießen
mit einer Betätigungseinrichtung,
welche mit dem hinteren Ende der Ventilnadel verbunden ist; ist
an sich bekannt. Häufig
ist die Ventilnadel unter Ausrichtung zu dem Angusskanal mittel
einer Bohrung angeordnet, die durch den Verteiler und eine Dichtungsbuchse
in der Nähe
ihres hinteren Endes verläuft.
Ein Beispiel ist in der
US 5,022,846 angegeben.
Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass sich die Lage der
Vor- und Zurückbewegbaren
Ventilnadel nicht immer in ausreichender Weise genau aufrechterhalten
lässt, insbesondere,
wenn der Angusskanal zylindrisch ist.
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Auch
ist es bekannt, drei nach innen verlaufende Positionierstift- oder
rippen vorzusehen, um die Ventilnadel in der Nähe ihres vorderen Endes zu führen. Ein
Beispiel hierfür
ist auf Seite 42 von D-M-E Broschüre OVG-60M-688 mit dem Titel „D-M-E/OSCO Valve Gate
Runnerless Molding Systems" mit dem
Druckvermerk 1988 angegeben. Obgleich sich hierbei die Positionierung
der Ventilnadel verbessern lässt,
haben die Stifte oder die geradlinigen Rippen den Nachteil, dass
Strömungslinien
durch die Schmelze, welche an den Positionierstiften- oder rippen
vorbeiströmt,
in dem Produkt erzeugt werden.
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Eine
gattungsgemäße Düsenspitze
ist aus der
US 4303382 bekannt.
Diese weist spiralförmige Kanäle auf,
welche im Abstand um die Ventilnadel verlaufen, um der in den Hohlraum
eintretenden Schmelze eine Rotationsbewegung zu erteilen.
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Die
Erfindung zielt daher darauf ab, wenigstens teilweise die Schwerigkeiten
beim Stand der Technik zu überwinden,
indem eine ventilgesteuerte Spritzgießvorrichtung bereitgestellt
wird, welche eine Ventilnadelführung
hat, die an dem vorderen Ende der Düse angebracht ist, um das sich
hin- und hergehend bewegliche Ventilelement unter Ausrichtung mit dem
Angusskanal genauer zu positionieren.
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Hierzu
wird eine Ventilgesteuerte Spritzgießdüse gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Eine Weiterentwicklung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ventilnadel-Positionseinsatz
vorgesehen ist, welcher einen äußeren Bund
und wenigstens ein spiralförmiges Blatt
bzw. Wendel hat, welches sich um einen vorbestimmten Abstand von
dem äußeren Bund
zu einer gekrümmten
inneren Fläche
nach innen erstreckt, der Bund in dem Sitz am vorderen Ende der
Düse aufgenommen
ist und die Ventilnadel mittig durch den Positioniereinsatz geht,
wobei die gekrümmte
innere Fläche
wenigstens eines spiralförmigen
Blattes die Ventilnadel in so ausreichender Weise umgibt, dass die
Ventilnadel durch genaue Ausrichtung zu dem Eingusskanal positioniert
und gehalten ist, wenn die Ventilnadel eine hin- und hergehende
Bewegung ausführt
und dass die Schmelze um die Ventilnadel und durch den Positioniereinsatz
an wenigstens einem spiralförmigen
Blatt vorbeiströmt.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung. Darin zeigt:
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1 eine
Schnittansicht eines Teiles einer ventilgesteuerten Spritzgießanlage
mit einer Vielzahl von Hohlräumen,
wobei dort eine Vorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung gezeigt ist, und
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2 eine
isometrische Schnittansicht zur Verdeutlichung der Ventilnadel,
welche sich durch den Positioniereinsatz erstreckt, wie dies in 1 gezeigt
ist.
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Zuerst
wird unter Bezugnahme auf 1 ein Teil
eines ventilgesteuerten Spritzgießsystems mit mehreren Hohlräumen bzw.
Formhohlräumen
gezeigt, welches einen Schmelzdurchgang 10 hat, welcher
sich durch einen Hauptverteiler 12 aus Stahl erstreckt,
und mehrere Stahldüsen 14 hat,
um unter Druck stehende Kunststoffschmelze zu den zugeordneten Angusskanälen 16 zu
fördern,
die zu den verschiedenen Hohlräumen 18 in
der Form 20 führen. Der
Hauptverteiler 12 hat einen zylindrischen Einlassabschnitt 22 und
ist mittels eines eingebauten elektrischen Heizelements 24 beheizbar.
Jede Düse 14 hat
eine äußere Fläche 26,
ein hinteres Ende 28, ein vorderes Ende 30 und
eine zentrale Schmelzenbohrung 32, welche sich von dem
hinteren Ende 28 zu dem vorderen Ende 30 erstreckt.
Die Düse 14 wird mit
Hilfe eines integrierten elektrischen Heizelements 34 beheizt,
welches einen spiralförmigen
Abschnitt 36 hat, welcher sich um die Schmelzenbohrung 32 erstreckt,
und einen externen Anschluss 38 hat, an welchem elektrische
Leitungen 40 von einer Energiequelle angeschlossen sind.
Ein Ventilnadel-Positioniereinsatz 42, welcher nachstehend
noch nä her
beschrieben wird, ist in einem Sitz 44 mit einer mit Gewinde
versehenen inneren Fläche 46 im
vorderen Ende 30 der Düse 14 aufgenommen.
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Bei
dieser speziellen Ausgestaltungsform umfasst die Form 20 eine
Hohlraumplatte bzw. eine Matritzenplatte 48, eine Zylinderplatte 50 und
eine Rückplatte 52,
welche mit Hilfe von Schrauben 54 fest miteinander verbunden
sind. Die Form 20 wird dadurch gekühlt, dass Kühlwasser durch Kühlleitungen 56 gepumpt
wird, welche in der Hohlraumplatte 48 und der Zylinderplatte 50 verlaufen.
Der Hauptverteiler 12 ist zwischen der Hohlraumplatte 48 und
der Zylinderplatte 50 mittels eines zentralen Positionierrings
bzw. Halterings 58 und Dichtungsbuchsen 60 angebracht.
Jede Dichtungsbuchse 60 ist mit Hilfe von Bolzen 62 in
einem Passsitz 64 in den Hauptverteiler 12 festgelegt
und hat einen mit einem Flansch versehenen Abschnitt 6,
welcher zur Anlage gegen die Zylinderplatte 50 kommt. Somit
wird ein isolierender Luftraum 68 zwischen der beheizten
Hauptleitung 12 und der diese umgebenden, gekühlten Hohlraumplatte 48 und
der Zylinderplatte 50 gebildet. Die Düse 14 sitzt in einem
Kanal bzw. einem Schacht 70 in der Hohlraumplatte 48 mit
einem zylindrischen Positionierflansch 72, welcher sich
zu einer kreisförmigen
Positionierschulter 74 in dem Kanal 70 in Richtung
nach vorne erstreckt. Somit ist ein isolierender Luftraum 76 in ähnlicher
Weise zwischen der inneren Fläche 78 des
Kanals 70 und der äußeren Fläche 26 der
Düse 14 vorgesehen,
um eine thermische Trennung zwischen der beheizten Düse 14 und
der diese umgebenden, gekühlten
Form 20 zu erhalten.
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Eine
längliche
Ventilnadel 80 mit einer zylindrischen, äußeren Fläche 82,
erstreckt sich durch eine Bohrung 84 der Dichtungsbuchse 60 und
durch eine Bohrung 86, welche durch den Hauptverteiler 12 mittig
in dem Schmelzdurchgang 10 geht und zu der Schmelzenbohrung 32 durch
die Düse 14 ausgerichtet
ist. Die Ventilnadel 80 hat ein vergrößertes, hinteres Ende 88,
und eine zylindrische Spitze bzw. ein zylindrisches vorderes Ende 90,
welches in dem Eingusskanal 16 in einer geschlossenen Stellung
aufgenommen ist, während
eine Ventilnadel 80 ein konisches, vorderes Ende hat, welches
zur Sitzanlage in einem konischen Eingußkanal kommt, welcher bei anderen
Ausführungsformen
eingesetzt wird. Eine genaue Ausrichtung ist nicht so kritisch wie
wenn das vordere Ende 90 und der Eingußkanal 60 zylindrisch ausgebildet
sind. Das hintere Ende 88 der Ventilnadel 80 ist
mit einer pneumatischen Betätigungseinrichtung
verbunden, welche einen Kolben 92, welcher in einem Zylinder 94 in
der Zylinderplatte 5 sitzt, umfasst. Ein gesteuerter Luftdruck
wird an die gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens 92 über
Luftleitungen 96, 98 angelegt, welche durch die
Rückplatte 52 gehen,
um der Ventilnadel eine hin- und hergehende Bewegung zwischen einer
eingefahrenen offenen Stellung und einer vorgeschobenen geschlossenen Stellung
zu erteilen, in welcher das zylindrische, vordere Ende 90 in
den Angusskanal 16 passt. Während aus Übersichtlichkeitsgründen eine
pneumatische Betätigungseinrichtung
gezeigt ist, können
natürlich auch
hydraulische Betätigungseinrichtungen
bei vielen Anwendungsfällen
zum Einsatz kommen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 hat auch der Positioniereinsatz 42 einen äußeren Bund 100 mit
einer zentralen Öffnung 102,
welche durch denselben geht, und ein Paar von spiralförmigen Blatteilen 104, welche
symmetrisch nach innen über
eine vorbestimmte Länge,
ausgehend von dem äußeren Bund 100 verlaufen.
Die spiralförmigen
Blattteile 104 verlaufen symmetrisch nach innen um einen
vorbestimmten Abstand, ausgehend von dem äußeren Bund 100. Jedes
spiralförmige
Blattteil 104 verläuft zu
spitzen, hinteren und vorderen Enden 106 konisch und hat
eine gekrümmte
innere Fläche 108,
welche um die zylindrische, äußere Fläche 82 des
Ventilteils 80 passt. Der äußere Bund 100 des
Positioniereinsatzes 42 hat einen Zwischenabschnitt 110 mit
einer mutterähnlichen, äußeren Fläche 112,
welche zwischen einem zylindrischen vorderen Abschnitt 114 und
einem zylindrischen hinteren Abschnitt 116 verläuft, wobei
eine mit Gewinde versehene äußere Fläche 118 vorgesehen
ist. Der hintere Abschnitt 116 ist in den Sitz 44 an
dem vorderen Ende 30 der Düse 14 eingeschraubt,
und die Düse 14 ist
in dem Kanal 70 aufgenommen, wobei der vordere Abschnitt 114 des Bunds 100 in
einem Sitz oder einer Öffnung 120 in der
Form 20 zur Sitzanlage kommt. Das Einschrauben des Positioniereinsatzes 42 in
die Düse 14 hat den
Vorteil, dass diese an Ort und Stelle unter Einhaltung eines kleinen
Raumes 122 festgelegt ist, welche in der Nähe des vorderen
Endes 124 des äußeren Bundes 100 vorgesehen
ist, um eine Beschädigung der
Form 20 durch eine Wärmeausdehnung
der Düse zu
verhindern. Auch kann der Einsatz leicht unter Einsatz eines Schlüssels mit
einer sechseckförmigen äußeren Fläche 112 des
Zwischenabschnittes 110 des äußeren Bundes 100 ausgebaut
werden. Natürlich
hat der Zwischenabschnitt 100 eine hiervon abweichende
Gestalt, wenn ein entsprechend anderes, geeignetes Werkzeug zum
Ausbau aufgenommen werden soll. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform überbrückt somit
der äußere Bund 100 des
Positioniereinsatzes 42 den isolierenden Luftraum 76, welcher
zwischen dem vorderen Ende 30 und der Düse 14 und der Form 20 verläuft, und
er verhindert, dass unter Druck stehende Schmelze in den Luftraum 26 entweichen
kann. Eine Dichtung ist zwischen der äußeren Fläche 126 des vorderen
Abschnittes 14 des äußeren Bundes 100 und
den diesen umgebenden Sitz 120 vorgesehen.
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In
dieser Position ist die Mittelöffnung 102 durch
den äußeren Bund 100 des
Positioniereinsatzes 42 über der Schmelzenbohrung 32 durch
die Düse 14 ausgerichtet.
Das längliche
Ventilteil 80 erstreckt sich mittig durch den Positioniereinsatz 42, wobei
die gekrümmten,
inneren Flächen 108 der
festen, spiralförmigen
Blattteile 104 das Ventilteil 80 in so ausreichender
Weise umgeben, dass dieses in genauer Ausrichtung zu dem Angusskanal 16 positioniert
und gehalten ist, wenn das Ventilteil 80 eine hin- und hergehende Bewegung
ausführt
und die Schmelze um das Ventilteil 80 durch den Positioniereinsatz 42 zwischen
den spiralförmigen
Blatteilen 104 und durch den Eingusskanal 16 in
die offene Stellung strömt.
Zusätzlich
zu der genauen Positionierung des Ventilteils 80 erteilen
die spiralförmigen Blattteile 104 der
Schmelze eine Rotationsbewegung bzw. eine Wirbelbewegung. Diese
Rotationsbewegung wird beschleunigt, wenn die Schmelze sich dem kleinen
Eingusskanal 16 nähert,
und es wird bewirkt, dass die Schmelze in den Hohlraum 18 unter
Ausführung
einer gekrümmten
Bewegung strömt.
Hierdurch werden Strömungslinien
in dem gegossenen Erzeugnis vermieden, welche sich ergeben könnten, wenn Stifte
oder geradlinige Blatteile eingesetzt werden, um die Ventilnadel 80 zu
positionieren, und es wird auch ein Erzeugnis bereitgestellt, welches
im Angussbereich widerstandsfähiger
ist. Der Positioniereinsatz 42 hat eine Thermoelementbohrung 128, welche
radial nach innen durch den äußeren Bund 100 in
eines der spiralförmigen
Blattteile 104 sich erstreckt, um ein Thermoelement 130 aufzunehmen, welches
einen Thermofühler
an seinem inneren Ende 132 hat. Wie hierbei gezeigt ist,
liegt die radiale Bohrung 128 derart, dass sie durch den äußeren Bund 100 des
Positioniereinsatzes 42 an oder in der Nähe des Zwischenabschnittes 110 derart
geht, dass das Thermoelement 130 radial hiervon in den
isolierenden Luftraum 76 nach außen verläuft, welcher zwischen dem vorderen
Ende 30 der Düse 14 und der
Hohlraumplatte 48 gebildet wird. Das Thermoelement 130 hat
eine im wesentlichen 90 Grad sich erstreckende und nach hinten weisende
Biegung bzw. ein Winkelstück 134,
welches einen vorbestimmten Abstand von dem inneren Ende 132 hat.
Wenn die Düse 14 und
der Positioniereinsatz 42 an Ort und Stelle in dem Kanal 70 abgedichtet
sind, liegt das Winkelstück
bzw. das Kniestück 134 gegen
einen konischen Abschnitt 136 der inneren Fläche 78 des
Kanals 70 an, um das Thermoelement 130 in der
radialen Bohrung 128 sicher festzuhalten. Eine präzise Lage
des Thermoelements 130 vollständig in der radialen Bohrung 128 des
Positioniereinsatzes 42 ist im Hinblick auf die genaue Überwachung
und Steuerung der Betriebstemperatur während der Wärmezyklen kritisch. Bei dieser
Ausgestaltungsform erstreckt sich das Thermoelement 130 durch
den Luftraum 76 und tritt durch ein hohles Thermoelementrohr 138 aus.
Somit lässt
sich das Thermoelement 130 leicht ausbauen, und falls die
Schmelze in den Luftraum 76 austritt, erstarrt diese um
das Thermoelement 130 in dem Thermoelementrohr 138, um
ein Austreten der Schmelze in den restlichen Teil des Systems zu
verhindern.
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Im
Gebrauchszustand ist die Spritzgießanlage auf die Weise zusammengesetzt,
welche in 1 gezeigt ist. Während nur
ein einziger Hohlraum 18 aus Übersichtlichkeitsgründen gezeigt
ist, ist natürlich
zu erwähnen,
dass der Hauptverteiler 12 normalerweise wesentlich mehr
Schmelzedurchgänge
hat, welche hiervon abzweigen und zu einer Vielzahl von Hohlräumen 18 führen, was
von dem Anwendungsfall abhängig
ist. Die elektrische Energie liegt an dem Heizelement 24 in
dem Hauptverteiler 12 und an den Heizelementen 34 in
der Düse 14 an,
um diese auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu erwärmen. Heiße, unter
Druck stehende Schmelze wird dann von einer Spritzgießmaschine
(nicht gezeigt) in den Schmelzendurchgang 10 durch den
zentralen Einlass 140 nach Maßgabe eines vorbestimmten Zyklus auf
eine an sich übliche
Weise eingespritzt. Der Schmelzedurchgang zweigt in den Hauptverteiler 12 nach
außen
und zu der jeweiligen Düse 14 ab,
in welcher dieser durch die Mittelbohrung 32 und dann durch
die hierzu fluchtende Öffnung 102 in
dem Positioniereinsatz 42 zu dem zugeordneten Angusskanal 16 sich
erstreckt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird ein gesteuerter
Pneumatikdruck an dem Zylinder 94 über die Luftleitungen 96, 98 angelegt,
um die Betätigung
der Kolben 92 und der Ventilnadeln 80 nach Maßgabe eines
vorbestimmten Zyklus auf eine an sich übliche Weise zu steuern. Wenn die
Ventilnadeln 80 in ihrer eingefahrenen, offenen Position
bzw. Stellung sind, strömt
die unter Druck stehende Schmelze durch den Schmelzedurchgang 10 und
die Eingusskanäle 16,
bis die Hohlräume 18 voll
sind. Wenn die Hohlräume 18 voll
sind, wird der Spritzdruck momentan zur Verdichtung aufrechterhalten.
Der Pneumatikdruck wird dann umgekehrt, um die Ventilnadel 80 in
die vorne liegende, geschlossene Stellung zurückzubewegen, in welcher die
Spitze 90 der jeweiligen Ventilelemente 80 zur Sitzanlage
in einem der Eingusskanäle 16 kommt. Der
Spritzdruck wird dann aufgehoben, und nach einer kurzen Kühlperiode
wird die Form zum Auswurf geöffnet.
Nach dem Auswurf wird die Form geschlossen, der Pneumatikdruck wird
angelegt, um die Ventilnadeln 80 in ihre offene Stellung
zurückzufahren, und
der Schmelzespritzdruck wird wiederum zur Einwirkung gebracht, um
die Hohlräume 18 wiederum aufzufüllen. Dieser
Zyklus wird kontinuierlich alle paar Sekunden mit einer Häufigkeit
in Abhängigkeit von
der Anzahl und der Größe der Hohlräume und der
Art des zu vergießenden
Materials wiederholt. Wie vorstehend angegeben ist, erteilt das
Vorsehen der spiralförmigen
Blattteile 104 in dem jeweiligen Positioniereinsatz 42 zur
genauen Positionierung des Ventilteils 18 unter Ausrichtung
zu dem Eingusskanal 16 der Schmelze eine Rotationsbewegung,
welche durch den Positioniereinsatz 42 strömt. Auch
ermöglichen
die spiralförmig
verlaufenden Blattteile 104, dass die gekrümmten, inneren
Ränder 108 in
ausreichender Weise die zylindrische, äußere Fläche 82 der Ventilnadel 80 umgeben.
Während
ein symmetrisches Paar von spiralförmigen Blattteilen 104 gezeigt ist,
kann ein einziges spiralförmiges
Blattteil oder es können
mehr als zwei spiralförmige
Blattteile bei anderen bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen sein.
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Obgleich
die Beschreibung der Spritzgießvorrichtung
nach der Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform
vorgenommen wurde, können
natürlich
zahlreiche Modifikationen und Änderungen
vorgenommen werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.