DE60201098T2

DE60201098T2 - Spritzgiessdüse zum Spritzgiessen von Kunstoffmaterialien

Info

Publication number: DE60201098T2
Application number: DE2002601098
Authority: DE
Inventors: Piero Enrietti
Original assignee: Thermoplay SpA
Current assignee: Thermoplay SpA
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2022-02-06
Also published as: EP1231041A1; ITTO20010017U1; EP1231041B1; DE60201098D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse zum Formen von Kunststoffmaterialien, insbesondere Kunststoffmaterialien, die Glasfasern enthalten.
Um diesbezüglich den Stand der Technik und die Probleme besser zu verstehen, wird die Beschreibung einer herkömmlichen vertikalen Mehrstrahl-Einspritzdüse geliefert, welche in 3 der angeschlossenen Zeichnungen dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Einspritzdüse 10 in einer Form 11 für Kunststoffmaterialien eingesetzt. Die Düse 10 besitzt ein Einspritzrohr 12, um das geschmolzene Kunststoffmaterial durch Einspritzlöcher 14 in einen Formhohlraum 13 zu spritzen. Das Einspritzrohr 12 ist durch ein Stahlrohr 12a gebildet, welches im Inneren eines im Wesentlichen zylindrischen Elements 15, das im Allgemeinen aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung gefertigt ist, in axialer Position untergebracht ist.
Ein Widerstand 19 ist um das Element 15 gewickelt, um das durch das Einspritzrohr 12 fließende Kunststoffmaterial zu erhitzen und um jene Teile der Düse 10, die mit dem Strom aus Kunststoffmaterial in Kontakt stehen, ausreichend heiß zu halten, um dessen Erstarrung zu verhindern.
Das Element 15 ist in einem im Wesentlichen zylindrischen Stahlkörper 21 eingesetzt; das untere Ende des Elements 15 ragt durch eine zentrale Öffnung 22 aus dem unteren Ende des Körpers 21.
Sich nach unten verschmälernde konische Spitzen 20 sind am unteren Endabschnitt des Elements 15 neben dem Einspritzrohr 12 angebracht und üblicherweise direkt am Element 15 festgeschraubt, um am Ort der Einspritzlöcher 14 einen Teil der Endabschnitte des Einspritzkanals 12 zu bilden.
Wie aus 3 ersichtlich, liegen die Spitzen 20 in einer Kammer 24, welche zwischen dem unteren Abschnitt der Einspritzdüse 10 und den Wänden der Form 11 gebildet und oben durch eine Verschlusskante 23 des Körpers 21 verschlossen ist. Wenn das geschmolzene Kunststoffmaterial unter Druck durch das Einspritzrohr 12 gepresst wird, um die Einspritzkammer 24 zu füllen, dann befördern die Spitzen 20 den Materialstrom zu den Einspritzlöchern 14, wobei sie das Material in den Formhohlraum 13 leiten.
Düsen des obenstehend beschriebenen Typs haben den Nachteil, dass sie einem beträchtlichen Verschleiß unterliegen, wobei dieser besonders hoch ist, wenn solche Düsen zum Einspritzen von Kunststoffmaterial, das scheuernde Substanzen wie z.B. Glasfasern oder Mineralien enthält, verwendet werden. Das Hochdruck-Kunststoffmaterial zerfrisst insbesondere das Kupfer-Beryllium des Elements 15, das dem Materialstrom in die Kammer 24 ausgesetzt ist, wodurch die Koppelung zwischen den Spitzen 20 und den entsprechenden Aufnahmeflächen, in die diese geschraubt werden, beschädigt wird und es nötig wird, das abgenutzte Kupfer-Beryllium-Element auszutauschen. Jedwede derartige Tätigkeit ist besonders unwillkommen, da sie eine heikle Arbeit erfordert, die nur händisch durchgeführt werden kann. Außerdem kann jegliche Instabilität der Spitzen eine schädliche Wirkung auf die Qualität der Formung haben.
Ein weiterer Nachteil des Stands der Technik bezieht sich auf die erhebliche elektrische Energie, die zur Erhitzung der Düse 10, insbesondere ihres unteren Abschnitts und der Spitzen 20, erforderlich ist.
Die vom Widerstand 19 erzeugte Wärme wird durch Übertragung mittels des Kupfer-Beryllium-Elements 15 auf die unteren Teile der Düse und die Kammer 24 übertragen, wobei die gute Wärmeleitfähigkeit dieses Materials ausgenützt wird, um sicherzustellen, dass das Kunststoffmaterial bei der richtigen Temperatur durch die Löcher 14 eingespritzt wird.
Die US-A-5 736 171 offenbart eine Einspritzdüse zum Formen von Kunststoffmaterialien, welche einen zylindrischen Stahlkern umfasst, sowie ein Einspritzrohr, einen Stahlkörper, der eine unten offene Schale darstellt, mit einer Innenseite, die mit der äußeren Seitenfläche des Kerns deckungsgleich ist, und Flächen, welche Endteile des Einspritzkanals in der Nähe zumindest eines Einspritzrohrs bilden, und zwar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die US-A-5 334 006 offenbart eine heiße Angussbuchse zur Verwendung bei Kunststoffspritzgussverfahren, wobei im Kernabschnitt eines Stahlkerns Aufnahmeflächen gebildet sind, um Widerstandsmittel unterzubringen, die sich bis zu einem Punkt in der Nähe des unteren Endes des Kerns erstrecken. Die WO-A-00/48814 zeigt eine ähnliche Anordnung.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Einspritzdüse, welche in der Lage ist, die obenstehend beschriebenen Probleme zu überwinden, wobei sie gleichzeitig einfach und wirtschaftlich in der Herstellung ist und weniger Bestandteile umfasst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Erhitzungs- und Einspritzbedingungen zu verbessern, während weniger Energie verbraucht wird.
Diese Zwecke werden erfindungsgemäß durch Bereitstellung einer Einspritzdüse mit den in Anspruch 1 beanspruchten Eigenschaften erfüllt. Andere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die charakteristischen Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform hervor, welche rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels dargelegt ist, und zwar unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, wobei:
1 eine Schnittansicht einer Einspritzdüse für eine erfindungsgemäße vertikale Mehrstrahlform ist;
2 eine Schnittansicht einer Einspritzdüse für eine erfindungsgemäße horizontale Mehrstrahlform ist; und
3 eine Schnittansicht einer Einspritzdüse für eine vertikale Mehrstrahlform gemäß dem Stand der Technik ist.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Einspritzdüse zum Formen von Kunststoffmaterialien gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Allgemeinen mit 30 bezeichnet, und zwar zur Aufbringung auf eine Form 50 mit vertikalen Mehrfachdüsen und einem oder mehreren Formhohlräumen 51.
Ein in einem Stück geformter Stahlkern 31 ist im Wesentlichen zylindrisch, wobei in seiner äußeren Seitenfläche 32 eine konkave Aufnahmefläche 33 zum Unterbringen eines Widerstandselements 34 gebildet ist. Dieser Widerstand 34 ist bis hinunter zu einem Punkt in der Nähe des unteren Endabschnitts des Stahlkerns 31 in der Aufnahmefläche 33 untergebracht, wodurch ein optimaler Wärmekontakt mit diesem hergestellt wird.
Ein geradliniges Einspritzrohr 35 ist direkt im Stahlkern 31 gebildet; dieses Einspritzrohr 35 weist einen unteren Abschnitt 35a auf, welcher ebenfalls geradlinig ist und in einer Mehrzahl von Zweigen 35b endet, von denen jeder zu einem entsprechenden Düsenspitzenteil 36 geneigt ist, der unter und neben der Achse der Düse angeordnet ist. Die Spitzenteile 36 sind in einem Stück mit dem unteren Abschnitt eines im Wesentlichen schalenförmigen Körpers 37 gebildet, welcher im Boden ein Loch aufweist und fortan als Schale bezeichnet wird.
Die Schale 37 besitzt eine zentrale Öffnung 38, eine zylindrische Seitenfläche 39 und einen oberen Abdichtungsrand 40, welcher radial vorsteht. Diese Schale ist starr am Kern 31 befestigt, da sie durch eine radiale Interferenz an diesem angebracht ist; außerdem ist die innere Seitenfläche zur äußeren Seitenfläche 32 des Stahlkerns 31 komplementär, so dass sich die beiden Flächen in einem engen Kontakt befinden. Diese Eigenschaft ist aus Gründen, die später erläutert werden, äußerst wichtig für die Erfindung.
Die Zweige 35b des Einspritzrohrs 35 erstrecken sich durch die Öffnung 38 aus der Schale 37 und münden in einen Hohlraum 41, der zwischen dem unteren Abschnitt der Düse 30 und der Oberfläche der Form gebildet und oben durch den Abdichtungsrand 40 verschlossen ist.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Einspritzdüse gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung im Allgemeinen mit 60 bezeichnet. Die Darstellung zeigt insbesondere eine Düse 61 zum Formen von Kunststoffmaterialien in lateralen Mehrfachstrahlen. Diese Düse unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Düse 30 im Wesentlichen dadurch, dass die Schale 37 unterschiedlich geformt ist und in diesem Fall anstelle der Spitzenteile 36 im Wesentlichen horizontale Rohre 62 aufweist. Diese Rohre 62 bilden Fortsetzungen der Zweige 35b des Einspritzrohrs 35 und sind betriebsfähig, um das geschmolzene Kunststoffmaterial zu den Einspritzlöchern 63 in einem Formhohlraum 64 mit Seitendüsen zu transportieren.
Wie aus den 1, 2 und 3 ersichtlich, steht der Widerstand 31 im Gegensatz zu Einspritzdüsen nach dem Stand der Technik in einem direkten Kontakt mit dem unteren Abschnitt des Stahlkerns 35 in der Nähe der Spitzenteile 36 oder Rohre 62. Daraus folgt, dass der Widerstand in der Lage ist, sowohl das geschmolzene Kunststoffmaterial im unteren Abschnitt der Einspritzdüse 35 als auch die Oberflächen der Düse, die mit dem Materialstrom in Kontakt stehen, wirksamer zu erhitzen. Da der Widerstand 34 eng an der zylindrischen Wand 39 der Schale 37 anliegt, ist es außerdem möglich, den Hohlraum 41 auf eine höhere Temperatur zu erhitzen, als dies üblicherweise erzielt wird, wodurch die Einspritzbedingungen erheblich verbessert werden, während weniger Energie verbraucht wird.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass die Düse 30, 60 aus weniger Bestandteilen gebildet ist, und zwar im Wesentlichen aus zwei Bestandteilen, die beide aus Stahl, vorzugsweise HSS62-Stahl, gefertigt sind. Dies erhöht die Verschleißfestigkeit der Düse, verringert die Anzahl der Kontaktflächen, die vom Kunststoffmaterial abgenutzt werden können, verbessert die Wärmeleitung und erleichtert das Auswechseln von Teilen, welche in jedem Fall weniger häufig ein Auswechseln erfordern.
Die Schale 37, welche die Spitzenteile 36 umfasst, beseitigt den Bedarf an hochgenauen Arbeitsgängen zur Herstellung der herkömmlichen, äußerst kleinen einzelnen Spitzen und an Arbeitsgängen, die zu deren Zusammenbau erforderlich sind.

Claims

Einspritzdüse zum Formen von Kunststoffmaterialien, welche Folgendes aufweist: – einen zylindrischen Stahlkern (31), – ein Einspritzrohr (35), – einen Stahlkörper (37), der eine unten offene Schale darstellt, mit einer Innenseite, die mit der äußeren Seitenfläche des Kerns (31) deckungsgleich ist, und Flächen (36, 62), welche Endteile des Einspritzkanals (35) in der Nähe zumindest eines Einspritzrohrs (63) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in der äußeren Seitenfläche (32) des Stahlkerns (31) zumindest eine Aufnahmefläche (33) gebildet ist, um zumindest ein Widerstandsmittel (34) unterzubringen, welches sich bis zu einem Punkt in der Nähe des unteren Endes des Kerns (31) erstreckt, wobei dieses Widerstandsmittel (34) mit dem Stahlkörper (37) in Kontakt steht.
Einspritzdüse gemäß Anspruch 1, wobei das Einspritzrohr (35) direkt durch den Stahlkern (31) gebildet ist.
Einspritzdüse gemäß Anspruch 1, wobei der Stahlkörper (37) unten Spitzenstrukturen (36) zum Einspritzen in eine vertikale Mehrstrahlform (50) aufweist.
Einspritzdüse gemäß Anspruch 1, wobei der Stahlkörper (37) unten Radialrohre (62) zum Einspritzen in eine laterale Mehrstrahlform (61) aufweist.
Einspritzdüse gemäß Anspruch 1, wobei der Stahlkörper (37) durch eine radiale Interferenz fest am Stahlkern (31) angebracht ist.
Einspritzdüse gemäß Anspruch 1, wobei der Stahlkörper (37) aus Stahl des HSS-Typs gefertigt ist.
Einspritzdüse gemäß Anspruch 1, wobei der Stahlkern (31) aus Stahl des HSS-Typs gefertigt ist.