Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Spritzgieß-Düsenvorrichtung zur
Verwendung beim Spritzgießen von Kunststoff. Genauer gesagt,
betrifft die Erfindung eine Spritzgieß-Düsenvorrichtung, wie
sie beim Gießen eines Formgegenstands mit einem Hohlraum
verwendet wird, der mittels eines Fluids, wie Gas,
hergestellt wird, wenn geschmolzener Kunststoff und das Fluid in
den Formhohlraum eines Formwerkzeugs eingespritzt werden.
Beschreibung des Stands der Technik
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Unter herkömmlichen Spritzgieß-Düsenvorrichtungen der
Klasse, die dazu ausgebildet ist, geschmolzenen Kunststoff
und ein Fluid in den Formhohlraum eines Formwerkzeugs
einzuspritzen, ist eine Version sehr bekannt, die innerhalb eines
Düsenkörpers mit einer Ventilnadel versehen ist, die durch
die Kraft eines externen Antriebsmechanismus hin und her
bewegt wird und demgemäß einen Kunststoffkanal öffnen und
schließen kann, und die im zentralen Teil dieser Ventilnadel
mit einein Fluidkanal versehen ist, der ein Rückschlagventil
aufweist. [Offenlegung (Kokai) Nr. 119 063/1976 einer
japanischen Patentanmeldung]. Wenn bei dieser
Spritzgieß-Dusenvorrichtung die Ventilnadel vorgeschoben wird, wird das
Vorderende der Ventilnadel an den Umfang einer Öffnung im
vorderen Teil des Ventilkörpers gedrückt, die mit dem
Kunststoffkanal in Verbindung steht, und demgemäß kann der
Kunststoffkanal verschlossen werden. Die Ventilnadel ist in ihrem
vorderen Teil mit einer Ventilnadelöffnung versehen, die mit
dein Fluidkanal in Verbindung steht. Während der
Kunststoffkanal in verschlossenem Zustand gehalten wird, kann Fluid
über die Ventilnadelöffnung und die Ventilkörperöffnung in
den Formhohlraum eingeblasen werden. Umgekehrt wird dann,
wenn die Ventilnadel zurückgezogen wird, der enge Kontakt
zwischen dem Umfang der Düsenkörperöffnung und dem
Vorderteil der Ventilnadel beendet, und die Düsenkörperöffnung
öffnet in den Kunststoffkanal. So wird der geschmolzene
Kunststoff über die Düsenkörperöffnung in den Formhohlraum
eingespritzt.
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Bei dieser herkömmlichen Spritzgieß-Düsenvorrichtung kann
jedoch das Fluid dann, wenn es einmal in den Formhohlraum
eingeblasen ist, nicht mehr über den Fluidkanal
zurückgewonnen oder ausgegeben werden, da der Fluidkanal mit einem
Rückschlagventil versehen ist, das so ausgebildet ist, daß
es verhindert, daß geschmolzener Kunststoff während des
Einspritzens desselben in den Formhohlraum in den Fluidkanal
zurückströmt. Das Ausgeben des in den Formhohlraum
eingeblasenen Fluids wird daher dadurch erzielt, daß das
Formwerkzeug und der Düsenkörper voneinander getrennt werden und
demgemäß eine direkte Ausgabe des Fluids aus dem
Formwerkzeug ermöglicht ist. Dieser Ablauf erschwert jedoch nicht
nur die Fluidrückgewinnung und -wiederverwendung, sondern es
können auch verschiedene Fehler im Foringegenstand
hervorgerufen werden, da der Druck des Fluids innerhalb des
Formhohlraums nicht eingestellt werden kann, z. B. durch
allmähliches Verringern.
Die Schwierigkeit wird nachfolgend detaillierter
beschrieben.
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Im allgemeinen ist für den Druck eines Fluids, das in einen
Formhohlraum eingeblasen wird, das folgende erforderlich:
(a) es muß derjenige des geschmolzenen Kunststoffs am
Einspritzeinlaß überwunden werden; (b) er muß eine Strömung des
geschmolzenen Kunststoffs hervorrufen können, damit dieser
zum Auslaß und zum Formhohlraum hin ausgestoßen wird, wenn
das Fluid in den Verteilerstern eingeblasen wird und dort
beim Formen eines Hohlteils verwendet wird; (c) er muß sich
durch den Auslaßteil hindurch fortsetzen und (d) er muß
einen Fluß des geschmolzenen Kunststoffs innerhalb des
Formhohlraums ermöglichen, wenn das Fluid innerhalb des
Formhohlraums einen hohlen Teil ausbildet. Die Größe dieses
Drucks ist durch Faktoren wie die Viskosität des
geschmolzenen Kunststoffs, die Konstruktion des Formwerkzeugs und die
Menge an geschmolzenem Kunststoff festgelegt, der in den
Formhohlraum einzufüllen ist.
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Nachdem ein hohler Teil geformt wurde, oder nachdem der in
den Formhohlraum eingelassene geschmolzene Kunststoff soweit
abgekühlt ist, daß die Temperatur unter die Fließtemperatur
gefallen ist und Verfestigung eintritt, drückt das in den
mittleren Teil des geschmolzenen Kunststoffs im Formhohlraum
eingeblasene Fluid auf die den hohlen Teil einhüllende
Kunststoffschicht und verhindert eine Einfallstelle. Wenn
der Druck des Fluids übermäßig hoch ist, verursacht er
Restspannungen in der den hohlen Teil umhüllenden
Kunststoffschicht. Insbesondere treten derartige Restspannungen
konzentrisch in der Grenzfläche zwischen dem hohlen Teil und
einem massiven Teil auf, wenn der hohle Teil selektiv an
einer speziellen Stelle des Formhohlraums ausgebildet wird.
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Wenn übermäßig hoher Druck auf die den hohlen Teil
umschließende Kunststoffschicht ausgeübt wird und der
Kunststoffschicht Restspannungen auferlegt werden, erleidet der
hergestellte Formgegenstand die folgenden Qualitätsmängel
abhängig von den charakteristischen Eigenschaften des verwendeten
Kunststoffs:
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a. Mikrorißbildung oder Mattierung tritt an der den hohlen
Teil festlegenden Oberfläche auf. Andererseits wird
Rißbildung durch Alterung wegen allmählichem Spannungsabbaus
folgend
auf dem Gießvorgang hervorgerufen.
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b. In der den hohlen Teil umhüllenden Kunststoffschicht
tritt Aufblähung auf.
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Ferner verlängert sich dann, wenn ein Fluid mit übermäßig
hohem Druck im hohlen Teil des Formhohlraums zurückgehalten
wird, der Gießzyklus und die Produktivität der
Gießvorrichtung ist gefährdet, da viel Zeit dazu erforderlich ist, daß
der Druck des Fluids im hohlen Teil auf den Atmosphärendruck
abnimmt, bevor der Formgegenstand aus dem Formwerkzeug
entnommen werden kann.
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Das Dokument US-4,106,887 beschreibt eine Vorrichtung zum
Spritzgießen von Kunststoffmaterialien, die folgendes
aufweist: eine Einrichtung zum Einspritzen des zu formenden
Materials, eine Formwerkzeugeinrichtung mit einem Hohlraum zum
Aufnehmen des Materials von der Einspritzeinrichtung, eine
Einlaßkanaleinrichtung, die die Einspritzeinrichtung mit dem
Hohlraum der Formwerkzeugeinrichtung verbindet, und eine
Ventileinrichtung, die in der Einlaßkanaleinrichtung
angeordnet ist, um diese zu schließen, um den Fluß von Material
in der Einlaßkanaleinrichtung zu unterbrechen, wobei die
Ventileinrichtung über einen Fluidkanal verfügt, der an
seinem Ende nur dann mit dem Hohlraum der
Formwerkzeugeinrichtung in Verbindung steht, wenn die Ventileinrichtung
geschlossen ist, wobei das andere Ende des Fluidkanals so
ausgebildet ist, daß es mit einer anderen Quelle für
Fluidunterdruck in Verbindung treten kann.
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Eine Spritzgieß-Düsenvorrichtung, die es ermöglicht, daß das
in einen Formhohlraum eingeblasene Fluid über den Fluidkanal
zurückgewonnen oder ausgegeben werden kann, ist in der
Offenlegung (Kokai) Nr. 30 723/1989 zu einer japanischen
Patentanmeldung, die dem Dokument US-4,781,554 entspricht,
vorgeschlagen worden. Diese Spritzgieß-Düsenvorrichtung wird
nachfolgend speziell beschrieben.
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Ähnlich wie die vorstehend beschriebene herkömmliche
Spritzgieß-Düsenvorrichtung ist diese Spritzguß-Düsenvorrichtung
in einem Düsenkörper mit einer Ventilnadel versehen, die
durch die Kraft eines externen Antriebsmechanismus hin und
her bewegt wird und demgemäß einen Kunststoffkanal öffnen
und schließen kann, wobei ferner ein Fluidkanal im zentralen
Teil der Ventilnadel vorhanden ist. Mit dem hinteren Teil
der Ventilnadel ist eine Stellstange rechtwinklig zur
Richtung der Ventilnadel verbunden. Innerhalb der Stellstange
ist ein Fluidkanal ausgebildet. Mit diesem Fluidkanal ist
der Fluidkanal in der Ventilnadel verbunden.
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Der Fluidkanal innerhalb der Stellstange ist mit einem
versorgungsseitigen Rückschlagventil und einem auslaßseitigen
Rückschlagventil versehen, die einander über den
Verbindungsteil gegenüberstehen, der dazu dient, diesen Fluidkanal
mit dem Fluidkanal in der vorstehend genannten Ventilnadel
zu verbinden. Das versorgungsseitige Rückschlagventil ist
mit der Fluidquelle verbunden, wie auch das auslaßseitige
Rückschlagventil mit der Fluidguelle verbunden ist. Das
versorgungsseitige Rückschlagventil wird durch den Druck von
der Fluidquellenseite her geöffnet und durch den Druck von
der Ventilnadelseite her geschlossen. Auf das auslaßseitige
Rückschlagventil drückt eine Feder, die auf der
Fluidquellenseite angeordnet ist. Wenn der Druck auf der
Ventilnadelseite über einen Wert ansteigt, der durch Einstellung der
Rückstellkraft der Feder festgelegt ist, öffnet das
auslaßseitige Rückschlagventil und ermöglicht eine Strömung des
Fluids von der Ventilnadelseite zur Fluidquellenseite.
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Wenn im Fall der vorstehend beschriebenen
Spritzgieß-Düsenvorrichtung Fluid von der Fluidquelle zugeführt wird, um das
Ausblasen von Fluid in den Formhohlraum auszulösen, öffnet
das versorgungsseitige Rückschlagventil wegen des Drucks des
Fluids von der Fluidquellenseite, um ein Hindurchtreten des
Fluids und demgemäß ein Injizieren des Fluids in den
Formhohlraum zu ermöglichen. Dagegen unterliegt das
auslaßseitige Rückschlagventil der Rückstellkraft der auf der
Fluidquellenseite angeordneten Feder sowie dem Druck des Fluids
von der Fluidquelle, wohingegen die Ventilnadelseite dem
Druck des Fluids ausgesetzt ist, das durch das vorstehend
genannte versorgungsseitige Rückschlagventil vorströmt. Das
auslaßseitige Rückschlagventil verbleibt in seinem
geschlossenen Zustand, da der Druck auf der Fluidquellenseite und
derjenige auf der Ventilnadelseite im wesentlichen gleich
sind. Das Fluid kann dadurch aus dem Formhohlraum
zurückgewonnen oder ausgelassen werden, daß die Zufuhr des Fluids
von der Fluidquelle beendet wird. Dies, da das Beenden der
Zufuhr von Fluid von der Fluidquelle bewirkt, daß das
versorgungsseitige Rückschlagventil durch den Druck des Fluids,
das aus dem Formhohlraum zurückströmen möchte, in den
geschlossenen Zustand gedrückt wird. Indessen wird das
auslaßseitige Rückschlagventil durch den Druck des Fluids, das
versucht, aus dem Formhohlraum zurückzustömen, dazu
gebracht, seinen ventilnadelseitigen Druck über die
Rückstellkraft der auf der Fluidquellenseite angeordneten Feder zu
erhöhen. Wenn die Differenz zwischen diesen Kräften einen
festgelegten Wert überschreitet, öffnet das auslaßseitige
Rückschlagventil und erlaubt demgemäß ein Zurückströmen des
Fluids aus dem Formhohlraum.
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Im Fall der vorstehend beschriebenen
Spritzgieß-Düsenvorrichtung ist jedoch der Abstand vom Vorderteil der
Ventilnadel zum Rückschlagventil groß und der dazwischen
ausgebildete Fluidkanal muß zwingend eine gekrümmte und komplizierte
Form einnehmen. Demgemäß hat der Fluidkanal den Nachteil,
daß Kunststoff oder Restteilchen desselben zurückfließen und
den Kanal verstopfen. Um unfehlbare Funktion des
auslaßseitigen
Rückschlagventils sicherzustellen, muß die
Druckdifferenz zum Öffnen dieses Rückschlagventils, d.h. die
Differenz zwischen dem Druck des Fluids auf der Ventilnadelseite
und der Rückstellkraft der Feder auf der Fluidquellenseite
reichlich groß sein. Wegen der Beschränkung, die von dieser
Druckdifferenz herrührt, ist das Ausmaß der Kontrolle über
den Druck des Fluids innerhalb des Formhohlraums begrenzt.
Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung wurde unter dem Zwang erdacht, das bei den
vorstehend beschriebenen herkömmlichen
Spritzgieß-Düsenvorrichtungen vorhandene Problem zu überwinden. Sie zielt
darauf hin, es zu ermöglichen, daß das in einen Formhohlraum
injizierte Fluid über einen Fluidkanal zurückgewonnen oder
ausgelassen werden kann, der so aufgebaut ist, daß er das
Zurückfließen von und ein Verstopfen durch Kunststoff oder
Bruchteilchen verhindert und es gleichzeitig ermöglicht, den
Druck des Fluids innerhalb des Formhohlraums mit reichlichem
Freiheitsgrad einzustellen.
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Die vorstehend angegebene Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
der Kanal zum Auslassen des in den geschmolzenen Kunststoff
im Formhohlraum injizierten Fluids mit einer Einrichtung zum
freien Öffnen oder Schließen des Kanals versehen ist.
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Genauer gesagt, ist die Erfindung auf eine gasunterstützte
Spritzgieß-Düsenvorrichtung gerichtet, die mit einem
Einspritzinechanismus für geschmolzenen Kunststoff sowie einem
Mechanismus für gasunterstütztes Einspritzen und Auslassen
versehen ist, mit:
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- einem Düsenkörper mit einer Düsenkörperöffnung in einem
Düsenkörper-Vorderteil, das mit Druck mit einem
Einspritzeinlaß eines Formwerkzeugs in Kontakt gebracht wird, und mit
einem Kunststoffkanal, der mit der Düsenkörperöffnung in
Verbindung steht;
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- einem Betätigungsventil, das so in den Düsenkörper
eingebaut ist, daß es in axialer Richtung vor- und
zurückverstellt werden kann, das nach vorne verstellt wird, um dafür
zu sorgen, daß ein Vorderteil mit der Düsenkörperöffnung in
Kontakt tritt, um diese zu schließen, und das nach hinten
verstellt wird, um dafür zu sorgen, daß das Vorderteil von
der Düsenkörperöffnung abhebt, um diese Düsenkörperöffnung
zu öffnen;
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dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenvorrichtung ferner
folgendes aufweist:
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- ein Kopfteil, das an der Außenseite des
Düsenkörper-Vorderteils so angebracht ist, daß es in axialer Richtung in
einem Zustand nach hinten und vorne verstellt werden kann,
in dem es elastisch nach vorne gedrückt wird, und das eine
Kopfteilöffnung aufweist, die in axialer Richtung durch
ihren Endteil hindurch ausgebildet ist, der mit Druck mit
der Umfangsfläche in Berührung steht, die den
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs umgibt, wobei diese Kopfteilöffnung
ein Vorspringen des Düsenkörper-Vorderteils ermöglicht, wenn
das Kopfteil zurückverstellt wird, mit einer Aufnahme des
Düsenkörper-Vorderteils in einem Zwischenraum zwischen der
Außenwand des Düsenkörpers und der Innenwand des Kopfteils,
wenn das Kopfteil nach hinten verstellt wird, wobei die
Innenumfangsfläche der hinteren Endseite der Kopfteilöffnung
in Gleitkontakt mit der Außenumfangsfläche des Düsenkörper-
Vorderteils steht;
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- einen Gaszuführkanal, der durch das Betätigungsventil
hindurch ausgebildet ist, wobei ein Rückschlagventil am Ende
dieses Betätigungsventils in Übereinstimmung mit der
Position der Düsenkörperöffnung angebracht ist; und
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- einen Gasauslaßkanal, der mit dem Zwischenraum innerhalb
der Kopfteilöffnung in Verbindung steht.
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Da die erfindungsgemäße Spritzgieß-Düsenvorrichtung mit
einem
Düsenkörper und einem Kopfteil versehen ist, ermöglicht
sie eine einfache Konstruktion des Fluidkanals, der nicht
speziell gebogen sein muß. Dies ermöglicht es, daß das
Einspritzen geschmolzenen Kunststoffs, das Injizieren eines
Fluids und das Auslassen oder Zurückgewinnen des Fluids aus
dem hohlen Teil des Formhohlraums mehrfach frei zu
festgelegten Zeitpunkten ausgeführt werden können, es stellt die
Herstellung eines hervorragenden Formgegenstands sicher und
erlaubt gleichzeitig wirkungsvolle Rückgewinnung des Fluids
zur Wiederverwendung.
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Nun wird die Erfindung nachfolgend speziell unter Bezugnahme
auf die Beispiele und Bezugsbeispiele beschrieben.
Bezugsbeispiel 1
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Fig. 1 repräsentiert ein Beispiel einer
Spritzgieß-Düsenvorrichtung. Ein Spritzzylinder 1 beherbergt eine Schraube 2.
An die Auslaßseite des Spritzzylinders 1 ist ein Anpaßstück
3 zum Anschließen einer Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25
angeschlossen und diese Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 ist
ferner über das Anpaßstück 3 angeschlossen. Die
Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 umfaßt einen Düsenkörper 4, einen
Düsenkörper-Vorderteil 26, ein Kopfteil 16, ein Halteteil 4a
und alle Bauteile, die an ihrem Umfang und ihrem Inneren
befestigt sind. Im zentralen Teil des Vorderteils des
Düsenkörper-Vorderteils 26 ist eine Düsenkörperöffnung 28
ausgebildet. Diese Düsenkörperöffnung 28 liegt an einer Position,
die dann, wenn das Düsenkörper-Vorderteil 26 in Eingriff mit
dem Kopfteil 16 kommt, ungefähr mit einer im Vorderteil des
Kopfteils 16 ausgebildeten Kopfteilöffnung 29 zusammenfällt.
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Das Kopfteil 16 ist ein Vorderwandteil, das selbst einen
vorderen Teil der vorstehend genannten
Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 bildet. Es ist mit der genannten Kopfteilöffnung
29 versehen, und zwar an derjenigen Position, die einem
Einspritzeinlaß eines Formwerkzeugs 21 entspricht, wobei
Verbindung mit dem Düsenkörper-Vorderteil 26 über eine
komprimierte Feder 15 besteht, mit einer Ausbildung für
Verstellung in axialer Richtung im Umfangsteil des
Düsenkörper-Vorderteils 26. Die Feder 15 hat die Funktion, daß sie das
Kopfteil 16 in der Richtung einer Eingußdurchführung 20 des
Formwerkzeugs 21 drückt. Eine das Kopfteil haltende
Komponente 13 soll verhindern, daß das Kopfteil 16 vom
Düsenkörper-Vorderteil 26 abfällt und sie kann auf Grund der
Kompressionskraft der Feder 15 nicht die Bewegung des Kopfteils
16 behindern. Obwohl die Bewegung des Kopfteils 16 beim
vorliegenden Beispiel durch den Druck der komprimierten
Feder erzielt wird, kann das Kopfteil 16 auf andere Weise so
ausgebildet sein, daß es durch einen externen
Antriebsmechanismus wie z. B. eine Kolben-Zylinder-Anordnung angetrieben
wird, die außerhalb der Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25
angeordnet ist.
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Ein Betätigungsventil 31, das ein
Betätigungsventil-Halteteil 5 und ein Betätigungsventil-Vorderteil 14 umfaßt, ist
mit einer Betätigungsventilöffnung 27 versehen. Es ist
verschiebbar innerhalb des Düsenkörpers 4 und des Düsenkörper-
Vorderteils 26 untergebracht und so ausgebildet, daß es
mitteis einer nicht dargestellten Antriebskraft, die mit Hilfe
eines an einem Hebel 8a ausgebildeten Drehpunkts 8c an Hebel
8a und 8b übertragen wird, in axialer Richtung der
Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 verstellbar ist.
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Über den Zwischenraum zwischen dem Düsenkörper-Vorderteil 26
und dem Betätigungsventil 31 erstreckt sich ein
Kunststoffkanal 12, der durch die Düsenkörperöffnung 28 und die
Kopfteilöffnung 29 geführt ist und mit dem Einspritzeinlaß des
Formwerkzeugs 21 verbunden ist.
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Der Kunststoffkanal 12 wird durch das Vorschieben des
Betätigungsventus 31 in Richtung auf das Formwerkzeug 21 zu
verschlossen, da die Druckfläche des
Betätigungsventil-Vorderteils 14 gegen den zentralen Teil der Innenwand des
Düsenkörper-Vorderteils 26 gedrückt wird. Daher wird die
Verbindung zwischen dem Kunststoffkanal 12 und dem
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 durch das
Betätigungsventil-Vorderteil 14 unterbrochen. Das Zurückziehen des
Betätigungsventils 31 stellt die Verbindung her und öffnet den
Kunststoffkanal 12.
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Ein Fluidkanal 10 innerhalb des Betätigungsventils 31 steht
über ein Rückschlagventil 11 mit dein Einspritzeinlaß des
Formwerkzeugs 21 und ferner mit einem Strömungspfad 9 für
komprimiertes Fluid, der zu einer nicht dargestellten
Fluidquelle führt, in Verbindung.
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Das Rückschlagventil öffnet oder sperrt den Fluidkanal 10,
wenn im Fluid zwischen dem Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs
21 und dem Fluidkanal 10 eine Druckdifferenz auftritt.
Genauer gesagt, öffnet der Fluidkanal 10 zur Seite des
Einspritzeinlasses des Formwerkzeugs 21 hin, wenn der Druck des
Fluids im Fluidkanal 10 höher als derjenige des Fluids auf
der Seite des Einspritzeinlasses des Formwerkzeugs 21 oder
der Druck des geschmolzenen Kunststoffs ist. Andernfalls
wird der Fluidkanal 10 versperrt, um die Verbindung zwischen
dem Fluidkanal 10 und dem Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs
21 zu unterbrechen.
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Innerhalb des Düsenkörper-Vorderteils 26 ist ein
Fluidauslaßkanal 17 ausgebildet und so angeordnet, daß er mit einem
Niederdruckfluid-Strömungspfad 19 in Verbindung steht, der
zu einer nicht dargestellten Niederdruck-Fluidquelle führt.
Der Fluidauslaßkanal 17 wird durch eine Fluidauslaß-Auf/Zu-
Vorrichtung geöffnet oder geschlossen, die aus dem Kopfteil
16 und dem Düsenkörper 4 besteht. Genauer gesagt, wird er
dadurch geschlossen, daß die Innenwand des Kopfteils 16 in
Druckkontakt mit der Außenwand des Düsenkörper-Vorderteils
26 gebracht wird. Das Aufheben dieses Druckkontakts
ermöglicht es, daß der Fluidauslaßkanal 17 über den Zwischenraum
zwischen dem Kopfteil 16 und dem Düsenkörper-Vorderteil 26
mit der Kopfteilöffnung 29 in Verbindung steht.
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Bei diesem Beispiel ist der Fluidauslaßkanal 17 innerhalb
des Düsenkörper-Vorderteils 26 ausgebildet. Ansonsten kann
dieser Fluidauslaßkanal 17 an der anderen Seite der
Oberfläche des Druckkontakts zwischen dein Kopfteil 16 und dem
Düsenkörper 4 in den Kopfteil 16 offen sein und dann mit der
Niederdruck-Fluidquelle in Verbindung stehen. Der
Fluidauslaßkanal 17 darf auch mit dem hinteren Teil des
Rückschlagventils 11 innerhalb der Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 in
Verbindung stehen.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2A, 2B und
2C die tatsächlichen Funktionen des Betätigungsventils 31
und des Kopfteils 16 beim Spritzgießen eines hohlen
Formkörpers sowie die Positionsbeziehungen der Komponenten in der
Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 beschrieben.
(A) Schritt des Einspritzens geschmolzenen Kunststoffs (Fig.
2A)
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In Fig. 2A sind die Positionsbeziehungen zwischen dem aus
dem Betätigungsventil-Halteteil 5 und dem
Betätigungsventil-Vorderteil 14 bestehenden Betätigungsventil 31
einerseits und dein Kopfteil 16, dem Düsenkörper 4 und dem
Düsenkörper-Vorderteil 26 andererseits gesondert dargestellt.
Eine Linie 22 repräsentiert die Druckkontaktfläche zwischen
der Eingußdurchführung 20 des Formwerkzeugs 21 (nicht
dargestellt) und dem Kopfteil 16. Wenn der Einspritzzylinder
(hier nicht dargestellt, jedoch in Fig. 1) in der Richtung
zum Formwerkzeug 21 (hier nicht dargestellt, jedoch in Fig.
1) vorfährt, fährt gleichzeitig der mit dem
Einspritzzylinder 1 verbundene Düsenkörper 4 gleichzeitig vor und das
Kopfteil 16 kommt in der nicht dargestellten
Druckkontaktfläche 22 mit der (in Fig. 1 dargestellten)
Eingußdurchführung 20 des nicht dargestellten Formwerkzeugs 21 in
Druckkontakt. Der Düsenkörper 4 läuft trotz der Druckkraft der
Druckfeder 15 vor, wobei die Druckkontaktfläche des
Düsenkörper-Vorderteils 26 in Druckkontakt mit dem mittleren Teil
der Innenwand des Kopfteils 16 kommt. Die im Düsenkörper-
Vorderteil 26 vorhandene Düsenkörperöffnung 28 fällt mit der
Kopfteilöffnung 29 des Kopfteils 16 zusammen und steht mit
dem Einspritzeinlaß des nicht dargestellten Formwerkzeugs 21
in Verbindung. Dabei wird der mit dem Einspritzeinlaß des
Formwerkzeugs 21 in Verbindung stehende Fluidauslaßkanal 17
durch die Druckkontaktfläche zwischen dem
Düsenkörper-Vorderteil 26 und dem mittleren Teil der Innenwand des
Kopfteils 16 versperrt.
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Indessen wird das Betätigungsventil 31 durch die nicht
dargestellte Antriebskraft auf der Axiallinie des Düsenkörpers
4 vom Formwerkzeug weggeschoben, um den Kunststoffkanal 12
zu öffnen und ihn mit dem Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs
21 zu verbinden.
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Infolge der Vorwärtsbewegung der Schraube 2 (Fig. 1) im
nicht dargestellten Einspritzzylinder 1 wird das
Formwerkzeug 21 mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt. Wenn in diesem
Fall der Druck des geschmolzenen Kunststoffs im
Kunststoffkanal 12 durch den zum Einfüllen verwendeten Druck erhöht
wird, versperrt das Rückschlagventil 11 die Verbindung
zwischen dem Kunststoffkanal 12 und dem Fluidkanal 10 und
verhindert ein Auslecken des geschmolzenen Kunststoffs in den
Fluidkanal 10.
(B) Schritt des Injizierens komprimierten Fluids (Fig. 28)
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Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 2B der Vorgang
beschrieben, gemäß dem das Vorstellen des Betätigungsventus 31 in
Richtung des Formwerkzeugs 21 die Druckkontaktfläche im
Vorderteil des Betätigungsventils 31 in Druckkontakt mit dem
mittleren Teil der Innenwand des Düsenkörpers 4 bringt und
demgemäß das Injizieren komprimierten Fluids in das nicht
dargestellte Formwerkzeug 21 herbeiführt. Genauer gesagt,
zeigt Fig. 2B den Zustand, bei dem die Verbindung zwischen
dem Kunststoffkanal 12 und dem Einspritzeinlaß des nicht
dargestellten Formwerkzeugs 21 durch den Druckkontakts des
Vorderteils des Betätigungsventils 31 mit dem mittleren Teil
der Innenwand des Düsenkörpers 4 unterbrochen ist.
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In diesen Zustand wird das komprimierte Fluid von der
externen Quelle für komprimiertes Fluid (nicht dargestellt) durch
den Kanal 9 für komprimiertes Fluid und den Fluidkanal 10
geleitet und in den im Formwerkzeug 21 aufgenommenen
geschmolzenen Kunststoff injiziert. In diesem Fall ist der
Druck des komprimierten Fluids höher als derjenige des
geschmolzenen Kunststoffs im Formwerkzeug 21, weswegen das
Rückschlagventil 11 in der Richtung des Einspritzeinlasses
des Formwerkzeugs 21 öffnet.
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Während des Übergangs von dem in Fig. 2A dargestellten
Zustand auf den in Fig. 2B dargestellten, wird das
Betätigungsventil 21 in Richtung auf das Formwerkzeug zu
vorgeschoben, und das Vorschieben des Betätigungsventus 31 wird
entlang des Wegs angehalten, wenn der Vorderteil des
Betätigungsventus 31 in Druckkontakt mit dem mittleren Teil der
Innenwand des Düsenkörpers 4 kommt, und dann wird die
Verbindung zwischen dem Kunststoffkanal 12 und dem
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 aufrechterhalten, wodurch der
Druck, der zum Füllen des Forinwerkzeugs mit geschmolzenem
Kunststoff verwendet wird, zweckentsprechend relativ zum
Druck des komprimierten Fluids eingestellt wird, wodurch der
Kunststoff und das komprimierte Fluid im wesentlichen
gleichzeitig bis zum vollen Fassungsvermögen in das
Formwerkzeug injiziert werden können.
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Obwohl die Stärke des Drucks, der zum Füllen des
Formwerkzeugs 21 mit geschmolzenem Kunststoff verwendet wird,
abhängig von der Wanddicke des herzustellenden Formgegenstands
und der abgewickelten Oberfläche dieses Formgegenstands
veränderlich ist, liegt er im allgemeinen im Bereich von 200
bis 800 kg/cm². Der Druck kann unter der Untergrenze dieses
Bereichs liegen, wenn die Wanddicke des Formgegenstands groß
ist und die abgewickelte Oberfläche klein ist. Der Druck
kann über der Obergrenze des Bereichs liegen, wenn die
Wanddicke klein ist und die abgewickelte Oberfläche groß
ist. Während des Prozesses der an den Zustand von Fig. 2B
angrenzt, d.h. während des Prozesses, in dem das
Formwerkzeug 21 bis zum vollen Fassungsvermögen mit geschmolzenem
Kunststoff gefüllt wurde und das Betätigungsventil 31 sich
dem Punkt des Druckkontakts zum mittleren Teil der Innenwand
des Düsenkörpers 4 nähert, wird der Druck vom geschmolzenen
Kunststoff im (nicht dargestellten) Formwerkzeug 21
weggenommen. Demgemäß sind ein Aufquellen und Auslecken durch den
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 und ein Zurückfließen
durch das Kopfteil 16 und die Düsenkörperöffnungen 29, 28 in
den Kunststoffkanal 12, der durch das Betätigungsventil 31
nicht vollständig gesperrt ist, möglich. Die Menge des
Kunststoffs, die so zurückfließen kann, nimmt proportional
zur Größe des Drucks zu, der zum Füllen des Formwerkzeugs
21 mit geschmolzenem Kunststoff verwendet wurde und der der
Obergrenze des oben genannten Bereichs nahe kommt. Jedoch
verhindert das im Betätigungsventil 31 vorhandene
Rückschlagventil 11 ein Auslecken von Kunststoff in den
Fluidkanal 10.
(C) Schritt des Auslassens komprimierten Fluids (Fig. 2C)
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Nun wird der in Fig. 2C veranschaulichte Zustand der
Vorrichtung beschrieben. Nachdem im Schritt gemäß Fig. 2B das
Injizieren komprimierten Fluids in den im Formwerkzeug 21
enthaltenen geschmolzenen Kunststoff abgeschlossen ist, wird
zwischen der Außenwand des Düsenkörpers 4 und der Innenwand
des Kopfteils 16 ein Zwischenraum 18 gebildet. Demgemäß kann
der Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 über den
Zwischenraum 18 dadurch mit dein Fluidauslaßkanal 17 in Verbindung
stehen, daß der Vorderteil des Betätigungsventils 31 in
Druckkontakt mit dem mittleren Teil der Innenwand des
Düsenkörpers 4 gehalten wird. Dies bewirkt, daß sich der
Düsenkörper 4 bis kurz vor die Stellung zurückzieht, in der der
Druck unterbrochen wird, der von der zusammengedrückten
Feder 15 des Kopfteils 16 auf die Druckkontaktfläche 22 der
Einlaßdurchführung des Formwerkzeugs 21 ausgeübt wird. Dabei
kann das komprimierte Fluid, das in den im Hohlraum 21
enthaltenen geschmolzenen Kunststoff injiziert wurde durch den
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 und dann über den
Zwischenraum 18 und den Fluidauslaßkanal 17 zur
Wiederverwendung in die (nicht dargestellte) Niederdruck-Fluidquelle
zurückgeführt werden. Während des Ausgebens des
komprimierten Fluids kann die Außenwand des Düsenkörpers 4 mit der
Innenwand des Kopfteils 16 in Druckkontakt gebracht werden,
um das eingeschlossene Innere unter verringertem Druck zu
halten.
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Bei der Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 des vorliegenden
ersten Beispiels ist der Druckwiderstand verringert, der sich
dem komprimierten Fluid entgegenstellt, und es ist die Zeit
verkürzt, die dazu erforderlich ist, das komprimierte Fluid
zurückzugewinnen, da der Fluidkanal 10, der zum Injizieren
komprimierten Fluids in das Formwerkzeug 21 dient, vom
Fluidauslaßkanal 17 verschieden ist, der dazu dient, das in
das Formwerkzeug 21 injizierte komprimierte Fluid zur Seite
der Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 zurückzuführen, und
ferner weil die Länge des Fluidauslaßkanals 17 kurz ist.
Beispiel 1
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Fig. 3 veranschaulicht ein Beispiel einer erfindungsgemäßen
Spritzgieß-Düsenvorrichtung.
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Anstelle des Kopfteils 16, das beim Eingriff zwischen dem
Vorderteil des Düsenkörpers 4 und dem Einspritzeinlaß des
Formwerkzeugs zwischengefügt ist, wie in Fig. 1
veranschaulicht, kann ein Kopfteil 16, das so konstruiert ist, daß das
Vorderteil des Düsenkörpers 4 direkt in Druckeingriff mit
dem Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 gebracht wird,
dieselbe Funktion zeigen.
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Einzelheiten dieses Kopfteils 16 werden nachfolgend unter
Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
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Die Formen und Funktionen aller Bauteile der
Düsenvorrichtung stimmen mit denen der Düsenvorrichtung von Fig. 1
überein, mit der Ausnahme, daß sich die Form des in Fig. 3
veranschaulichten Kopfteils 16 von der Form des Kopfteils der
in Fig. 1 veranschaulichten Düsenvorrichtung unterscheidet.
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Wenn der Einspritzzylinder 1 in der Richtung zum
Formwerkzeug 21 vorverstellt wird, läuft gleichzeitig das mit dem
Einspritzzylinder 1 verbundene Düsenkörper-Vorderteil 26 vor
und das Kopfteil 16 kommt in Druckkontakt mit der
Druckkontaktfläche, die konzentrisch aus dem Einspritzeinlaß der
Eingußdurchführung 20 des Formwerkzeugs 21 herausfällt Wenn
das Düsenkörper-Vorderteil 26 trotz der elastischen Kraft
der Feder 15 vorwärts bewegt wird, kommt die Druckkontakt
fläche am Düsenkörper-Vorderteil 26 in Druckkontakt mit dem
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21. Dabei wird die
Verbindung zwischen dein Fluidauslaßkanal 17 und dem
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 durch die Druckkontaktfläche 24
zwischen dem Düsenkörper-Vorderteil 26 und der
Eingußdurchführung 20 des Formwerkzeugs 21 verschlossen. Das Befüllen
des Formwerkzeugs 21 mit geschmolzenem Kunststoff sowie das
Injizieren komprimierten Fluids in diesen werden dadurch
ausgeführt, daß das Betätigungsventil im sich anschließenden
Zustand betätigt wird, wie in den Fig. 2A und 2B
veranschaulicht.
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Wenn der Einspritzzylinder 1 bis zu einer Position
zurückgezogen wird, kurz bevor der Druck unterbrochen wird, der von
der zusammengedrückten Feder 15 des Kopfteils 16 auf die
Eingußdurchführung 20 des Formwerkzeugs 21 ausgeübt wird,
nachdem das Befüllen des Formwerkzeugs 21 mit geschmolzenem
Kunststoff und das Injizieren komprimierten Fluids in diesen
abgeschlossen wurden, wird das Düsenkörper-Vorderteil 26
gleichzeitig zurückgezogen, wodurch es zum Zwischenraum 18
kommt, der von der Außenwand des Düsenkörper-Vorderteils 26,
der Eingußdurchführung 20 des Formwerkzeugs 21 und einem
Teil der Innenwand des Kopfteils 16 gebildet wird. Dann
steht der Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 über den
Zwischenraum 18 mit dem Fluidauslaßkanal 17 in Verbindung.
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Infolge des gerade beschriebenen Ablaufs wird das
komprimierte Fluid, das in den im Formwerkzeug 21 enthaltenen
geschmolzenen Kunststoff injiziert wurde, aus dem
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs 21 ausgegeben, es läuft durch den
Zwischenraum 18 und den Fluidauslaßkanal 17 und es wird über
den Niederdruck-Fluidkanal 19 in die (nicht dargestellte)
Niederdruck-Fluidquelle zurückgeleitet.
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Selbst wenn der Kopfteil 16 andere Form als vorstehend
beschrieben hat, kann die Spritzgieß-Düsenvorrichtung 25 unter
Verwendung dieses Kopfteils 16 dieselbe Funktion ausüben wie
die, die das Kopfteil 16 von Fig. 1 verwendet. Ferner hat
das vorliegende Beispiel den Vorteil, daß der Zwischenraum
18 leicht gereinigt werden kann, ohne daß das Kopfteil 16
entfernt werden muß, da dieses Kopfteil eine große Öffnung
hat.
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Beim Bezugsbeispiel 1 und entsprechend beim Beispiel 1 ist
das Kopfteil 16 so ausgebildet, daß es in Druckkontakt mit
der Eingußdurchführung 20 des Formwerkzeugs 21 kommt.
Wahlweise kann das Kopfteil 16 so ausgebildet sein, daß es statt
mit der Eingußdurchführung 20 mit einem Teil des
Formwerkzeugs 21 in Druckkontakt kommt. Eine
Spritzgieß-Düsenvorrichtung, die ein solches Kopfteil 16 verwendet, erfüllt
dieselbe Funktion wie die anderen Beispiele.
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Wie vorstehend beschrieben, hat eine erfindungsgemäße
Spritzgieß-Düsenvorrichtung die folgende Wirkung.
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Wenn komprimiertes Fluid gleichzeitig mit dem Einspritzen
geschmolzenen Kunststoffs oder nach dem Einspritzen
geschmolzenen Kunststoffs injiziert wird, wird der hohle Teil
im geschmolzenen Kunststoff ausgebildet. Der
Fluidauslaßkanal oder das Rückschlagventil ist für eine erforderliche
Zeitspanne offen und die erforderliche Menge an
komprimiertem Fluid, das im Raum eingeschlossen ist, fließt vom im
Kunststoff ausgebildeten hohlen Teil zum Rückschlagventil im
Fluidkanal der Spritzgieß-Düsenvorrichtung zurück. Demgemäß
ist es möglich, den aufrecherhaltenen Druck des
komprimierten Fluids im hohlen Teil, das im mittleren Teil des
Kunststoffs innerhalb des Formhohlraums ausgebildet wurde, auf
einen vorgegebenen Wert einzustellen. Ferner kann, da das
Rückschlagventil an einer gewünschten Position im Fluidkanal
angeordnet werden kann, die Länge des Fluidkanals an der
Vorderseite des Rückschlagventils verkürzt werden und
gleichzeitig kann dieser Fluidkanal mit geradem Verlauf
ausgebildet werden. Ein Verstopfen des Fluidkanals mit z. B.
Kunststoff wird leicht verhindert. Ein mögliches
Zurückströmen geschmolzenen Kunststoffs in den Fluidkanal wird
unfehlbar verhindert. Die Rückgewinnung komprimierten Fluids
erfolgt schnell und gleichmäßig ohne Fehlschlag.
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Übermäßig große Restspannungen, wie sie in der den hohlen
Teil umschließenden Kunststoffschicht auftreten, können
verringert werden und Qualitätsmängel des Erzeugnisses wie
Mikrorißbildung, Mattierung, Rißbildung und Ausbeulen der den
hohlen Teil einhüllenden Oberflächenschicht des
Formgegenstands können dadurch vermieden werden, daß der Druck des
komprimierten Fluids eingestellt wird, das im hohlen Teil
enthalten ist, das im mittleren Teil des Kunststoffs
innerhalb des vorstehend genannten Formhohlraums ausgebildet
wurde.
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Der Druck des Fluids im hohlen Teil kann dadurch eingestellt
werden, daß geschmolzener Kunststoff und komprimiertes Fluid
in den Forinhohlraum injiziert werden. Danach kann das
komprimierte Fluid allmählich auf die vorstehend beschriebene
Weise zurückströmen. Die Möglichkeit, daß der den hohlen
Teil umschließende Kunststoff bei übermäßig großem
Fluiddruck abgekühlt wird und sich verfestigt kann verhindet
werden. Die Zeit, die dazu erforderlich ist, daß der Druck des
Fluids im hohlen Teil auf den Atmosphärendruck verringert
wird, bevor das Formwerkzeug geöffnet wird und ihm der
Formgegenstand entnommen wird, kann verringert werden. Auch kann
der Gießzyklus verkürzt werden. All dies kann dadurch
erzielt werden, daß der Druck des Fluids im hohlen Teil in
Übereinstimmung mit dein Fortschreiten des Abkühlens des
geschmolzenen Kunststoffs im Formhohlraum allmählich auf
Atmosphärendruck verringert wird.
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Ferner kann durch Zurückziehen der Schraube nach dem
Einspritzen geschmolzenen Kunststoffs und dadurch, daß dafür
gesorgt wird, daß das Kompressionsvolumen des eingespritzten
geschmolzenen Kunststoffs zum Zylinder zurückfließt
(zurückgesaugt wird), der Druck des geschmolzenen Kunststoffs am
Einspritzeinlaß des Formwerkzeugs verringert werden, und das
Injizieren komprimierten Fluids kann wirkungsvoll bei
geringerem Druck ausgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Querschnitt, der eine
Spritzgieß-Düsenvorrichtung als Bezugsbeispiel veranschaulicht. Fig. 2A und 2C
sind erläuternde Diagramme, die fortlaufend den Betrieb des
Kopfteils und des Betätigungsventils beim Bezugsbeispiel
veranschaulichen. Fig. 3 ist ein Querschnitt, der ein
Beispiel einer erfindungsgemäßen Spritzgieß-Düsenvorrichtung
veranschaulicht.