DE102005014566A1

DE102005014566A1 - Thermoverschlußdüse und Verfahren zum Beheizen einer solchen

Info

Publication number: DE102005014566A1
Application number: DE102005014566A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr. Bürkle; Martin Eichlseder
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: DE102005014566B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Thermoverschlussdüse für eine Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine oder eines Extruders, die insbesondere zur Ankopplung an ein Werkzeug oder eine Formschließeinrichtung dient, sowie ein Verfahren zum Beheizen einer solchen Thermoverschlussdüse. DOLLAR A Die Thermoverschlussdüse umfasst ein Gehäuse (12), welches an einer Seite an die Plastifiziereinheit anschließbar ist und an der anderen Seite eine mit dem Werkzeug oder der Formschließeinrichtung koppelbare Düsenspitze (28, 38) aufweist, wobei ein Einlass (14) zur Aufnahme von Schmelze von einer Plastifiziereinheit vorgesehen ist, die Düsenspitze (28, 38) eine Ausgangsöffnung aufweist und eine Strömungsverbindung (16) zwischen dem Einlass (14) sowie der Ausgangsöffnung vorgesehen ist und wobei zumindest der Bereich der Düsenspitze (28) wenigstens teilweise beheizbar ist. DOLLAR A Um die Beheizung auch im vorderen Bereich der Düsenspitze zu ermöglichen, indem an sich kein Platz zum Anordnen einer Heizeinrichtung besteht, ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Düsenspitze (28) aus einer eine Widerstandsheizung bildenden leitfähigen Keramik gebildet ist, an welche eine elektrische Spannung anlegbar ist.

Description

Thermoverschlussdüse und Verfahren zum Beheizen einer solchen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Thermoverschlussdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Beheizen einer solchen Thermoverschlussdüse gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 16 oder 17.

Thermoverschlussdüsen für Spritzgießmaschinen und Extrudereinrichtungen sind allgemein bekannt. Solche Düsen dienen zum gesteuerten Ausbringen von Schmelze aus diesen Einrichtungen. Insbesondere beim diskontinuierlichen Betrieb von Spritzgießmaschinen wird Kunststoffschmelze in einer Plastifiziereinrichtung zyklusweise erzeugt, in einem Schneckenvorraum bereitgehalten und über eine Düse in die Kavität eines Werkzeugs eingespritzt. Dabei dient die Düse auch zum Ankoppeln der Plastifiziervorrichtung insgesamt an die Werkzeugeinrichtung.

Damit die in der Plastifiziereinrichtung hergestellte Schmelze nicht übermäßig erkaltet und damit eine Erstarrung droht, sind diese Düsen oftmals mit Heizeinrichtungen ausgestattet, wobei man dann von einer Thermodüse spricht. Ist diese Thermodüse auch noch verschließbar, um ein Auslaufen von Schmelze bei einer nicht an einem Werkzeug angedockten Düse zu vermeiden, so spricht man von einer verschließbaren Thermodüse.

Eine mechanische Verschlussmöglichkeit ist das Vorsehen eines beweglichen, spitz zulaufenden Dornes innerhalb der Düse, der durch „Nach-Vorne-Verfahren" den Düsenausgang bzw. die Düsenöffnung abdichtet. Ein solcher Dorn ist bei manchen Ausführungsformen von der Schmelze umspült.

Problematisch bei den herkömmlichen Thermodüsen ist die nur sehr begrenzte Heizmöglichkeit an der mechanischen Schnittstelle zum Werkzeug, insbesondere der vorderste Bereich der Düse, in welcher auch der Austrittskanal angeordnet ist. Das gewünschte Verschließen der Düse muss zudem oftmals mechanisch erfolgen, was zu Qualitätseinbusen im Formteil durch die Teilung des Schmelzestroms im mechanischen Verschluss führt, was in Fließfronten resultiert, die noch in dem gebildeten Produkt zu erkennen sind. Überdies kommt es bei herkömmlichen Düsen oftmals zu einem unkontrollierten Schmelzeabriss zwischen der Düse und dem Anguss, was bei entsprechender Düsenleckage zu einem übermäßigen Fadenziehen führen kann. Wird die Düsenspitze nicht beheizt, so entsteht teilweise ein Massepfropfen, was zu Qualitätseinbusen insbesondere bei optischen Teilen führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Thermoverschlussdüse anzugeben, welche die oben genannten Nachteile vermeidet. Überdies soll ein Verfahren angegeben werden, welches zum Betrieb einer solchen Thermoverschlussdüse geeignet ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale verfahrensmäßig und durch die in den Ansprüchen 16 und 17 angegebenen Merkmale vorrichtungsmäßig gelöst.

Ein wesentlicher Beitrag zur vorliegenden Erfindung besteht in der direkten Beheizbarkeit der Düsenspitze (auch des vordersten Teils der Düsenspitze) durch einen elektrisch leitenden Keramikwerkstoff, der als elektrische Widerstandsheizung dient. Damit ist der Düsenkörper oder ein Teil des Düsenkörpers selbst als elektrisches Widerstandselement ausgeführt und es bedarf keiner separaten Teile wie Heizbänder oder dergleichen.

Der entsprechende Teil der Düsenspitze hat gemäß einer Ausführungsform insbesondere Gehäusefunktion, Schmelzeführungsfunktion sowie Heizfunktion integriert in einem Bauteil. Dabei ist es lediglich notwendig, eine elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Keramik und einer Stromversorgung vorzusehen. Eine solche, die elektrische Verbindung realisierende Leitung kann jedoch ohne weiteres in einem recht kleinen Zwischenraum geführt werden oder durch eine leitfähige Kon taktierung mit anderen Gehäuseteilen oder Bauteilen erreicht werden. Besonders bei der Verwendung einer Spannung im Bereich bis 40 Volt ist es möglich, eine Stromführung ähnlich wie bei einem Automobil zu realisieren, indem mit einer gesonderten Stromzuführung die elektrisch leitfähige Keramik mit dem Pluspol einer Stromversorgung verbunden ist und die übrige Maschine auf „Masse" (Minuspol) liegt. Bei einer solchen Realisierung ist die elektrisch leitfähige Keramik natürlich gegenüber denjenigen leitfähigen Gehäuseteilen zu isolieren, mit denen keine elektrische Verbindung bestehen soll.

Gemäß einer besonders vorzugsweisen Ausführungsform, nämlich dann, wenn verfahrenstechnisch eine sehr hohe Düsenspitzentemperatur gewünscht ist, ist der vordere stirnseitige Teil der Düsenspitze aus einem schlecht Wärme leitenden Werkstoff gebildet. Gerade dieser stirnseitige Teil „dockt" an ein Werkzeug oder eine Formschließeinrichtung an. Um nun einen Wärmeübergang und ein Auskühlen der Düsenspitze zu verhindern, ist gerade der schlecht Wärme leitende Werkstoff vorgesehen.

Es ist jedoch auch möglich, die Wandstärke der elektrisch leitfähigen Keramik an einer oder mehreren Positionen dünn auszubilden. Dies führt beim Beheizen dazu, dass an dieser Stelle eine stärkere Beheizung erfolgt, die Schmelze an diesem Punkt also auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Wird dann andererseits eine große Anlagefläche zwischen der Düsenspitze und einer Angussbuchse gewählt, so ist auch wieder eine strömungsmäßig anschließende, schnelle Abkühlung der Schmelze möglich. Auf diese Weise ist der Schmelzeaustrittskanal bei Einspritzen mit einer ausreichend hoch temperierten Schmelze gefüllt. Andererseits ergibt sich eine sauberer Materialabriss, wenn die Düsenspitze von der Angussbuchse zurückgefahren werden soll.

Der Strömungskanal ist vorzugsweise unmittelbar in oder an der elektrisch leitfähigen Keramik ausgebildet; Vorzugsweise ist die elektrisch leitende Keramik – möglicherweise mit einer Oberflächenbeschichtung elektrisch isoliert – mit der Schmelze unmittelbar in Kontakt, so dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung und bei entsprechendem Stromdurchfluss durch die elektrische Keramik diese aufgeheizt wird und die Schmelze unmittelbar erhitzt bzw. am Auskühlen gehindert wird.

Auch können mehrere Zonen mit einer elektrisch leitfähigen Keramik vorgesehen sein. In diesem Fall sind entsprechend viele Heizzonen realisiert.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Düsenspitze als separater Teil ausgebildet, welche auf das Gehäuse der Thermoverschlussdüse aufgesetzt werden kann. In diesem Fall könnte die Düsenspitze ohne weiteres gegen eine andere Düsenspitze ausgetauscht werden, um so die Düsenform oder beispielsweise die Einsätze mit bestimmter Heizleistung auszutauschen.

Die Düsenspitze kann teilweise aus der elektrisch leitfähigen Keramik teilweise aber auch aus einem elektrisch nicht leitendem Material, insbesondere einer elektrisch nicht leitenden Keramik, aufgebaut sein. Um einen Strom sehr gleichmäßig in eine beispielsweise konisch ausgeführte elektrisch leitfähige Keramik einzuführen, ist ein Kontaktring – insbesondere ein Kupferring – vorgesehen, der die elektrisch leitfähige Keramik umgibt und von dem die elektrische Verbindung abgeht. Auf diese Art und Weise wird der Strom flächenmäßig gleichmäßig und großflächig in die elektrisch leitfähige Keramik eingeleitet. Dies führt zu einer gleichmäßigen Erwärmung der Düsenspitze.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass im Zusammenspiel mit der Düsenspitze ein Ankoppelteil vorgesehen ist, welches beispielsweise Bestandteil eines Werkzeugs oder einer Aufspannplatte sein kann. Zudem ist Keramik über eine erste elektrische Verbindung mit einer Stromversorgung verbunden oder mit dieser verbindbar. Weiter liegt entweder das Ankoppelteil auf Masse oder es ist über eine zweite elektrische Verbindung mit der Stromversorgung verbunden oder mit dieser verbindbar. Schließlich sind die Düsenspitze und das Ankoppelteil derart ausgebildet, dass bei Anlage von der Düsenspitze an dem Ankoppelteil elektrischer Stromfluss zwischen den beiden elektrischen Verbindungen über die Düsenspitze und über das Ankoppelteil besteht. Mit dieser konstruktiven Maßnahme wird in besonders einfacher Weise eine Steuerungsmöglichkeit geschaffen, die den Anforderungen eines zyklusweisen Einspritzens von Kunststoffmaterial in ein Werkzeug in besonderer Weise Rechnung trägt, da die Erwärmung davon abhängt, ob die Düsenspitze angekoppelt oder abgekoppelt ist. Überdies ist es nicht notwendig im besonders problematischen Bereich der Düsenspitze (auch des vordersten Bereiches, in dem der Austrittskanal angeordnet ist) eine elektrische Verbindung vorzusehen. In der beschriebenen Weise ist eine Beheizung bis zur mechanischen Schnittstelle zwischen der Plastifiziereinrichtung und einer Schließeinrichtung möglich, wobei diese mechanische Schnittstelle bei der letztgenannten Ausführungsform gleichzeitig auch die Schaltfunktion für den Stromkreis innehat.

Der Stromfluss besteht im vorgenannten Fall nur dann, wenn die Düsenspitze an das Ankoppelteil angedockt ist und die Düsenspitze über die Anlagefläche am Werkzeug den Stromkreis schließt. Wird die Düsenspitze vom Ankoppelteil zurückgezogen, so ist automatisch der Stromfluss unterbrochen. In diesem Fall würde sich die Temperatur der sich innerhalb der Düsenspitze befindlichen Schmelze durch Anlage oder Entfernen der Düsenspitze von dem Ankoppelteil steuern lassen. Wird die Düsenspitze zurückgezogen, so wird die elektrische Verbindung unterbrochen und die Beheizung beendet, falls nicht bereits vorher der Stromkreis – beispielsweise aufgrund eines in der Steuerung durchgeführten Steuerschrittes – unterbrochen worden ist. Daraufhin nimmt durch das Erkalten des Schmelzematerials die Viskosität zu und es bildet sich ein Massepfropfen, der die Düsenspitze verschließt. In einem solchen Fall kann auf einen eigenen Verschlusszapfen oder Verschlussdorn in der Düse (wie er in 1 noch dargestellt ist) verzichtet werden.

Um den Düsenverschleiß zu reduzieren, kürzere Zykluszeiten zu fahren oder aus verfahrenstechnischen Gründen, ist es manchmal auch gewünscht, die Düsenspitze nicht zurückzuziehen, sondern kontinuierlich mit angelegter Düsenspitze zu fahren. Da die Düsenspitze bis zum Schmelzeabrisspunkt beheizt wird und – je nach Wandstärke die Heizleistung – punktgenau ausgelegt werden kann, wird ein Düsenabheben überflüssig. Über die Einschaltdauer und/oder die Stromstärke kann die benötigte Heizleistung eingestellt und der Prozess für einen optimalen Materialabriss am Anguss optimiert werden. Wenn dies verfahrenstechnisch gewünscht ist, kann natürlich die Ansteuerung der Heizung pro Zyklus auch mehrfach erfolgen.

Natürlich kann die Steuerung der Beheizung der Düsenspitze auch – falls dies räumlich möglich ist – durch zwei Kontaktierungen der elektrisch leitfähigen Keramik erfolgen. Beispielsweise könnte im hinteren und im vorderen Bereich oder aber in den beiden seitlichen Bereichen Kontakte vorgesehen sein, so dass ein Stromfluss nur in der elektrisch leitfähigen Keramik – beispielsweise von hinten nach vorne oder umgekehrt oder von einer Seite zur anderen Seite – erfolgt. In diesem Fall kann die Steuerung des Stromflusses von einer separaten Steuereinheit übernommen werden und der Stromfluss kann auch dann aufrechterhalten werden, wenn die Düsenspitze von dem Ankoppelteil zurückgefahren ist; andererseits kann die Beheizung auch dann abgeschaltet werden, wenn die Düsenspitze noch an dem Ankoppelteil anliegt. Die Wahl, welche Konstruktion von Vorteil ist bzw. welche Steuerungsmöglichkeit gewünscht wird, hängt unter anderem vom Material, aber auch von der Art der verwendeten Plastifizier- und Schließvorrichtung bzw. Werkzeug ab.

Eine besonders interessante Möglichkeit, die elektrisch leitfähige Keramik auch nach dem Abheben von Ankoppelteil zu heizen besteht darin, die Düsennadel wie sie in 1 dargestellt ist – evtl. zusätzlich – als Kontak tierung zu verwenden. Liegt beispielsweise die Düsennadel auf „Masse" oder besitzt sich eine gesonderte Verbindung zur Stromversorgung, so kann die elektrisch leitfähige Keramik auch dann geheizt werden, wenn die Düsennadel im verschlossenen Zustand angeordnet ist. Diese Möglichkeit kann evtl. zusätzlich zum Ankoppeln an die Ankoppelvorrichtung vorgesehen werden. Die Möglichkeit den Stromkreis mittels der Düsennadel zu schließen hat den besonderen Vorteil, dass die Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Kermamik unmittelbar an der vordersten Düsenspitze im Bereich des Austragskanals erfolgt.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Düsenbohrung im Bereich der Düsenspitze sehr klein gehalten werden, was auch die Realisierung einer recht kleinen Angusspitze für das Werkzeug ermöglicht. Durch den Einsatz der elektrisch leitfähigen Keramik lassen sich gezielt hohe Heizleistungen im Bereich der Düsenspitze von bis zu 100 W/cm² unter darüber hinaus erreichen.

Verwendet man zum Betrieb der elektrisch leitfähigen Keramik eine Wechselspannung im Bereich von 24 V oder einen Gleichstrom im Bereich von 10 A bei entsprechend niedriger Spannung, so kann die Stromleitung von der Düsenspitze über das Ankoppelteil unproblematisch realisiert werden.

Zudem bietet eine elektrisch leitfähige Keramik einen hohen Verschleißwiderstand, so dass mit keiner großen Abnutzung im Bereich der Düsenspitze gerechnet werden muss.

Die Heizleistung lässt sich überdies über unterschiedliche Wandstärken im Bereich der Düsenspitze regulieren, so kann die Wandstärke der elektrisch leitfähigen Keramik in den Bereichen, wo eine niedrigere Temperatur erforderlich ist, erhöht werden und Bereichen, bei denen eine höhere Temperatur benötigt wird, kleiner gewählt werden.

Über die zugeführte Heizleistung pro Zyklus kann der Anguss optimiert werden. Damit kann auch ein Thermofühler entfallen, was wiederum zu einer Kostenreduktion führt. Insbesondere kann der optimale Abriss zwischen dem kalten Pfropfen erreicht und das Fadenziehen relativ genau eingestellt werden. In optimaler Weise kann auch das Fadenziehen ganz vermieden werden. Auch ein Düsenlecken ist bei optimaler Steuerung unterbindbar, da der kritische Bereich durch die direkte Beheizbarkeit optimiert werden kann.

Die Heizleistung ist über die Stromstärke und über die Einschaltdauer des Stroms (beispielsweise über die Düsenanlagezeit) steuerbar. Wird die Heizung der Thermoverschlussdüse in geeigneter Weise gesteuert, so kann durch Abschalten der Heizung und evtl. aktiven Wärmeentzug aus der Düsenspitze über das Werkzeug ein Verschlusspfropfen geschaffen werden, so dass eine mechanische Verschließeinrichtung verzichtet werden kann.

Der Verschlusspfropfen kann durch anschließende Erwärmung wieder verflüssigt werden, so dass keine kalte Schmelze an der mechanischen Schnittstelle, Düse, Werkzeug verbleibt. Insgesamt ermöglicht die vorliegende Erfindung eine gut kontrollierbare Düsentemperatur über die Anlagezeit der Düse, dadurch bietet sich ein breiter Einsatzbereich bei Schmelzekanälen, offenen Düsen, Verschlussdüsen, Heißkanaldüsen und dergleichen. Aufgrund der besonders simplen Bauart ist auch eine Kosteneinsparung zu erreichen. Wenn keine mechanischen Schäden auftreten ist die Lebensdauer einer solchen Keramik-Thermoverschlussdüse unbegrenzt. Dies hängt auch mit der besonderen Verschleißfestigkeit des keramischen Werkstoffs zusammen. Auch lässt sich eine Beheizung bis in die vorderste Düsenspitze erreichen, was bislang nicht ohne weiteres möglich war.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Die Zeichnungen zeigen in
1 in schematischer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Thermoverschlussdüse gemäß einer ersten Ausführungsform und
2 in schematischer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Thermoverschlussdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Die in 1 dargestellte Thermoverschlussdüse weist ein Gehäuse 12 auf, welches an einer Stirnseite (im Bild rechts) an eine nicht näher dargestellte Plastifiziereinrichtung anschließbar (anschraubbar) ist. An dieser Stelle weist das Gehäuse eine Einlassöffnung 13 auf, durch die Schmelze aus der Plastifiziereinrichtung in einen oder mehrere Strömungskanäle des Gehäuses eingebracht werden kann. Das Gehäuse 12 ist vorliegend im Wesentlichen aus zwei Gehäuseteilen aufgebaut, wobei im ersten Gehäuseteil der oder die genannten Strömungskanäle 14 enthalten sind; Im sich links daran anschließenden Gehäuseteil 12' mündet der Strömungskanal 14 in eine Kammer 16, in der ein Verschlussstift 18 axial verschieblich, vor- und zurückbewegbar gelagert ist.
Das zweite Gehäuseteil 12' umfasst einen nach links ragenden zylindrischen Teil 12'', der einen großen Teil des Stiftes 18 koaxial umgibt. Auf diesem zylindrischen Teil 12'' des zweiten Gehäuseteils 12' ist vorliegend eine Heizband aufgesteckt. Dieses Heizband kann ein bekanntes Widerstandsheizelement sein oder auch in Form eines elektrisch leitfähigen Keramik-Heizbandes 26 zusammen mit einer elektrisch nicht leitenden zylindrischen Keramik 42 vorliegen. Für einen geschlossenen Stromkreis ist mindestens eine Zuleitung erforderlich.
Insbesondere der oben genannte zylindrische Teil 26 ist dicht anliegend auf den zylindrischen Teil 12'' des zweiten Gehäuseteils 12' aufgesteckt.
Der vordere Bereich der Düsenspitze ist in verschiedene Abschnitte unterfeilt, welche aus verschiedenen Materialien aufgebaut sind. Der Bereich A₃ bezeichnet dabei den eigentlichen Heizkörper aus der elektrisch leitfähigen Keramik, beispielsweise aus einer Kombination von Silizium-Nitrit mit Titan-Nitrit.
Der Bereich A₁ bezeichnet den Bereich, in dem ein umlaufender Kupferring 30 auf der elektrisch leitfähigen Keramik aufgebracht ist, um eine gleichmäßige Einleitung des Stroms in die elektrisch leitfähige Keramik zu gewährleisten. Der Kupferring ist über eine elektrische Verbindung 40 (vgl. „+"-Zeichen) mit einer nicht dargestellten Stromversorgung gekoppelt.
Der Bereich A₂ bezeichnet eine elektrisch nicht leitende Keramik, beispielsweise Silizium-Nitrit, um die elektrisch leitfähige Keramik vom Gehäuse 12, 12', 12'' elektrisch zu trennen. In der vorliegenden Figur ist die Düsenspitze an ein Ankoppelteil 34 (Angussbuchse) angekoppelt. Das Ankoppelteil 34 ist in der Praxis in einem Werkzeug oder einer Werkzeugaufspannplatte aufgenommen und dient zur genauen Anlage der Düsenspitze an dem Werkzeug und zur Durchleitung der Schmelze in eine Kavität des Werkzeugs. Zu diesem Zweck weist das Ankoppelteil 34 einen Schmelzekanal 36 auf, der bei strömungs-geöffneter Düsenspitze über den Strömungsraum 16 und 14 mit der Plastifiziereinrichtung in Strömungsverbindung steht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform dient der axial beweglich gelagerte Stift 18 zum Verschließen der Düsenspitze. Dazu wird ein um eine Achse 22 gelagerter Hebel bewegt, der am hinteren Ende des Stiftes 18 gelenkig angreift und diesen vor- oder zurückverschiebt. Im zurückgezogenen Zustand des Stiftes 18 ist die Düse geöffnet. Im vorverfahrenen Zustand des Stiftes 18 ist die Düse geschlossen.
Nicht explizit dargestellt (vgl. lediglich „–" Zeichen) ist vorliegend eine weitere elektrische Verbindung, welche vom Ankoppelteil 34 zu der vorgenannt bereits erwähnten, jedoch nicht dargestellten Stromversorgung führt.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Thermoverschlussdüse ist die Thermoverschlussdüse in der Grundstellung vom Ankoppelteil 34 abgehoben, wodurch der Stromkreislauf von der Stromversorgung über die eine elektrische Verbindung 40 zu der nicht weiter dargestellten anderen elektrischen Verbindung unterbrochen ist. Damit wird die elektrisch leitfähige Keramik 28 nicht mit Strom versorgt und somit nicht beheizt. Dies führt zu einem Abkühlen der Schmelze, wodurch sich ein Schmelzepfropfen bildet, der eine Leckage aus der Düsenspitze verhindert.
Wird nach einem Dosiervorgang in der Plastifiziereinheit die Düse zum Einspritzen des Kunststoffmaterials in eine Kavität nun in Anlage zum Ankoppelteil 34 gefahren, so wird dadurch der Stromkreis automatisch geschlossen, was zur Aufheizung der Düsenspitze führt. Dadurch wird der Schmelzepfropfen aufgelost und so die Düse geöffnet. In diesem Zustand ist ein Schmelzeaustrag durch die Düse hindurch und aus der Düse in die Kavität beim Einspritzen möglich. Nach dem Nachdruck wird die Düse wieder vom Ankoppelteil 34 abgehoben, wodurch der elektrische Kontakt wieder unterbrochen wird. Damit ist auch die Heizung unterbrochen. Dies führt zu wieder einer Veränderung der Viskosität der Schmelze im Bereich der Düsenspitze und damit zu einem thermischen Verschluss.
Damit kann der Strom allein durch das Andocken und das Abheben der Düsenspitze individuell und zyklusbezogen gesteuert werden. Überdies kann zusätzlich die Stromstärke gesteuert werden. Wenn dies verfahrenstechnisch erforderlich ist, kann auch die Heizung bereits vor dem Düsenabheben abgeschaltet werden. In diesem Fall kann auf das Abheben der Düsen auch ganz verzichtet werden.
Sollte jedoch eine Beheizung unabhängig vom Andocken der Düsenspitze an das Ankoppelteil bzw. bei abgehobener Düsenspitze durchgeführt werden, so müsste die elektrisch leitfähige Keramik mit zwei Kontakten versehen werden, so dass diese in wunschgemäßer Weise beheizt werden kann.
Insgesamt ergibt sich mit der vorliegenden Erfindung nicht nur ein größeres Prozessfenster, sondern auch eine besonders einfache Bedienung der Anwendung. Auch eignet sich die vorliegende erfindungsgemäße Thermoverschlussdüse für kleine Baugrößen. Natürlich kann bei einer entsprechenden Steuerung ein mechanischer Düsenverschluss, wie in 1 noch dargestellt ist, ohne weiteres entfallen.
Wie dies anhand von 2 nachfolgend erläutert wird, kann die Prozessoptimierung auf einfache Weise ausschließlich auf thermischer Grundlage erfolgen.
In 2 ist eine sehr einfach aufgebaute Thermoverschlussdüse gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist ein Gehäuse 112'' vorgesehen, welches an eine nicht weiter dargestellte Plastifiziereinrichung ankoppelbar ist. Das Gehäuse 112'' weist einen trichterförmigen Einlass auf, der in einen Strömungskanal übergeht. An das Gehäuse schließt sich eine kurz-zylindrisch ausgebildete, elektrisch nicht leitfähige Keramik 141 an, die in ihrem Außendurchmesser demjenigen des benachbarten Gehäuses 112'' entspricht und einen mit dem Gehäuse 112'' fluchtenden zentralen Schmelzekanal aufweist.
Wiederum an die elektrisch nicht leitfähige Keramik 141 schließt sich ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes, gut elektrisch leitendes Anschlussteil 130 an, welches in seinem Außendurchmesser dem Außendurchmesser der nicht leitfähigen Keramik 141 entspricht und ebenfalls einen Strömungskanal besitzt, der fluchtend mit dem Strömungskanal der elektrisch nicht leitfähigen Keramik 141 kommuniziert. Überdies ist nach vorne vorspringend ein Zapfen 131 mit einem Gewindeabschnitt 132 vorgesehen. Auf diesen Zapfen bzw. das Gewinde aufgeschraubt ist die aus einer elektrisch leitfähigen Keramik bestehenden Düsenspitze 128. Die Düsenspitze verjüngt sich nach vorne hin, also zur Angussbuchse 134 hin, und ist komplementär zum Ankoppelbereich der Angussbuchse ausgebildet. Beim nach-Vorne-Verfahren der Düsenspitze liegt diese vollflächig an der Angussbuchse 134 an. In der Düsenspitze ist wiederum ein (nunmehr sich verengender) Schmelzekanal ausgebildet, der mit dem Schmelzekanal des Anschlussteiles 130 fluchtend kommuniziert und zum Einbringen der Schmelze in den Schmelzekanal der Angussbuchse 134 dient. Im Bereich der Düsenspitze weist die elektrisch leitfähige Keramik 128 eine Position mit einer Einschnürung 133 auf, was zu einer Wandstärkenverminderung führt, wodurch es beim Durchfluss von Strom zu einer stärkeren Erwärmung in diesem Bereich kommt.
Die Stromversorgung der elektrisch leitfähigen Keramik 128 erfolgt zum einen über eine Leitung 140, die am Anschlussteil 130 angeschraubt ist, welche als Kontaktierung dient.
Auf der anderen Seite ist die Angussbuchse 134 mit der Stromversorgung verbunden, so dass ein Stromfluss – wie oben bereits beschrieben – nach einer Ankoppelung der Düsenspitze 128 über die Leitung 140, das Anschlussteil 130, die elektrisch leitfähige Keramik 128 und die Angussbuchse 134 erfolgen kann.
Die einzelnen Teile der in 2 dargestellten Thermoverschlussdüse sind miteinander verlötet, so dass eine sehr kompakte, nur aus wenigen Teilen aufgebaute Thermoverschlussdüse bereitgestellt werden kann. Dies wirkt sich nicht nur positiv auf die Kosten aus. Durch Entfall einer Verschlussnadel kann der Schmelzestrom auch zentral geführt werden, so dass evtl. Schmelze- bzw. Fließfrontmarkierungen in einem herzustellenden Produkt vermieden werden können.
Die keramischen Werkstoffe bieten dabei zudem noch eine höhere Verschleißfestigkeit als bisher verwendete Stoffe, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt. Ohne weiteres kann durch eine oben beschriebene direkte Heizung der Fließkanal verlängert werden, wodurch die Düse nicht nur robuster konstruiert werden kann, sondern sich auch noch mehr Anwendungsbereiche erschließen.

Claims

Thermoverschlussdüse für eine Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine oder eines Extruders, die insbesondere zur Ankopplung an ein Werkzeug oder eine Formschließeinrichtung dient, umfassend ein Gehäuse (12), welches an einer Seite an eine Plastifiziereinheit anschließbar ist und an einer anderen Seite eine mit dem Werkzeug oder der Formschließeinrichtung koppelbare Düsenspitze (28, 38) aufweist oder mit einer solchen verbunden ist, wobei ein Einlass (14) zur Aufnahme von Schmelze von einer Plastifiziereinheit vorgesehen ist, die Düsenspitze (28, 38) eine Ausgangsöffnung aufweist und eine Strömungsverbindung (16) zwischen dem Einlass (14) und der Ausgangsöffnung vorgesehen ist, und wobei zumindest der Bereich der Düsenspitze (28) wenigstens teilweise beheizbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Düsenspitze (28) eine eine Widerstandsheizung bildende elektrisch leitfähige Keramik aufweist, welche durch Anlegen einer elektrischen Spannung beheizbar ist.
Thermoverschlussdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der elektrisch leitfähigen Keramik an einer Position geringer ausgebildet ist, wodurch an diesem Punkt eine erhöhte Temperatur erreichbar ist.
Thermoverschlussdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche zwischen der Düsenspitze und einer Angussbuchse groß ausgeführt ist, derart dass eine schnelle Abkühlung der vordersten Düsenspitze möglich ist.
Thermoverschlussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderste Spitze der Düsenspitze (38) aus einem schlecht wärme leitenden Werkstoff besteht.
Thermoverschlussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zonen mit einer elektrisch leitfähigen Keramik vorgesehen sind, um auf diese Weise mehrere Heizzonen auszubilden.
Thermoverschlussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teil der Düsenspitze (28), in dem die elektrisch leitfähige Keramik vorgesehen ist, ein Strömungskanal ausgebildet ist, der einen Teil der Strömungsverbindung (16) bildet, so dass die Schmelze die elektrisch leitfähige Keramik durchfließt oder an ihr vorbeifließt.
Thermoverschlussdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Keramik unmittelbar mit der Schmelze in Kontakt kommt.
Thermoverschlussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (28, 38) mit der elektrisch leitfähigen Keramik als separates Teil (26) ausgebildet ist.
Thermoverschlussdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiges Keramikrohr auf das Gehäuse (12) aufsteckbar ist.
Thermoverschlussdüse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Teil (26) zu einem Teil aus der elektrisch leitfähigen Keramik und zum Teil aus einem elektrisch nicht leitenden Teil, insbesondere einer elektrisch nicht leitenden Keramik besteht.
Thermoverschlussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein gut elektrisch-leitender Kontaktring (30), insbesondere zumindest ein Kupferring, zur Stromzu- oder -abfuhr um die elektrisch leitfähige Keramik angeordnet ist.
Thermoverschlussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ankoppelteil (34), insbesondere in einem Werkzeug oder einer Aufspannplatte, vorgesehen ist, das zum Ankoppeln der Düsenspitze (28, 38) ausgebildet ist, dass die elektrisch leitfähige Keramik über eine erste elektrische Verbindung mit einer Stromversorgung verbunden oder verbindbar ist, dass das Ankoppelteil (34) über eine zweite elektrische Verbindung mit der Stromversorgung verbunden oder verbindbar ist und dass die Düsenspitze (28, 38), und das Ankoppelteil (34) derart ausgebildet sind, dass bei Anlage von der Düsenspitze (28, 38) an dem Ankoppelteil (34) ein elektrischer Stromfluss zwischen den beiden elektrischen Verbindungen über die Düsenspitze (28, 38) und über das Ankoppelteil (34) besteht, wodurch die elektrisch leitfähige Keramik beheizbar ist.
Thermoverschlussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Keramik unmittelbar über zwei elektrische Anschlüsse mit einer Stromzufuhr verbunden oder verbindbar ist.
Thermoverschlussdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlussnadel vorgesehen ist, die einen Teil eines elektrischen Anschlusses bildet.
Thermoverschlussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche die Stromversorgung für die elektrisch leitfähige Keramik steuert.
Verfahren zum Beheizen einer Düsenspitze einer Thermoverschlussdüse nach einem vorhergehenden Anspruch 1 bis 15, bei dem eine elektrische Verbindung zu einer Stromversorgung sowohl zur elektrisch leitfähigen Keramik wie auch zum Ankoppelelement besteht und kontinuierlich aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss durch das An- und Abkoppeln der Düsenspitze von dem Ankoppelteil gesteuert wird.
Verfahren zum Beheizen einer Düsenspitze einer Thermoverschlussdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, bei dem eine elektrische Verbindung zu einer Stromversorgung durch zwei unmittelbare Anschlüsse an der elektrisch leitfähigen Keramik vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Schmelze-Austragsvorgang aus der Düsenspitze diese durch Anlegen einer Spannung an die elektrisch leitfähige Keramik beheizt wird und die Spannung zumindest über eine bestimmte Zeitdauer während des Austragsvorgangs angelegt bleibt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung vor der Beendigung oder nach der Beendigung des Austragsvorgangs durch Unterbrechen des Stromflusses beendet wird, wobei die Düsenspitze noch an das Ankoppelteil angekoppelt ist.