DE102009021794A1 - Anordnung zum Ausgleich der Wärmedehnung in Heißkanal-Verteileranordnungen von Schmelzeleitsystemen in Spritzgießwerkzeugen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ausgleich der Wärmedehnung von Heißkanal-Verteileranordnungen bei Schmelzeleitsystemen von Spritzgießwerkzeugen insbesondere für plastische Kunststoffe oder Kautschuk. Bei solchen Werkzeugen treten zwischen Schmelze, Verteileranordnung und Werkzeug große Temperaturunterschiede auf, die zu einem Versatz zwischen den Komponenten der Heißkanal-Verteileranordnung führen. Dadurch wird der glatte Fluss der Schmelze gestört. Es wird vorgeschlagen, zwischen den einzelnen Komponenten von Heißkanal-Verteileranordnungen gelenkige Verbindungselemente vorzusehen, die einen auftretenden Versatz kompensieren. Durch eine besondere Gestaltung der Elemente und/oder eine besondere Lagerung der Verteilerbalken im Werkzeug wird ein glatter Fluss der Schmelze gewährleistet, wodurch die Qualität der Spritzgießteile gesteigert und Prozesssicherheit für die Spritzgießfertigung verbessert werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ausgleich der Wärmedehnung in Heißkanal-Verteileranordnungen von Schmelzeleitsystemen in Spritzgießwerkzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Werkzeugs, wie es bspw für das Spritzgießen von Kunststoffteilen verwendet wird. Das Werkzeug besteht auf der Düsenseite aus einer Spannplatte2 , einer Zwischenplatte3 und einem Formeinsatz5 , der von einer Kavitätenplatte4 gehalten wird. Auf der Auswerferseite weist das Werkzeug entsprechend einen Kerneinsatz7 , eine Zwischenplatte8 und eine Spannplatte9 auf. Das Werkzeug wird über die Werkzeugzentrierflansche1 und10 exakt in der Schließeinheit der Spritzgießmaschine positioniert. In dieses Werkzeug wird über die Angussbuchse21 unter Druck die Schmelze in eine Heißkanal-Verteileranordnung eingeleitet. Die Verteileranordnung kann, in Abhängigkeit der zu verarbeitenden Schmelze, beheizt oder temperiert sein, um die Schmelze fließfähig zu halten. Die Gestaltung der Verteileranordnung ist abhängig von der Form des zu spritzenden Kunststoffteils und besteht im einfachsten Fall aus nur einem Verteilerbalken13 . Die Verteileranordnung verteilt die Schmelze auf die im Werkzeug angeordneten Düsen11 , über die die Schmelze in die durch Formeinsatz5 und Kerneinsatz7 gebildete Kavität6 für das herzustellende Formteil eingespritzt wird. Nach Erkalten der Schmelze wird die Auswerferseite abgehoben und das Kunststoffteil entnommen oder ausgeworfen. Bei Spritzgießwerkzeugen der erläuterten Art treten im Betrieb zwischen der Verteileranordnung mit der im Fließkanal18 fließenden Schmelze und dem restlichen Werkzeug große Temperaturdifferenzen auf, so dass Vorkehrungen getroffen werden müssen, dass die Verteileranordnung gegenüber dem restlichen Werkzeug expandieren kann. Andererseits muss sicher gestellt werden, dass, an der Übergabestelle von Verteiler13 und den Düsen11 , aufgrund der Temperaturdifferenzen zwischen Werkzeug und Heißkanal, kein Versatz im Übergang des Fließkanals18 in den Fließkanal19 auftritt. Denn dann treten „fließtote Zonen” oder „toten Ecken” auf, die zur Schmelzestagnation führen und fehlerhafte Spritzteile zur Folge haben. Bekannte Lösungen für die aufgezeigte Problemstellung sind in den2 bis6 erläutert:
2 zeigt ein sog. ”geschraubtes System”. Bei diesem System ist die Düse11 durch Verschraubung fest mit dem Heißkanal-Verteilerbalken13 verbunden. Durch diese Maßnahme wird ein Versatz zwischen dem Fließkanal18 der Verteileranordnung und dem Fließkanal19 der Düse11 vermieden. Der Verteilerbalken13 ist im Werkzeug nur unterhalb der Angussbuchse21 durch eine Mittenzentrierung14 fixiert. Die freie Ausdehnbarkeit des Verteilerbalkens13 am anderen Ende wird durch obere und untere Stützscheiben17 ,24 gewährleistet, an denen der Verteilerbalken13 im Werkzeug gleiten kann. Eine Wärmedehnung, dh Expansion des Verteilerbalkens13 um einen Betrag27 an der Übergabestelle wird über die Biegung oder Schrägstellung28 der am Düsenanschnitt23 gehaltenen Düse11 kompensiert. Naturgemäß ist eine Biegung nur bis zu einem Wert zulässig, bei dem keine bleibende Verformung oder eine Undichtigkeit zu befürchten ist. Diese maximale Biegung wird über das zulässige Längenverhältnis zwischen der Entfernung25 der Düse11 von der Zentrierung14 des Verteilerbalkens13 zu der Länge26 der Düse definiert. In Fällen, wo dieses Verhältnis überschritten wird, ist man gezwungen, auf andere Lösungen auszuweichen. - Die
3 und4 zeigen eine weitere bekannte Anordnung, die in der Fachwelt als ”geflanschtes System” bezeichnet wird. Bei dieser Anordnung sind die Düsen11 durch einen Flansch12 fest im Werkzeug angeflanscht. Der Flansch12 ist so gestaltet, dass der Verteilerbalken13 über den Flansch gleiten kann. Der Verteilerbalken13 ist nur in der Nähe der Angussbuchse21 durch eine Mittenzentrierung14 fest im Werkzeug fixiert. Ansonsten wird er durch einen Längszentrierstift16 in einer Längszentriernut15 geführt und kann bei Erwärmung in der durch die Längszentriernut15 vordefinierte Richtung expandieren. Eine Stützscheibe17 gewährleistet, dass der Verteilerbalken13 dichtend an der Düse11 anliegt. Diese Abdichtung kann ebenso über eine Schraubenverbindung zwischen Düse11 und Verteiler13 oder als Kombination der beiden Varianten hergestellt werden. Bei der vordefinierten Solltemperatur und bei korrekter Kalkulation der Wärmedehnung liegt die Austrittsbohrung des Fließkanals18 des Verteilerbalkens13 exakt über dem Fließkanal19 der Düse11 . Diese Annahme gilt aber nur für den Fall, dass die Temperatur des Verteilerbalkens13 und die Werkzeugtemperatur eine vordefinierte Temperaturdifferenz ΔT aufweisen. Andernfalls kommt es, wie in4 gezeigt, zwischen dem Fließkanal18 des Verteilerbalkens13 und dem Fließkanal19 der Düse11 zu einem Versatz20 (vgl vergrößerte Darstellung Z). Für Verteilanordnungen mit größeren Abmessungen bzw größere Spritzgießteile ist diese Lösung daher ebenfalls nicht geeignet. -
5 zeigt eine Heißkanal-Verteileranordnung, wie sie für Spritzgießwerkzeuge mit größeren Abmessungen üblich ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird der Verteilerbalken in zwei oder mehrere schwimmend gelagerte Abschnitte unterteilt. Die Heißkanal-Verteileranordnung besteht im gezeigten Fall aus einem Brückenverteiler29 und einem Unterverteiler30 . Die beiden Verteilerelemente liegen flach aufeinander oder nebeneinander. Um eine Wärmedehnung zuzulassen, wird der Brückenverteiler29 nur an der Angussbuchse durch eine Mittenzentrierung14 im Werkzeug fixiert und seine Ausdehnungsrichtung durch eine Längszentrierung15 ,16 definiert. Der in Fließrichtung folgende, also die Schmelze übernehmende Unterverteiler30 ist an oder in unmittelbarer Nähe der Übergabestelle34 durch eine weitere Mittenzentrierung14' fixiert. Der Brückenverteiler29 kann sich an der Übergabestelle34 in Expansionsrichtung über den in Fließrichtung folgenden Unterverteiler30 schieben und so expandieren. Die Problematik besteht hier ebenso wie bei der in3 und4 gezeigten Anordnung darin, dass die Fließkanäle auch an der Übergabestelle34 zwischen den Verteilerbalken29 ,30 nur bei einer bestimmten Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Temperatur des Schmelzeleitsystems und der Formtemperatur des Spritzgießwerkzeugs fluchten. Weicht ΔT von den vordefinierten und kalkulierten Werten ab, fluchten die aufeinander treffenden Fließkanäle nicht mehr und es entsteht, obwohl der Versatz zwischen Düse11 und Unterverteiler30 durch Verwendung einer geschraubten Düse verhindert wird, ein weiterer Versatz zwischen dem Unterverteiler30 und dem Brückenverteiler29 . - Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Ausgleich der Wärmedehnung von Heißkanal-Verteileranordnungen bei Schmelzeleitsystemen von Spritzgießwerkzeugen zu schaffen, bei der die durch thermische Expansion auftretende Versätze von Fließkanälen so kompensiert sind, dass keine fließtoten Zonen oder toten Ecken auftreten, die den glatten Fluss der Schmelze behindern und zur Schmelzestagnation führen.
- Diese Aufgabe wird durch die Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Konkrete Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.
- Mit der vorgeschlagenen Anordnung wird gegenüber herkömmlichen Anordnungen der Vorteil erzielt, dass die im Spritzgießverfahren gefertigten Teile, durch die Vermeidung von Schmelzestagnation in fließtoten Zonen, eine höhere Qualität aufweisen, die Prozesssicherheit in der Spritzgießfertigung wesentlich verbessert wird und die Wartungsintervalle für das Schmelzeleitsystem verlängert werden.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der
6 bis10 erläutert:
6 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2, bei der das Verbindungselement als exzentrische Buchse38 ausgebildet ist. Der Verteilerbalken13 ist wie üblich in Höhe der Angussbuchse21 durch eine Mittenzentrierung14 im Werkzeug fixiert und im übrigen bei Raumtemperatur mit etwas Spiel im Werkzeug gelagert. Die Düse11 ist über einen Flansch12 ebenfalls im Werkzeug fixiert. Wenn der Verteilerbalken13 durch Aufheizen expandiert, tritt an der Übergabestelle zwischen dem Fließkanal18 des Verteilerbalkens13 und dem Fließkanal19 der Düse11 ein Versatz20 auf, oder der bei Raumtemperatur vorhandene Versatz wird nicht komplett ausgeglichen. Damit durch einen solchen Versatz keine fließtote Zone und damit eine Schmelzestagnation auftreten kann, wird an der Übergabestelle erfindungsgemäß ein Verbindungselement in Form einer Buchse38 mit zwei exzentrischen Ansätzen vorgesehen. Die exzentrische Buchse38 ist in zylindrischen Ausnehmungen von Verteilerbalken13 und Düse11 drehbar gelagert. Bei einem durch unterschiedliche Wärmedehnung hervorgerufenem Versatz kann sich die Buchse38 aufgrund ihrer Exzentrizität entsprechend drehen und auf diese Weise den Versatz kompensieren. Da der Fließkanal18 in der Buchse38 im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie im Verteilerbalken13 und in der Düse11 aufweist, wird der Schmelzefluss nur etwas abgelenkt. Es ist natürlich auch denkbar, die exzentrische Buchse38 an der Angussbuchse21 vorzusehen und den Verteilerbalken13 auf der Höhe der Düse11 zu fixieren. Bei großen Werkzeugen mit langen Verteilerbalken ist auch das Vorsehen von zwei exzentrischen Buchsen38 an beiden Übergabestellen34 denkbar. Sofern eine Fixierung vorgenommen wird, sollte diese dann im Mittenbereich des Verteilerbalkens erfolgen. - Die
7 zeigt die Ausbildung an der Übergabestelle34 zwischen den Verteilerbalken29 und30 , bspw einem Brückenverteiler und einem Unterverteiler im Detail. Durch die in beiden Verteilerbalken drehbar gelagerte exzentrische Buchse38 wird der Fließkanal18 ohne wesentliche Querschnittsverringerung stufenlos weitergeführt.7a zeigt ein Ausführungsbeispiel der exzentrischen Buchse38 im Detail. Ihre beiden zylindrischen Ansätze weisen Drehachsen40 ,41 auf, die um einen Versatz39 versetzt sind. Die Größe dieses Versatzes hängt von den auftretenden Temperaturdifferenzen und von den Abmessungen der Verteilerbalken13 ,29 ,30 ab. Die exzentrische Buchse38 kann so ausgebildet sein, dass sie in der Mitte zwischen den beiden Verteilerbalken29 ,30 eine Stufe33 aufweist, die die beiden Verteilerbalken auf Abstand hält. Hierdurch wird sowohl der Wärmeübergang zwischen den Verteilerbalken reduziert als auch ein Kippen der Buchse verhindert, was zu Undichtigkeit führen könnte. Die exzentrische Buchse38 kann an den exzentrischen Ansätzen, mit denen sie in den zylindrischen Ausnehmungen der Verteilerbalken13 ,29 ,30 oder Düsen11 gelagert ist, mit Dichtungen42 , bspw mit einem O-Ring, versehen sein, um so eine zusätzliche Sicherheit gegen ein Austreten der Schmelze an der Übergabestelle34 zwischen der Buchse38 und den Verteilerbalken29 ,30 zu erzielen. -
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß Anspruch 3, bei dem das Verbindungselement als Zentrierhülse36 ausgebildet ist, in deren Mitte der Fließkanal18 gerade ausgebildet ist. Eine solche Ausführung ist bei ausgedehnten Heißkanal-Verteileranordnungen einsetzbar, bei denen die Verteilerbalken29 ,30 bspw als Brücken- und Unterverteiler winklig zueinander angeordnet sind. Voraussetzung für den Einsatz einer solchen Zentrierhülse36 ist aber, dass anstatt der üblichen, in5 gezeigten Fixierung der Verteilerbalken29 ,30 an der Übergabestelle34 die Fixierung der Verteilerbalken29 ,30 an den Stellen vorgenommen wird, die an der der Übergabestelle34 entgegengesetzten Stelle des Fließkanals18 bzw.18' liegen. Im gezeigten Beispiel ist der Verteilerbalken30 lediglich über die fest mit dem Verteiler30 verschraubte Düse11 im Werkzeug fixiert und kann um diesen Punkt geringfügig drehen. Der andere Verteilerbalken29 ist gleichfalls nur an der der Übergabestelle gegenüber liegenden Stelle durch eine Mittenzentrierung14 in Höhe der Angussbuchse21 fixiert. Ein Auftreten von Wärmedehnung in einem oder beiden Verteilerbalken29 ,30 hat deshalb nur zur Folge, dass sich die Verteilerbalken in Richtung auf die Übergabestelle34 ausdehnen können, was lediglich zu einer geringfügigen Änderung des Winkels22 zwischen den Verteilerbalken29 ,30 führt, welche durch die im übrigen schwimmende Lagerung zugelassen wird. Ein unerwünschter Versatz39 im Fließkanal18 wird auch bei dieser Ausführungsform wirksam vermieden. Die Zentrierhülse36 kann, wie zur exzentrische Buchse38 in7a erläutert, auch mit einer Stufe33 und/oder mit Dichtungen42 versehen sein. -
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung nach Anspruch 3, bei dem das Verbindungselement ebenfalls als Zentrierhülse36 ausgebildet ist. Im Unterschied zu der in8 gezeigten Ausführung ist die Düse11 nicht als Drehpunkt für den Verteilerbalken30 ausgeführt. Deshalb ist aus den erläuterten Gründen eine Fixierung des Verteilerbalkens30 durch eine Mittenzentrierung14 möglichst nahe an der Düse vorzunehmen. Dadurch erfolgt die Kompensation der Wärmedehnung in der gleichen Weise wie zu8 erläutert, wobei die eingeschraubte Düse11 minimal auf Biegung beansprucht wird. -
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß Anspruch 7. Dort ist das Verbindungselement als massiver zylindrischer Ansatz35 an dem Verteilerbalken30 ausgebildet, der in einer entsprechenden zylindrischen Ausnehmung37 im Verteilerbalken29 drehbar gelagert ist. Im Übrigen erfolgt die Fixierung der Verteilerbalken29 ,30 und der Ausgleich der Wärmeausdehnung in der zu8 erläuterten Weise. Auch bei dieser Ausführungsform kann zur Verringerung des Wärme- und Reibungskontakts eine Stufe33 an den zylindrischen Ansatz angeformt sein oder eine Dichtung42 in dem zylindrischen Ansatz oder der Ausnehmung vorgesehen werden.
Claims (10)
- Anordnung zum Ausgleich der Wärmedehnung in Heißkanal-Verteileranordnungen von Schmelzeleitsystemen in Spritzgießwerkzeugen, bei denen die Schmelze von einem Eintrittspunkt über die Verteileranordnung, bestehend aus einem (
13 ) oder mehreren Verteilerbalken (29 ,30 ) mit Fließkanälen (18 ,19 ) von einer oder mehreren Düsen (11 ) in die Kavität des Spritzgießwerkzeugs eingespritzt wird, wobei die Verteilerbalken (13 ,29 ,30 ) der Verteileranordnung jeweils derart im Werkzeug gelagert sind, dass sie an höchstens einer Stelle fixiert sind und im Übrigen in Richtung ihres Fließkanals (18 ,19 ) expandieren können, dadurch gekennzeichnet dass zur Gewährleistung eines glatten Flusses der Schmelze an der Übergabestelle (34 ) zwischen Verteilerbalken (13 ) und Düse (11 ) und/oder an den Übergabestellen zwischen den mehreren Verteilerbalken (29 ,30 ) ein gelenkiges Verbindungselement (38 ,36 ,35 ) angeordnet ist, das einen durch Wärmedehnung bedingten Versatz der Fließkanäle (18 ,19 ) selbsttätig ausgleicht. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement die Form einer Buchse (
38 ) mit zwei zueinander exzentrischen Ansätzen hat, deren Drehachsen (40 ,41 ) einen Versatz (39 ) aufweisen, zwischen den exzentrischen Ansätzen der Fließkanal in der Buchse (38 ) stetig weitergeführt ist, und die exzentrischen Ansätze jeweils drehbar in zylindrischen Ausnehmungen von Verteilerbalken (13 ) und Düse (11 ) und/oder den Verteilerbalken (29 ,30 ) geführt sind, so dass die Buchse (38 ) durch Drehen die Stellung einnehmen kann, die dem durch die Wärmedehnung hervorgerufenen Versatz (39 ) entspricht. - Anordnung nach Anspruch 1, mit mindestens zwei zueinander winklig angeordneten Verteilerbalken (
29 ,30 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als Zentrierhülse (36 ) ausgebildet ist, die jeweils frei drehbar in zylindrischen Ausnehmungen von Düse (11 ) und/oder Verteilerbalken (13 ,29 ,30 ) gelagert ist, wobei die Zentrierhülse (36 ) bei Wärmedehnung der Verteilerbalken (29 ,30 ) eine Änderung des Winkels (22 ) der Verteilerbalken (29 ,30 ) zueinander zulässt, um den Versatz (39 ) der Fließkanäle (18 ) auszugleichen. - Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement in Form einer Buchse (
38 ) oder einer Zentrierhülse (36 ) eine Stufe (33 ) aufweist, die einerseits die Kontaktflächen zwischen Verteilerbalken (13 ) und Düse (11 ) und/oder zwischen den mehreren Verteilerbalken (29 ,30 ) reduziert, damit der Wärmekontakt minimiert ist und eine sauber voneinander getrennte Temperaturregelung der Verteilerbalken (29 ,30 ) ermöglicht wird. Andererseits verhindert die Stufe (33 ) ein Kippen der Buchse (38 ) mit der daraus entstehenden Gefahr der Undichtigkeit. - Anordnung nach Anspruch einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement in Form einer Buchse (
38 ) oder einer Zentrierhülse (36 ) an beiden Stirnflächen Ausnehmungen aufweist, in denen jeweils ein Dichtung (42 ) angeordnet ist, um das Austreten von Schmelze an der Übergabestelle (34 ) zu verhindern. - Anordnung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement aus gehärtetem Stahl gefertigt ist.
- Anordnung nach Anspruch 1, mit mindestens zwei zueinander winklig angeordneten Verteilerbalken (
29 ,30 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als zylindrischer Ansatz (35 ) an einem der Verteilerbalken (29 ,30 ) ausgebildet ist, der in einer zylindrischen Ausnehmung (37 ) des anderen Verteilerbalkens geführt ist. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Verteilerbalken (
13 ,29 ,30 ) an den Enden der Fließkanäle (18 ,19 ) im Werkzeug fixiert sind, die den Verbindungselementen (38 ,36 ,35 ) gegenüber liegen. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerbalken (
13 ,29 ,30 ) an ihrem nicht fixierten Ende durch mindestens eine obere und untere Stützscheibe (17 ,24 ) mit so geringem Spiel im Werkzeug gehalten sind, dass einerseits eine Wärmedehnung in Richtung ihres Fließkanals zugelassen wird und andererseits der Fließkanal im Bereich der Übergabestelle (34 ) ausreichend dicht ist. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerbalken (
13 ,29 ,30 ) an ihren nicht fixierten Enden, an Stelle der beiden Stützscheiben (17 ,24 ) oder in Kombination mit ihnen, durch direkte oder indirekte Verschraubung miteinander verbunden werden, die die Verteilerbalken (13 ,29 ,30 ) so stark aneinander ziehen, dass die Übergabestelle (34 ) zwar ausreichend dicht ist, jedoch so viel Spiel aufweist, dass ein Verdrehen der Verteilerbalken (13 ,29 ,30 ) zugelassen wird.
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