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Die vorliegende Erfindung betrifft eine demontierbare Heizer-Thermoelement-Anordnung für eine Heißkanaldüse sowie eine demontierbare Anordnung aus einer Heizer-Thermoelement-Anordnung und einer Hülse zur Montage an einer verschließbaren Heißkanaldüse.
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Bislang werden wenigstens teilweise in Heißkanaldüsen integrierte Heizer-Thermoelement-Anordnungen zum Temperieren von Heißkanaldüsen an Spritzgießmaschinen eingesetzt. Bei der Serienfertigung sind möglichst gleichförmige Spritzgussteile erwünscht. Temperaturschwankungen der Schmelze können zu größeren Maßtoleranzen unter den Spritzgussteilen führen.
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Beispielsweise sind aus den Patentdokumenten US 2005 / 0 225 000 A1,
DE 600 37 449 T2 ,
DE 20 2004 011 515 U1 und
US 5 051 086 A verschiedene Heizer-Thermoelement-Anordnungen bekannt, bei denen wenigstens ein Thermoelement und/ oder ein Heizelement unmittelbar an der Heißkanaldüse angeordnet sind und nur aufwändig oder sogar erst nach einer Demontage der Heißkanaldüse aus der Spritzgießmaschine von dieser abmontiert und beispielsweise ausgetauscht werden können.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Temperaturschwankungen der Schmelze zu verringern und die Demontage und Montage von hierzu eingesetzten Heizer-Thermoelement-Anordnungen bzw. Anordnungen mit einer Heizer-Thermoelement-Anordnung und einer Hülse an Heißkanaldüsen zu verbessern.
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Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer erfindungsgemäßen Heizer-Thermoelement-Anordnung zur Montage an einer Heißkanaldüse weist die Heißkanaldüse eine Verschlussnadel auf, welche zum Öffnen und Schließen der Heißkanaldüse dient. Die Heißkanaldüse weist einen vorderen Endbereich und einen Düsenträgerring auf. Die Heizer-Thermoelement-Anordnung weist einen langgestreckten, insbesondere zylindrischen Heizerkörper mit einem wärmeleitenden Werkstoff auf. Der Heizerkörper weist einen Innendurchmesser auf, mit dem die Heizer-Thermoelement-Anordnung um den Außendurchmesser einer Heißkanaldüse montiert wird. Ferner weist der Heizerkörper eine Länge, eine Längsachse A, eine Innenfläche, eine Außenfläche und eine Wandstärke auf.
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Der Heizerkörper weist einen wenigstens einen ersten Heizabschnitt auf, der im Betrieb benachbart zum vorderen Endbereich der Heißkanaldüse angeordnet ist. Der Heizerkörper weist wenigstens einen zweiten Heizabschnitt auf, der im Betrieb benachbart zu dem Düsenträgerring der Heißkanaldüse angeordnet ist. Der Heizerkörper weist einen, insbesondere abschnittsweise ringförmigen, Distanzabschnitt mit einer Wandung auf. Der Distanzabschnitt ist zwischen den ersten und zweiten Heizabschnitten angeordnet. Der Distanzabschnitt weist wenigstens eine erste wärmeleitende Querschnittsfläche AD auf, die senkrecht zur Längsachse A angeordnet ist. Wenigstens einer dieser Heizabschnitte weist wenigstens eine zweite wärmeleitende Querschnittsfläche AH auf, die senkrecht zur Längsachse A angeordnet ist. Die Größe der ersten und zweiten Querschnittsfläche weisen zueinander ein Verhältnis Q = AD/AH auf, welches kleiner als 0,9 ist.
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Der Heizerkörper weist einen in der Außenfläche des Heizerkörpers angeordneten Kanal auf, welcher gewunden um den Heizerkörper verläuft. Der Kanal weist eine Bodenfläche und zwei Seitenwände auf. Der Kanal umgibt den Heizerkörper in Umfangsrichtung wenigstens einmal vollständig.
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Die Heizer-Thermoelement-Anordnung weist ein elektrisches Heizelement mit einem Heizdraht auf, welcher in einem Heizergehäuse angeordnet ist. Das Heizergehäuse ist zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet und steht in einem unmittelbaren Kontakt mit der Bodenfläche und mit zumindest einer der beiden Seitenwände, um die vom Heizelelement erzeugte Wärme auf die Heißkanaldüse zu übertragen durch den Kontakt zwischen der Innenfläche des Heizerkörpers und der Außenfläche der Heißkanaldüse.
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Die Heizer-Thermoelement-Anordnung weist wenigstens ein Thermoelement mit einem Temperaturerfassungsabschnitt auf. Der Temperaturerfassungsabschnitt des Thermoelements ist so angeordnet, dass damit die Temperatur im vorderen Endbereich der Heißkanaldüse erfassbar ist.
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Der Heizerkörper der erfindungsgemäßen demontierbaren Heizer-Thermoelement-Anordnung wird mit seinem Innendurchmesser um den Außendurchmesser einer üblicherweise langgestreckten, insbesondere zylinderförmigen Heißkanaldüse montiert. Bevorzugt temperiert eine Heizer-Thermoelement-Anordnung eine Heißkanaldüse im Wesentlichen auf ihrer gesamten Länge oder auf einem Teil ihrer Längserstreckung, insbesondere um die in der Heißkanaldüse geführte Schmelze fließfähig zu halten. Dabei ist insbesondere eine ausreichende Temperierung des vorderen Endbereiches der Heißkanaldüse von Bedeutung. Zum einen wirkt sich die Temperatur der in die Kavität eingespritzten Schmelze unmittelbar auf die Qualität des hergestellten Werkstücks aus. Zum anderen ist das vordere Ende der Heißkanaldüse, insbesondere die Düsenspitze in unmittelbarer Nähe zur Gießform angeordnet, wodurch Wärmeenergie von der Heißkanaldüse insbesondere zur Gießform hin abfließt. Der langgestreckte Heizerkörper ist zum Bereitstellen einer guten Wärmeübertragung aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt. Geeignete Materialien sind dabei Kupfer oder Aluminium sowie Legierungen mit zumindest einem Anteil dieser Metalle.
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Weiter ist zu beachten, dass die Schmelze entlang der Heißkanaldüse nicht lokal überhitzt wird. Wenn die Schmelze entlang der Heißkanaldüse lokal überhitzt wird, dann kann die Schmelze Schaden nehmen, was sich nachteilig auf die Qualität bzw. Maßhaltigkeit der Spritzgussteile auswirken kann. Insbesondere im mittleren Abschnitt des Heizerkörpers sind bei gleichmäßiger Zufuhr von Wärmeleistung entlang der Längsachse des Heizerkörpers lokalen Temperaturmaxima beobachtet worden. Wenn die erste wärmeleitende Querschnittfläche des Distanzabschnitts gegenüber der zweiten wärmeleitenden Querschnittfläche eines der Heizabschnitte verringert ist, dann bietet der Distanzabschnitt einen höheren thermischen Widerstand, welcher einer Zufuhr von Wärmeenergie aus einem oder beiden Heizabschnitten entgegen wirken kann. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Heizerkörpers kann lokalen Temperaturmaxima insbesondere im, insbesondere mittig angeordneten, Distanzabschnitt, entgegengewirkt werden. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung kann ein gleichmäßigerer Temperaturverlauf entlang der Längsachse des Heizerkörpers bzw. der Heißkanaldüse erreicht werden. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung kann einer lokalen Überhitzung der Schmelze im Heizerkörper bzw. in der Heißkanaldüse entgegengewirkt werden. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung kann einer Schädigung der Schmelze durch Überhitzung begegnet werden. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung kann eine höhere Maßhaltigkeit der Spritzgussteile erreicht werden. So wird die zugrundeliegende Aufgabe gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Heizelement im Distanzabschnitt mit größerer Steigung um den Heizerkörper gewickelt, als im ersten und/oder zweiten Heizabschnitt. So kann dem Heizerkörper in einem oder beiden Heizabschnitte ein größerer Wärmestrom zugeführt werden, als im Distanzabschnitt. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der Ausbildung eines lokalen Temperaturmaximums im Distanzabschnitt begegnet werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einer lokalen Überhitzung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Thermoelement durch fluchtende Kanäle, insbesondere Bohrungen, in den Heizabschnitten geführt. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Montage des Thermoelements vereinfacht ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Positionierung des Thermoelements im Heizerkörper, insbesondere im Betrieb, verbessert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der wenigstens eine Distanzabschnitt insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet und weist einen Distanzinnendurchmesser rD auf. Wenigstens einer der Heizabschnitte ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist einen Heizinnendurchmesser rH auf. Die Größe dieser Innendurchmesser weisen zueinander ein Verhältnis Qs = rH/rD auf, welches kleiner als 0,8 ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der thermische Widerstand des Distanzabschnitts entlang der Längsachse des Heizerkörpers bzw. der Heizer-Thermoelement-Anordnung erhöht ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einem Wärmestrom aus einem der Heizabschnitt in Richtung des Distanzabschnitts entgegengewirkt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einer Überhitzung der Schmelze insbesondere im insbesondere mittig angeordneten Distanzabschnitt entgegengewirkt werden kann.
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Vorzugsweise weist der Distanzabschnitt wenigstens einen insbesondere ringförmigen Hohlraum auf, welcher sich um den Heizerkörper erstreckt. Vorzugsweise ist dieser Hohlraum mit einem Isolierstoff gefüllt. Dieser Isolierstoff ist ausgestaltet, einem Wärmestrom in den Heizerkörper im Distanzabschnitt entgegenzuwirken, insbesondere als thermischer Widerstand. Vorzugsweise ist der Isolierstoff aus der folgenden Gruppe ausgewählt, welche ein Gas, ein Gasgemisch, Luft, ein Pulver mit geringer Wärmeleitfähigkeit, einen insbesondere ringförmigen Festkörper, eine Keramik, ein insbesondere gefülltes Duroplast beinhaltet. Alternativ ist der wenigstens eine Hohlraum evakuiert. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem Wärmestrom in den Heizerkörper im Distanzabschnitt entgegengewirkt werden kann.
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Vorzugsweise sind fluchtende Kanäle, insbesondere Bohrungen, in den verschiedenen Heizabschnitten angeordnet, insbesondere zur Aufnahme eines Thermoelements. Vorzugsweise ist der Distanzinnendurchmesser so bemessen, dass der Hohlraum die fluchtenden Kanäle unterbricht. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Herstellung der fluchtenden Kanäle vereinfacht ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Verschlussnadel mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei oder mehreren, insbesondere zylindrischen Führungselementen innerhalb der Heißkanaldüse geführt ist. Vorzugsweise sind die Führungselemente mit einem Werkstoff ausgebildet, welcher einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Führung der Verschlussnadel innerhalb der Heißkanaldüse insbesondere bei veränderlichen Temperaturen der Schmelze bzw. der Heißkanaldüse verbessert ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass insbesondere bei veränderlichen Temperaturen der Schmelze bzw. der Heißkanaldüse einem Klemmen der Verschlussnadel begegnet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der wenigstens eine Distanzabschnitt wenigstens eine oder mehrere, die erste wärmeleitende Querschnittsfläche verringernde, Ausnehmung aufweist. Vorzugsweise sind mehrere dieser Ausnehmungen entlang eines Umfangs des Distanzabschnitts angeordnet. Vorzugsweise sind eine oder mehrere dieser Ausnehmungen als Sackloch, als Nut, als Einschnitt ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der thermische Widerstand des Distanzabschnitts entlang der Längsachse des Heizerkörpers bzw. der Heizer-Thermoelement-Anordnung erhöht ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einem Wärmestrom aus einem der Heizabschnitt in Richtung des Distanzabschnitts entgegengewirkt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einer Überhitzung der Schmelze insbesondere im insbesondere mittig angeordneten Distanzabschnitts entgegengewirkt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der wenigstens eine Distanzabschnitt bezüglich der Längsachse A wenigstens eine Ausnehmung aufweist, welche sich wenigstens teilweise durch die Wandung hindurch erstreckt. Vorzugsweise sind mehrere dieser Ausnehmungen entlang eines Umfangs des Distanzabschnitts angeordnet. Vorzugsweise sind eine oder mehrere dieser Ausnehmungen als Durchgangsloch, als sich durch die Wandung erstreckender Einschnitt ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der thermische Widerstand des Distanzabschnitts entlang der Längsachse des Heizerkörpers bzw. der Heizer-Thermoelement-Anordnung erhöht ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einem Wärmestrom aus einem der Heizabschnitt in Richtung des Distanzabschnitts entgegengewirkt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einer Überhitzung der Schmelze insbesondere im insbesondere mittig angeordneten Distanzabschnitts entgegengewirkt werden kann.
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Vorzugsweise ist das Thermoelement durch eine dieser Ausnehmungen, besonders bevorzugt bis in bzw. durch einen der Heizabschnitte, geführt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Montage des Thermoelements vereinfacht ist.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine dieser Ausnehmung zur Verbindung mit einem Fluidkanal ausgebildet. Besonders bevorzugt dient der Fluidkanal zum Austausch eines Temperierfluids mit dem Distanzabschnitt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Temperaturverlauf entlang der Längsachse des Heizerkörpers beeinflusst werden kann, insbesondere durch Anpassung der Eintrittstemperatur des Temperierfluids in den Distanzabschnitt und/oder durch Anpassung des Massenstroms des Temperierfluids in den Distanzabschnitt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der wenigstens eine Distanzabschnitt mit wenigstens einem die erste wärmeleitende Querschnittsfläche verringernden Steg zwischen den Heizabschnitten ausgebildet. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Distanzabschnitt mit zwei, drei oder mehr solchen Stegen zwischen den Heizabschnitten ausgebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der thermische Widerstand des Distanzabschnitts entlang der Längsachse des Heizerkörpers bzw. der Heizer-Thermoelement-Anordnung erhöht ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einem Wärmestrom aus einem der Heizabschnitt in Richtung des Distanzabschnitts entgegengewirkt werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass einer Überhitzung der Schmelze insbesondere im insbesondere mittig angeordneten Distanzabschnitts entgegengewirkt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Thermoelement wenigstens abschnittsweise parallel zur Längsachse A durch einen oder zwei der Heizabschnitte geführt. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass das Thermoelement durch den Heizerkörper besser geschützt ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Positionierung des Thermoelements insbesondere während des Betriebs der Heizer-Thermoelement-Anordnung verbessert ist.
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Eine erste bevorzugte Anordnung weist eine Heizer-Thermoelement-Anordnung und eine Hülse auf. Die Hülse weist eine Wandung auf und ist wenigstens abschnittsweise um die Heizer-Thermoelement-Anordnung angeordnet. Die Hülse ist ausgestaltet, das elektrische Heizelement in dem Kanal des Heizergehäuses zu halten. Vorzugsweise umgibt die Hülse das elektrische Heizelement bzw. das Heizergehäuse formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass der thermische Kontakt zwischen dem Heizelement und dem Heizerkörper verbessert ist. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass die Montage der Heizer-Thermoelement-Anordnung in eine Spritzgießmaschine vereinfacht ist. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass einem lokalen Temperaturmaximum im Distanzabschnitt begegnet werden kann. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass einer Überhitzung der Schmelze begegnet werden kann.
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Vorzugsweise ist die Hülse mit einem wärmeleitfähigen Werkstoff ausgebildet. Vorzugsweise überdeckt die Hülse wenigstens abschnittsweise sowohl den Distanzabschnitt als auch wenigstens einen der Heizabschnitte. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem insbesondere unerwünschten Temperaturmaximum entgegengewirkt werden kann. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Wärmeenergie aus dem Distanzabschnitt in Richtung wenigstens eines der Heizabschnitte abgeführt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der ersten Anordnung ist die Hülse im hohlzylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise weist die Hülse an wenigstens zwei axialen Positionen bezüglich der Längsachse A unterschiedliche Wandstärken, insbesondere unterschiedliche Außendurchmesser auf. Vorzugsweise ist die Wandstärke, besonders bevorzugt der Außendurchmesser, der Hülse im Distanzabschnitt geringer als in wenigstens einem der Heizabschnitte. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der thermische Widerstand senkrecht zur Längsachse A im Distanzabschnitt verringert ist. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Wärmeabfuhr insbesondere senkrecht zur Längsachse A an die Umgebung der Hülse im Distanzabschnitt verbessert ist. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass einem lokalen Temperaturmaximum im Distanzabschnitt begegnet werden kann. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass einer Überhitzung der Schmelze begegnet werden kann.
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Eine zweite bevorzugte Anordnung weist gegenüber der ersten bevorzugten Anordnung auch eine Heißkanaldüse auf. Die Heißkanaldüse wenigstens teilweise durch die Heizer-Thermoelement-Anordnung geführt ist. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass die Zufuhr von Wärmeenergie an die Heißkanaldüse verbessert ist. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass die Temperaturverteilung entlang der Längsachse der Heißkanaldüse gleichmäßiger sein kann. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass einem lokalen Temperaturmaximum im Distanzabschnitt begegnet werden kann. Diese bevorzugte Anordnung bietet den Vorteil, dass einer Überhitzung der Schmelze begegnet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der zweiten Anordnung ist im vorderen Bereich der Heißkanaldüse, insbesondere benachbart zu einer Düsenspitze der Heißkanaldüse, ein insbesondere ringförmiges Wärmeleitelement angeordnet. Das Wärmeleitelement stellt eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem vorderen Bereich der Heißkanaldüse und dem Temperaturerfassungsabschnitt des Thermoelements her. Vorzugsweise ist das Thermoelement wärmeleitend, insbesondere kraftschlüssig, mit dem Wärmeleitelement verbindbar. Vorzugsweise ist der vordere Bereich der Heißkanaldüse wärmeleitend, insbesondere kraftschlüssig, mit dem Wärmeleitelement verbindbar. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass auf eine Anbringung des Thermoelement unmittelbar im vorderen Bereich der Heißkanaldüse verzichtet werden kann. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Montage der zweiten Anordnung vereinfacht ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren.
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Es zeigt:
- 1: eine Schnittdarstellung eines Teils einer beispielhaften Heißkanal-Spritzgießmaschine, in welchem eine erfindungsgemäße Heizer-Thermoelement-Anordnung eingesetzt wird;
- 1a: einen Ausschnitt aus der Schnittdarstellung aus 1 im Bereich einer der Heißkanaldüsen;
- 2: eine beispielhafte Heizer-Thermoelement-Anordnung, welche auf einer Heißkanaldüse angeordnet ist;
- 2a: eine Darstellung des Schnitts I - I, entlang des in 2 eingezeichneten Schnittverlaufs;
- 3: eine weitere beispielhafte Heizer-Thermoelement-Anordnung, welche auf einer Heißkanaldüse angeordnet ist; und
- 4: eine weitere beispielhafte Heizer-Thermoelement-Anordnung, welche auf einer Heißkanaldüse angeordnet ist.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils einer beispielhaften Heißkanal-Spritzgießmaschine mit einem Heißkanalsystem 30. Das Heißkanalsystem 30 umfasst dabei einen Heißkanalverteilerblock 33 sowie mehrere, in dieser Darstellung beispielhaft zwei Heißkanaldüsen 50. Die Maschinendüse (nicht dargestellt) ist über eine Angußbuchse 31 und über einen Heißkanalverteilerblock 33 mit beispielhaft zwei Heißkanaldüsen 50 verbunden. Die Heißkanaldüsen 50 münden jeweils an einer Gießform, die je aus einem Formeinsatz 35 und einem Formkern 57 aufgebaut sind. Der Formeinsatz 35 und der Formkern 57 umschließen jeweils eine darin angeordnete Kavität 56.
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Die Angußbuchse 31 weist dabei eine der Maschinendüse zugewandte Einlassöffnung 37 auf, die über den Schmelzekanal 32 die Schmelze zum Heißkanalverteilerblock 33 führt. Der dort angeordnete Schmelzekanal 38 weist eine Verzweigungsstelle 39 auf, von welcher weitere Schmelzekanäle 40 zu den im Ausführungsbeispiel beispielhaften zwei dargestellten Heißkanaldüsen 50 führen. Die Heißkanaldüsen 50 sind an Düsenträgerringen 49, die im hinteren Endbereich 51 der Heißkanaldüsen 50 angeordnet sind, mit dem Heißkanalverteilerblock 33 verbunden und dabei auch an den Schmelzekanal 40 angeschlossen. Jede dieser Heißkanaldüsen 50 weist einen Düsenkörper 62 zum Führen der Schmelze von einem Schmelzekanal 40 im Heißkanalverteilerblock 33 zu einer Kavität 56 auf. Jede Heißkanaldüse 50 weist in ihrem vorderen Endbereich 53 ein Ventil 54 auf, dessen Auslassöffnung 55 an eine Kavität 56 angebunden ist. Das Heißkanalsystem 30 ist in einer Heißkanalplatte 34 angeordnet.
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Im Inneren des Heißkanalverteilerblocks 33 sind mehrere Heizelemente angeordnet, welche den Heißkanalverteilerblock 33 temperieren, um die in den Schmelzekanälen 38, 40 befindliche Schmelze flüssig bzw. fließfähig zu halten. Die Heizelemente können als elektrische Heizleiter ausgestaltet sein. An der Angußbuchse 31 ist ein weiteres Heizelement 36 zum Temperieren des Schmelzekanals 32 montiert.
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An jeder Heißkanaldüse 50 ist eine Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 zum Temperieren des geschmolzenen Materials im Düsenkörper 62 montiert. Ein oder mehrere Thermoelemente 63 dienen zum direkten oder indirekten Erfassen der Temperatur der Schmelze im Düsenkörper 62 und/ oder zum Erfassen von Temperaturen am Düsenkörper 62. Der Düsenkörper 62 kann dabei mehrteilig aufgebaut sein.
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Der um den Düsenkörper 62 angeordnete Heizerkörper 70 weist einen ersten Heizabschnitt 101 auf, der im Betrieb benachbart zum vorderen Endbereich 53 der Heißkanaldüse 50 angeordnet ist sowie einen zweiten Heizabschnitt 102 auf, der im Betrieb benachbart zu dem Düsenträgerring 49 der Heißkanaldüse 50 angeordnet ist und einen ringförmigen Distanzabschnitt 103 mit einer Wandung 104 aufweist. Der Distanzabschnitt 103 ist dabei zwischen dem ersten 101 und zweiten Heizabschnitt 102 angeordnet.
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In den Heißkanaldüsen 50 ist jeweils eine in axialer Richtung verstellbare Verschlußnadel 59 angeordnet. Die Verschlussnadel 59 jeder Heißkanaldüse 50 ist in der beispielhaften Ausführungsform durch zwei Führungselemente 81, 82 innerhalb des Düsenkörpers 62 geführt. Ferner ist am vorderen Endbereich 53 jeder Heißkanaldüse 50 jeweils ein Ventil 54 angeordnet. Die Verschlußnadel 59 ist in einer Verschließstellung am Ventilsitz des Ventils 54 positionierbar, das mit seiner Auslassöffnung 55 am Formeinsatz 35 dichtend angeordnet ist.
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Die Verschlußnadeln 59 verlaufen parallel zueinander und sind mit ihren vom Ventilsitz entfernten Enden an Hubkolben 61 fixiert. Die Hubkolben 61 sind in einer Pneumatikplatte 58 in Axialrichtung der Verschlußnadeln 59 beweglich gelagert. Die Verschlußnadeln 59 sind mit Hilfe der Hubkolben 61 axial relativ zu den Heißkanaldüsen 50 und damit zu den Ventilen 54 in mindestens zwei Positionen, einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung, verstellbar. Dadurch können die Ventile 54 der Heißkanaldüsen 50 unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden, um die Menge der Schmelze zu steuern, welche in jede Kavität 56 durch das Heißkanalsystem 30 eingespritzt wird.
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1a zeigt einen Ausschnitt aus der Schnittdarstellung aus 1 im Bereich der dort rechts dargestellten Heißkanaldüse 50. An dieser Heißkanaldüse 50 ist eine Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 zum Temperieren des geschmolzenen Materials im Düsenkörper 62 montiert. Ebenfalls dargestellt ist die in der Heißkanaldüse 50 angeordnete und mit Hilfe des Hubkolbens 61 bewegbare Verschlußnadel 59, die innerhalb der Heißkanaldüse von zwei Führungselementen 81, 82 geführt wird und am Ventil 54 zum Dosieren der in die Kavität 56 eingespritzten Menge der Schmelze dient. Die Hubkolben 61 sind beweglich in der Pneumatikplatte 58 gelagert.
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Die Heißkanaldüse 50 ist an ihrem hinteren Endbereich 51 mit dem Düsenträgerring 49 an dem Heißkanalverteilerblock 33 angeordnet. Das geschmolzene Material wird der Heißkanaldüse 50 ebenfalls im hinteren Endbereich in eine im Düsenträgerring 49 ausgebildete Öffnung vom Schmelzekanal 40 her zugeführt. Im Düsenkörper 62 wird die Schmelze zum Ventil 54 und der Auslassöffnung 55 geführt und von dort in die vom Formeinsatz 35 und dem Formkern 57 umschlossene Kavität 56 eingespritzt.
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Im Formeinsatz 35, im Formkern 57 sowie in der Heißkanalplatte (siehe 1) sind Temperierkanäle 28 angeordnet. Die Heißkanalplatte wird mit Hilfe der Temperierkanäle gegenüber der Umgebung und den an diese angrenzenden Bauteilen gekühlt. Die im Formeinsatz 35 und im Formkern 57 angeordneten Temperierkanäle dienen zum Temperieren der Gießform. Durch das in diesen Kanälen geführte Temperiermedium wird eine gewünschte Formtemperatur eingestellt, welche einen gerichteten Erstarrungsvorgang der Schmelze in der Kavität unterstützt. Dadurch wird insbesondere die Bauteilqualität erhöht und die Zykluszeit der Spritzgießmaschine verkürzt. Allerdings geht mit der Temperierung der Gießform bzw. der Heißkanalplatte 34 auch ein Abströmen von Wärmeenergie aus dem vorderen Endbereich 53 und dem hinteren Endbereich 51 der Heißkanaldüse 50 einher. Dieser Wärmeabfluss wird in 1a durch die im Bereich des Formeinsatzes 35 neben dem vorderen Endbereich 53 angedeuteten Pfeilen symbolisiert. Ebenso wird das Abströmen von Wärmeenergie aus dem hinteren Endbereich 51 der Heißkanaldüse 50 in die Heißkanalplatte 34 durch die neben diesem Endbereich 51 angedeuteten Pfeile symbolisiert.
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Ein Abströmen von Wärmeenergie ist gerade im vorderen Endbereich 51 der Heißkanaldüse 50 unerwünscht, da die dort zwischen zwei Einspritzvorgängen bevorratete Schmelze eine gewisse Mindesttemperatur aufweisen muss, um beim Einspritzvorgang in der Kavität 56 nicht bereits vorzeitig zu erstarren. Eine vorzeitige Erstarrung der Schmelze verhindert eine vollständige Formfüllung, wodurch das hergestellte Bauteil minderwertig oder gar unbrauchbar wird. Als weitere Maßnahme zum Verhindern eines Abströmens von Wärmeenergie aus dem vorderen Endbereich 53 der Heißkanaldüse 50 ist um diesen vorderen Endbereich 53 ein Isolator 68 angeordnet, über welchen sich der vordere Endbereich 53 der Heißkanaldüse 50 in der Ausnehmung im Formeinsatz 35 abstützt.
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In 1a ist in einem links neben der Heißkanaldüse 50 dargestellten Diagramm die Höhe der Temperatur T über der Länge L der Heißkanaldüse 50 ausgehend von deren vorderen Endbereich 53 aufgetragen. Ein erster Temperaturverlauf T1 zeigt die Temperatur an der Heißkanaldüse des Stands der Technik. Wie in diesem Diagramm zu erkennen ist, ist die Temperatur T im vorderen Endbereich 53 der Heißkanaldüse 50 am geringsten. Dieser Bereich der Heißkanaldüse 50 ist benachbart zum Formkern 57 angeordnet, welcher aufgrund des in den Temperierkanälen 28 geführten Temperiermediums eine deutlich geringere Temperatur als die Heißkanaldüse 50 aufweist.
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Die Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 ist um den Umfang der Heißkanaldüse 50 montiert und erstreckt sich von einem vorderen Endbereich 53 bis zu einem hinteren Endbereich 51 der Heißkanaldüse 50. Die dargestellte Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 weist benachbart zum vorderen Endbereich 53 einen Heizabschnitt 101 und benachbart zum hinteren Endbereich 51 der Heißkanaldüse 50 einen Heizabschnitt 102 auf. Dazwischen ist ein Distanzabschnitt 103 angeordnet, welcher die Wärmeübertragung zwischen dem Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 und der Heißkanaldüse 50 einschränkt. Ziel dieser Gestaltung der Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 ist es, einen Temperaturverlauf möglichst nahe einem im Diagramm eingezeichneten idealen Temperaturverlauf T2 zu erreichen. Bleibt die Temperatur T der Heißkanaldüse 50 sowie der sich darin befindenden Schmelze weitgehend konstant, woraus eine verbesserte, gleichmäßige Bauteilqualität resultiert.
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Aus den Bereichen der Heißkanaldüse 50, welche außerhalb der Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 angeordnet sind, findet ein Wärmeabfluss in die umliegenden Bauteile bzw. in die Umgebung statt, weshalb die Heizabschnitte 101, 102 in diesen Bereichen Wärmeenergie auf die Heißkanaldüse 50 übertragen, wohingegen auf eine Übertragung von Wärmeenergie auf die Heißkanaldüse 50 im Bereich des Distanzabschnitts 103 verzichtet werden kann.
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2 zeigt eine an einer Heißkanaldüse 50 angeordnete Heizer-Thermoelement-Anordnung 52. Die Heißkanaldüse 50 ist mit dem an ihrem hinteren Endbereich 51 angeordneten Düsenträgerring 49 mit einem Heißkanalverteilerblock 33 verbunden und an einen Schmelzekanal 40 angeschlossen. Die von der Heißkanal-Spritzgießmaschine verarbeitete Schmelze wird in einem innerhalb der Heißkanaldüse 50 verlaufenden Schmelzekanal von deren hinteren Endbereich 51 zu deren vorderen Endbereich 53 und zu dem dort angeordneten Ventil 54 gefördert. An der Heißkanaldüse 50 ist ein Heizerkörper 70 angeordnet, der einen Innendurchmesser 7, eine Länge 8, eine Achse A, eine Außenfläche 71 und eine Wandstärke 10 aufweist.
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Um die Außenfläche des Heizerkörpers 70 gewunden verläuft ein Kanal 72. Der Kanal 72 weist eine Bodenfläche 92 und zwei Seitenwände 93 auf, wobei der Kanal 72 den Heizerkörper 70 in Umfangsrichtung wenigstens einmal vollständig umgibt. In den Kanal 72 ist ein Heizelement 90 mit einem Heizdraht 94 zur Temperierung der Heißkanaldüse 50 eingebettet.
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In axialer Richtung ist radial innerhalb des Heizerkörpers 70 sowie der Wicklung des Heizelements 90 ein Thermoelement 63 angeordnet. Der am vorderen Ende angeordnete Temperaturerfassungsabschnitt 65 des Thermoelements 63 ist in einem ringförmigen Wärmeleitelement 109 angeordnet. Dieses ist im vorderen Endbereich 53 benachbart zur Düsenspitze angebracht. Im Ausführungsbeispiel liegt dieser vordere Endbereich im Bereich einer Düsenspitze, welche in einen Düsenkörper befestigt ist. Beispielhaft ist diese Befestigung als Verschraubung ausgebildet. Das Wärmeleitelement 109 stellt eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem vorderen Bereich der Heißkanaldüse 50 und dem Temperaturerfassungsabschnitt 65 des Thermoelements 63 her. Das Thermoelement 63 ist in zwei miteinander fluchtend angeordneten Aussparungen 66 und 67 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel werden diese Aussparungen 66, 67 von zwei parallel zur Längsachse A des Heizerkörpers 70 angeordneten Bohrungen gebildet. Aufgrund der zwischen den Heizabschnitten 101, 102 angeordneten Ausnehmung 105 in der Wandung 104 des Distanzabschnitts 103 können die Aussparungen 66, 67 jeweils von verschiedenen axialen Enden des Heizerkörpers 70 aus eingebracht werden. Damit ist das Thermoelement 63 zudem gut zugänglich im Heizerkörper 70 angeordnet. Der Temperaturerfassungsabschnitt 65 befindet sich in einem Bereich, in welchem die Kenntnis der genauen Temperatur der Heißkanaldüse 50 bzw. der sich darin befindenden Schmelze aufgrund des Wärmeabflusses aus diesem Bereich insbesondere zur Steuerung der Heizleistung der Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 erforderlich ist. Diese Gestaltung ermöglicht neben der Ausbildung eines geeigneten Temperaturprofils auch eine geeignete Erfassung der Temperatur an der Heißkanaldüse 50 mit dem im Heizerkörper 70 angeordneten Temperaturerfassungsabschnitt 65 des Thermoelements 63.
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Die Verschlußnadel 59 wird innerhalb der Heißkanaldüse 50 von zwei Führungselementen, 81, 82 geführt. Die Verschlussnadel 59 ist mit ihrem vom Ventilsitz entfernten Ende am Hubkolben 61 fixiert. Die Verschlußnadel 59 ist mit Hilfe der Hubkolben 61 axial relativ zu der Heißkanaldüse 50 und damit zum Ventilen 54 verstellbar.
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2a zeigt den in 2 eingezeichneten Schnitt I-I durch die Heißkanaldüse 50 sowie durch die daran angeordnete Heizer-Thermoelement-Anordnung 52 im Bereich des Distanzabschnitts 103. Der Schnitt I-I zeigt die erste wärmeleitende Querschnittsfläche AD, welche von der Umrisslinie der im Bereich der Wandung 104 des Distanzabschnitts 103 angeordneten Ausnehmung 105 begrenzt wird.
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Ferner verläuft der Schnitt I-I durch die zweite wärmeleitende Querschnittsfläche AH, welche von der Umrisslinie des Heizerkörpers 70 begrenzt wird. Das Verhältnis Q = AD / AH beträgt im Ausführungsbeispiel 0,37.
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Der Distanzabschnitt 103 des in 2 und 2a dargestellten Ausführungsbeispiels ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist einen Distanzinnendurchmesser rD auf. Der im Schnitt dahinter erkennbare Heizabschnitt 101 ist ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist und weist einen Heizinnendurchmesser rH auf. Das Verhältnis der Größe des Distanzinnendurchmessers rD zur Größe des Heizinnendurchmessers rH QS = rH/rD beträgt im Ausführungsbeispiel 0,71.
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3 zeigt ebenfalls eine an einer Heißkanaldüse 50 angeordnete Heizer-Thermoelement-Anordnung 152, die sich gegenüber der Heizer-Thermoelement-Anordnung 152 aus 2 durch die Verwendung nur eines Führungselements 81 zur Führung der Verschlussnadel 59 sowie durch eine an der Heizer-Thermoelement-Anordnung 52' angeordnete Hülse 110 unterscheidet. Die Hülse weist eine Wandung 111 auf. Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Hülse 110 dient dort zur Verbesserung der Wärmeleitung aus dem Distanzabschnitt 103 zum ersten 101 und zweiten 102 Heizabschnitt.
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4 zeigt eine weitere an einer Heißkanaldüse 50 angeordnete Heizer-Thermoelement-Anordnung 252 mit einer Ausnehmung 205 in der Wandung des Distanzabschnitts 203, die sich gegenüber der Heizer-Thermoelement-Anordnung 252 aus 2 durch weitere im Bereich des Distanzabschnitts 203 angeordnete Ausnehmungen 206 unterscheidet, die sich wenigstens teilweise durch die Wandung 204 des Distanzabschnitts 203 hindurch erstrecken. Bei den dargestellten Ausnehmungen 206 handelt es sich um in der Wandung angeordnete, kreisförmige Durchgangsbohrungen. Die Ausnehmungen können jedoch auch jede andere Gestaltung aufweisen, beispielsweise elliptisch, eckig oder schlitzförmig ausgestaltet sein. Insbesondere ist es auch möglich, mehrere Ausnehmungen 206 über den Umfang verteilt anzuordnen, so dass die Verbindung zwischen den beiden Heizabschnitten 201, 202 nur noch durch dünne Stege besteht. Insbesondere ist es auch möglich, im Bereich des Distanzabschnitts 203 mehrere Kanäle 72 anzuordnen, in welche kein Heizelement 90 eingebettet ist und welche damit Ausnehmungen 206 darstellen.
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In 4 sind ferner Pfeile dargestellt, welche den Wärmefluss im Bereich der Heizabschnitte 201 und 202 vom Heizerkörper 270 auf die Heißkanaldüse 50 zeigen.
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Bezugszeichenliste
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- 7
- Innendurchmesser
- 8
- Länge
- 10
- Wandstärke
- 28
- Temperierkanal
- 30
- Heißkanalsystem
- 31
- Angußbuchse
- 32
- Schmelzekanal
- 33
- Heißkanalverteilerblock
- 34
- Heißkanalplatte
- 35
- Formeinsatz
- 36
- Heizelement
- 37
- Einlassöffnung
- 38
- Schmelzekanal
- 39
- Verzweigungsstelle
- 40
- Schmelzekanal
- 49
- Düsenträgerring
- 50
- Heißkanaldüse
- 51
- hinterer Endbereich
- 52
- Heizer-Thermoelement-Anordnung
- 53
- vorderer Endbereich
- 54
- Ventil
- 55
- Auslassöffnung
- 56
- Kavität
- 57
- Formkern
- 58
- Pneumatikplatte
- 59
- Verschlußnadel
- 61
- Hubkolben
- 62
- Düsenkörper
- 63
- Thermoelement
- 65
- Temperaturerfassungsabschnitt
- 66
- Aussparung
- 67
- Aussparung
- 68
- Isolator
- 70
- Heizerkörper
- 71
- Außenfläche
- 72
- Kanal
- 81
- Führungselement
- 82
- Führungselement
- 90
- Heizelement
- 92
- Bodenfläche
- 93
- Seitenwände
- 94
- Heizdraht
- 101
- erster Heizabschnitt
- 102
- zweiter Heizabschnitt
- 103
- Distanzabschnitt
- 104
- Wandung
- 105
- Ausnehmung
- 109
- Wärmeleitelement
- 110
- Hülse
- 111
- Wandung
- 152
- Heizer-Thermoelement-Anordnung
- 201
- Heizabschnitt
- 202
- Heizabschnitt
- 203
- Distanzabschnitt
- 204
- Wandung
- 205
- Aussparung
- 206
- Ausnehmung
- 252
- Heizer-Thermoelement-Anordnung
- 270
- Heizerkörper
- A
- Achse
- AD
- erste wärmeleitende Querschnittsfläche
- AH
- zweite
- rD
- Distanzinnendurchmesser
- rH
- Heizinnendurchmesser
- L
- Länge
- Q
- Verhältnis wärmeleitende Querschnittsflächen
- T
- Temperatur
- T1
- Temperaturverlauf
- T2
- Temperaturverlauf
