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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umlenkstopfen zum Einsetzen in einen Düsenkanal und zum Umlenken einer Schmelzenströmung von einem Heißkanal in den Düsenkanal. Der Umlenkstopfen weist einen Nadelkanal auf, der zur Aufnahme einer Verschlussnadel für ein Nadelventil dient.
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Der Umlenkstopfen weist einen Nadelkanal auf, der durch den Umlenkstopfen führt und in den Düsenkanal mündet. Durch diesen Nadelkanal kann eine Verschlussnadel geführt werden, die eine am Ende des Düsenkanals angeordnete Angussdüse wahlweise öffnet oder schließt.
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Ein Heißkanalnadelventil mit einem solchen Umlenkstopfen ist beispielsweise in der
DE 10 2006 005 643 A1 gezeigt. Die dortige
6 ist um weitere Bezugszeichen ergänzt hier als
1 wiedergegeben
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Das dort gezeigte Nadelventil weist ein Kolbengehäuse 101, eine Ventilnadel 6 sowie einen Kolben 7 auf. Dabei ist das Kolbengehäuse mit der darin geführten Nadel 6 sowie dem Kolben 7 in das formseitige Ende eines Heißkanalsystems integriert. Zu erkennen ist in der Figur der eigentliche Heißkanal 3, in welchem plastifiziertes Kunststoffmaterial geführt wird und der beheizbar ist, um den Kunststoff fließfähig zu halten. Die Ventilnadel 6 greift durch einen Nadelkanal 5, der sich durch das Kolbengehäuse 101 erstreckt. Die Ventilnadel 6 erstreckt sich bis in den Bereich einer Angussdüse 151, welche mithilfe des vorderen Endes 104 der Ventilnadel 6 geöffnet oder verschlossen werden kann. Im Anschluss an die Angussdüse 151 ist in der Regel der Formraum (nicht gezeigt) angeordnet, in welchen die plastifizierte Schmelze zugeführt wird.
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Der Kolben 7 ist in einer Kavität des Kolbengehäuses 101 angeordnet und unterteilt diese in eine obere Kammer 107 und eine untere Kammer 108. Der Kolben 7 ist umfangsseitig über einen O-Ring 140 und einen Gleitring 141, die in einer umlaufenden Nut 112 angeordnet sind, gegenüber einer Wand 110 des Kolbengehäuses 7 abgedichtet. Sowohl die obere Kammer 107 als auch die untere Kammer 108 können über eine Druckluftsystem mit Druckluft beaufschlagt werden, um den Kolben 7 von seiner in 1 gezeigten unteren Position in eine obere Position zu befähigen. Da der Kolben 7 mit der Verschlussnadel 6 verbunden ist, führt eine Bewegung des Kolbens 7 nach oben dazu, dass die Angussdüse 151 geöffnet wird. Wenn die Angussdüse 151 geöffnet ist, kann plastifizierte Schmelze den Düsenkanal 2 verlassen und in den im Anschluss angeordneten Formraum übertreten. Die Begriffe „oben“ und „unten“ bezeichnen hierbei lediglich die Position in 1. Es versteht sich, dass die Nadelachse nicht unbedingt vertikal angeordnet sein muss, sondern beispielsweise auch horizontal angeordnet sein kann.
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Die Verschlussnadel 6 und der Nadelkanal 5 verlaufen hier in Richtung des Düsenkanals 2. Somit befindet sich die Angussdüse 151 am einen Ende des Düsenkanals 2 und ein Kolben 7 befindet sich am anderen Ende des Düsenkanals. Die Schmelze muss deshalb über den Heißkanal 3 von der Seite her in den Düsenkanal 2 geleitet werden. Um zu verhindern, dass die Schmelze im Düsenkanal nach oben strömt, ist ein Umlenkstopfen vorgesehen, der in dem gezeigten Beispiel einstückig mit dem Kolbengehäuse 101 verbunden ist und einen Verschlussabschnitt 8 und einen Umleitabschnitt 9 aufweist. Dabei dient der Verschlussabschnitt 8 dazu, den Düsenkanal nach oben abzudichten. Dabei erfolgt die Abdichtung nur, wenn die Verschlussnadel im Nadelkanal eingesetzt ist. Der Umleitabschnitt 9 dient hingegen dazu, die Schmelze, die aus dem Heißkanal 3 zugeführt wird, umzulenken, so dass sie im Düsenkanal 2 nach unten strömt. Dabei hat der Umleitabschnitt in einer Schnittansicht senkrecht zur Nadelachse eine Querschnittsfläche, die kleiner als die Querschnittsfläche des Verschlussabschnittes ist. Dies liegt daran, dass im Bereich des Umleitabschnittes ein Schmelzenkanal ausgebildet werden muss. Dabei kann der Schmelzenkanal entweder im Inneren des Umleitabschnittes, wie in 1 gezeigt ist, oder in dem Zwischenraum zwischen der Außenkontur des Umleitabschnittes und der Innenkontur des Düsenkanal angeordnet sein.
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Im ersten Fall wird zwischen dem Umleitabschnitt und einer gedachten Verlängerung der Innenkontur des Nadelkanals des Verschlussabschnittes über den Umleitabschnitt einerseits und der Innenkontur des Nadelkanals des Umleitabschnittes andererseits zumindest ein Abschnitt eines Schmelzenkanals ausgebildet wird.
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Im letzten Fall wird zwischen dem Umleitabschnitt und einer gedachten Verlängerung der Außenkontur des Verschlussabschnittes über den Umleitabschnitt einerseits und dem Umleitabschnitt andererseits zumindest ein Abschnitt eines Schmelzenkanals ausgebildet wird, der sich von dem Verschlussabschnitt von diesem weg über den gesamten Umleitabschnitt erstreckt.
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Somit kommt es zu einer Richtungsänderung der Schmelzenströmung und zu einem Umfließen der Verschlussnadel. Dabei können Scherkräfte innerhalb der Schmelze auftreten, die zu einem Geschwindigkeitsprofil der Schmelze führen, welches im Bereich nach der Umleitung asymmetrisch bezüglich der Nadelachse ist.
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Dies kann dazu führen, dass ein sich an die Angussdüse anschließendes Formwerkzeug ungleichmäßig mit Schmelze befüllt wird. Im Falle eines Formwerkzeuges, welches einen Behältnis-artigen Formling generiert, kann der die Innenkontur des Formlings bildende Teil des Formwerkzeuges durch ein solches asymmetrische Geschwindigkeitsprofil und die damit verbundene asymmetrische Druckverteilung aus seiner gewünschten Lage verkippt werden. Ein resultierender Formling kann deshalb unerwünschte Unregelmäßigkeiten bezüglich seiner Wanddicke aufweisen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Umlenkstopfen zur Verfügung zu stellen, der die Schmelzenströmung derart umleitet, dass das Geschwindigkeitsprofil der Schmelzenströmung bezüglich der Nadelachse nach der Umleitung nahezu keine Asymmetrien aufweist und somit ein gleichmäßiges Befüllen eines Formwerkzeuges gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Umleitabschnitt des Umlenkstopfens eine Vertiefung aufweist. Diese Vertiefung ist vorzugsweise so angeordnet, dass die Schmelze zunächst auf diese Vertiefung trifft und anschließend umgeleitet wird. Dadurch kommt es zu einer Verlangsamung der Schmelze im Bereich der Vertiefung und zu einem gleichmäßigeren Geschwindigkeitsprofil der Schmelze nach der anschließenden Richtungsänderung.
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Dabei kann die Vertiefung derart ausgebildet sein, dass, wenn der Schmelzenkanal zwischen der Außenkontur des Umleitabschnittes und der Innenkontur des Düsenkanal ausgebildet wird, der Abschnitt des Schmelzenkanal im Bereich der Vertiefung einen maximalen Abstand von der gedachten Verlängerung der Außenkontur des Verschlussabschnittes hat, der größer ist als der maximale Abstand von der gedachten Verlängerung der Außenkontur des Verschlussabschnittes in allen sich an die Vertiefung anschließenden Abschnitten des Schmelzenkanals ist.
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Wird hingegen der Schmelzenkanal zwischen der Innenkontur des Umleitabschnittes und der Außenkontur der Verschlussnadel gebildet, kann der Schmelzenkanal im Bereich der Vertiefung einen maximalen Abstand von der gedachten Verlängerung der Innenkontur des Nadelkanals des Verschlussabschnittes haben, der größer ist als der maximale Abstand von der gedachten Verlängerung der Innenkontur des Nadelkanals des Verschlussabschnittes in allen sich an die Vertiefung anschließenden Abschnitten des Schmelzkanals.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Umlenkstopfen einteilig ausgearbeitet. Dies hat den Vorteil, dass ein Minimum an Spalten besteht, die an Abschnitte des Schmelzenkanals im Bereich des Umlenkstopfen grenzen, durch welche die Schmelze und eventuell entstehende Gase aus dem Schmelzenkanal entweichen können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Umleitabschnitt des Umlenkstopfens derart ausgebildet, dass sich der Abschnitt des Schmelzenkanals im Anschluss an die Vertiefung in eine Richtung erstreckt, deren Achse mit der Nadelachse einen Winkel einschließt, der kleiner als 90°, vorzugsweise zwischen 50° und 75° und besonders bevorzugt zwischen 55° und 65° ist. Diese Ausformung des Schmelzenkanals hat den Vorteil, dass die Schmelze entlang Trajektorien durch den Umleitabschnitt geleitet wird, deren Weglängenunterschiede möglichst klein sind. Darüber hinaus werden dadurch extreme Richtungsänderungen der Schmelzenströmung von 90° vermieden, bei denen es an den Randflächen des Schmelzenkanals potentiell zu starken Scherkräften kommt. Die beschriebene Ausformung des Schmelzkanals trägt somit dazu bei, dass die Schmelzenströmung nach der Umleitung ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Ausformung des Schmelzenkanals dadurch realisiert, dass der Umleitabschnitt ein Umlenkelement aufweist, das eine Begrenzung des Schmelzenkanals in Richtung des Verschlussabschnittes darstellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Außenkontur dieses Umlenkelements auf einer gedachten Verlängerung der Außenkontur des Verschlussabschnittes und erstreckt sich vom Verschlussabschnitt weg in Richtung der Nadelachse. Dabei ist das Umlenkelement derart angeschrägt, dass es sich auf einer Seite des Nadelkanals weiter von dem Verschlussabschnitt weg erstreckt als auf der anderen Seite des Nadelkanals.
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In einer besonders favorisierten Ausführungsform entspricht die Vertiefung einer V-förmigen Rille, wobei der V-Grund in Richtung des Verschlussabschnittes zeigt. Solch eine V-förmige Rille bildet sowohl eine Vertiefung als auch einen Abschnitt des Schmelzenkanals, in dem die Schmelze ohne extreme Richtungsänderungen in die gewünschte neue Richtung geführt wird. Eine solche Rille stellt somit ein Element des Umleitabschnittes dar, dessen strömungsmechanische Eigenschaften bewirken, dass nur geringe Asymmetrien des Geschwindigkeitsprofils der Schmelze bezüglich der Nadelachse nach der Umleitung entstehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Schmelzenkanal im Anschluss an die Vertiefung ringförmig entlang des Umleitabschnittes. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Schmelzenkanal am Ausgang des Umlenkstopfens ringförmig eine Ventilnadel umschließt. In diesem Fall wird der Schmelzenkanal frühzeitig in eine ringförmige Form gebracht, sodass die Länge des Umleitabschnittes entlang der Nadelachse möglichst klein gehalten werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht der Umleitabschnitt aus einem Zylinderabschnitt mit zylindrischer Außenkontur, in den die Vertiefung eingelassen ist und der vorzugsweise an der dem Verschlussabschnitt abgewandten Seite an einen Abschnitt mit kegelförmiger Außenkontur aufweist. Ein solches geometrisches Gebilde kreiert bereits im Bereich des Umleitabschnittes einen ringförmigen Schmelzenkanal, der dann am Ausgang des Schmelzenkanals des Umleitabschnittes durch den kegelförmigen Abschnitt des Umleitabschnittes in einen ebenfalls ringförmigen Schmelzenkanal überführt wird, der im Anschluss an den Umleitabschnitt vorzugsweise ausschließlich eine Ventilnadel umgibt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der kegelförmige Abschnitt einen Öffnungswinkel zwischen 40 und 60°.
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In einer alternativen Ausführungsform besitzt der Umleitabschnitt im Anschluss an die Vertiefung ein Hauptverzweigungselement, so dass der Abschnitt des Schmelzenkanals in zwei Hauptverzweigungsabschnitte aufgeteilt ist. Vorzugsweise besitzt der Umleitabschnitt im Anschluss ebenfalls mindestens ein weiteres Unterverzweigungselement, welches zumindest ein Hauptverzweigungsabschnitt in zwei Unterverzweigungsabschnitte aufteilt. In dieser Ausführungsform wird ein gleichmäßigeres Geschwindigkeitsprofil nach der Umleitung dadurch realisiert, dass die Schmelzenströmung zunächst vor und während der Umleitung in mehrere Zweigströmungen aufgeteilt wird, die dann am Ausgang des Umleitelements wieder vereinigt werden. Die Verzweigungselemente des Umleitabschnittes können dabei derart ausgebildet sein, dass sich T- oder Y-förmige Verzweigungen des Schmelzenkanals ausbilden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verbinden die Hauptverzweigungsabschnitte Querbohrungen mit der Vertiefung, so dass die Hauptverzweigungsabschnitte die Außenfläche des Umleitabschnittes mit dem Nadelkanal des Umleitabschnittes verbinden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Schmelze auf einem besonders kurzen Weg in einen Schmelzenkanal geführt wird, der nur noch den Nadelkanal oder die Ventilnadel selber umschließt und deshalb ähnlich zu dem Schmelzenkanal ist, der auf der dem Verschlussabschnitt abgewandten Seite des Umleitabschnittes weiter in Richtung einer Angussdüse verläuft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Umlenkstopfen in einen Düsenkanal eingesetzt, wobei dieser Düsenkanal Teil eines Heißkanalverteilersystems ist, das aus einer Heißkanalplatte besteht, in der ein Heißkanal zur Aufnahme einer plastifizierten Schmelze mit einem Heißkanaleingang und mindestens einem Heißkanalausgang angeordnet ist. Hierbei grenzt der Heißkanalausgang an den Düsenkanal. In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Heißkanalverteilersystems ist die Vertiefung des Umlenkstopfens gegenüber dem Heißkanalausgang angeordnet, so dass eine den Heißkanalausgang verlassende Schmelze direkt auf die Vertiefung trifft. Dadurch wird ein kontinuierlicher Fluss der Schmelzenströmung in allen Abschnitten des Schmelzenkanals im Bereich des Umlenkstopfens gewährleistet, dessen Geschwindigkeitsprofil sehr geringe Asymmetrien bezüglich der Nadelachse aufweist, und der die Chance für eine Stagnation der Strömung und eine daraus resultierende unerwünschte Kristallisation der Schmelze innerhalb des Schmelzenkanals im Bereich des Umlenkstopfens minimiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Düsenkanal eine trichterförmige Verengung auf, wobei der Öffnungswinkel der trichterförmigen Verengung zwischen 40 und 60° beträgt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Innenwand dieser Verengung gegenüberliegend zu dem bereits beschriebenen kegelförmigen Abschnitt des Umlenkstopfens, das an dem vom Verschlussabschnitt weg gerichteten Ende des Umleitabschnittes angebracht ist, angeordnet. In diesem Fall wird ein Schmelzenkanal mit ringförmigen Querschnitt zwischen dem kegelförmigem Abschnitt des Umlenkstopfens und dem trichterförmigen Düsenkanal ausgebildet, wobei sich der Durchmesser des ringförmigen Querschnittes in Richtung des dem Verschlussabschnitt abgewandten Ende des Umlenkstopfens verringert.
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Eine weitere Ausführungsform sieht ein Heißkanalverteilersystem vor, bestehend aus einer Heißkanalplatte, in der ein Heißkanal zur Aufnahme einer plastifizierten Schmelze mit einem Heißkanaleingang und mindestens einem Heißkanalausgang angeordnet ist. Der Heißkanalausgang grenzt dabei an mindestens einen Düsenkanal, in dem ein Umlenkstopfen mit Verschlussabschnitt und Umleitabschnitt angeordnet ist, sodass sich ein Schmelzenkanal zwischen Umleitabschnitt und einer gedachten Verlängerung des Verschlussabschnitts abgrenzen lässt. Dabei weist in diesem Fall der Düsenkanal eine Vertiefung auf, die derart angeordnet ist, dass der Schmelzenkanal an diese Vertiefung angrenzt und im an die Vertiefung angrenzenden Bereich einen maximalen Abstand von der Innenkontur des Düsenkanals hat, der größer ist als in allen Abschnitten des Schmelzenkanals, die sich an den an die Vertiefung angrenzenden Bereich des Schmelzenkanals anschließen. Die Vertiefung befindet sich bei dieser Ausführungsform in der Heißkanalplatte und nicht im Umlenkstopfen selber. Eine Heißkanalplatte weist dabei in der Regel eine Vielzahl von Düsenkanälen auf, in die jeweils eine Vertiefung eingearbeitet wird.
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Diese alternative Ausführungsform bietet die Möglichkeit, Umlenkstopfen ohne Vertiefung zu verwenden, die gegebenenfalls bereits vorhanden sind oder günstiger herzustellen sind, und dennoch die bereits genannten Vorteile einer Vertiefung zu nutzen.
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Der sich in der Heißkanalplatte erstreckende Heißkanal besteht dabei aus einem Kanal mit einer in der Regel gleichbleibenden Querschnittsfläche, die sich in Strömungsrichtung gesehen gegebenenfalls verkleinert aber in der Regel nicht vergrößert. Der Heißkanalausgang befindet sich daher an der Stelle, wo der Heißkanal in den Düsenkanal mündet, da sich an dieser Stelle die senkrecht zur Strömungsrichtung stehende Querschnittsfläche in Strömungsrichtung gesehen vergrößert. Weist die Innenkontur des Düsenkanals eine Vertiefung auf Höhe des Heißkanalausgangs auf, so befindet sich der Heißkanalausgang entsprechend an der Stelle, wo der Heißkanal in die Vertiefung mündet. Unter der Innenkontur des Düsenkanals ist folglich die Innenkontur des Düsenkanals inklusive der Vertiefung zu verstehen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform grenzt die Vertiefung in der Innenkontur des Düsenkanals an den Heißkanalausgang. Die Vertiefung erstreckt sich dabei bezüglich der Nadelachse vom Heißkanalausgang aus gesehen in die vom Verschlussabschnitt abgewandte Richtung. Durch diese Ausbildung der Vertiefung wird gewährleistet, dass die Schmelze immer vom Verschlussabschnitt weg geleitet wird und dadurch keine Bereiche niedriger Strömungsgeschwindigkeit auftreten, in denen die Gefahr einer Verfestigung der Schmelze besteht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Es zeigen:
- 1: ein Nadelventil mit einem Umlenkstopfen in einem Düsenkanal nach dem Stand der Technik,
- 2: eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Umlenkstopfens,
- 3: eine erste Schnittansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 4: eine zweite Schnittansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 5: eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Umlenkstopfens,
- 6: eine erste Schnittansicht der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 7: eine zweite Schnittansicht der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 8: eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Umlenkstopfens,
- 9: eine erste Schnittansicht der dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 10: eine zweite Schnittansicht der dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 11: eine erste Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung in und
- 12: eine zweite Schnittansichten der vierten Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine Ausführungsform des Standes der Technik und ist bereits beschrieben worden.
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In 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der in 2 gezeigte Umlenkstopfen 1 weist einen zylindrischen Verschlussabschnitt 8 und einen Umleitabschnitt 9 auf, dessen Grundform ebenfalls ein Zylinder ist und dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Zylinders, der den Verschlussabschnitt darstellt. Durch den Umlenkstopfen 1 verläuft entlang der Achse des Zylinders des Umleitabschnitts 9 und der Achse des Zylinders des Verschlussabschnitts 8 ein Nadelkanal 5. Die Erfindung ist charakterisiert durch eine Vertiefung 12 im Bereich des Umleitabschnitts 9, die bei dieser gezeigten Ausführungsform in Form einer V-förmigen Rille 18 ausgebildet ist. Am vom Verschlussabschnitt abgewandten Ende des Umleitabschnitts verengt sich der Umleitabschnitt und bildet somit einen kegelförmigen Abschnitt 19 des Umleitabschnittes aus.
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3 zeigt eine Schnittansicht des Umlenkstopfen 1 aus 2, der sich in diesem Fall in einem Düsenkanal 2 befindet, wobei der Ausgang eines Heißkanals 3 an diesen Düsenkanal 2 grenzt. Der Heißkanal 3 befindet sich in einer Heißkanalplatte 4. Die Schnittebene liegt in einer Ebene mit der Nadelachse und der Vertiefung 12. Die Vertiefung 12 des Umleitabschnitts 9 befindet sich direkt gegenüber dem Ausgang des Heißkanals 3. Die Schmelze gelangt somit nach dem Verlassen des Heißkanals 3 zunächst in den Bereich der Vertiefung 12 und wird dann durch den Umleitabschnitt 9 in den Düsenkanal 2 umgeleitet. Dabei nimmt die Schmelze einen Weg entlang eines Schmelzenkanals 11, der sich zwischen dem Umleitabschnitt 9 und der Innenwand des Düsenkanals 10 bzw. der gedachten Verlängerung des Verschlussabschnittes bildet.
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4 zeigt eine weitere Schnittansicht des Umlenkstopfens 1 aus 2, wobei die Schnittebene senkrecht zur Schnittebene aus 3 steht. Alle Elemente aus 3 sind auch in dieser Ebene sichtbar mit Ausnahme der Vertiefung 12 und des Heißkanals 3. Durch diese Figur wird ersichtlich, dass der Umleitabschnitt 9 des Umlenkstopfens 1 unterhalb der Vertiefung 12 auch in dieser Ebene den gleichen Abstand zur Innenwand des Düsenkanals 2 bzw. zur gedachten Verlängerung des Verschlussabschnittes 8 besitzt wie in der Schnittebene in 3.
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Um zu gewährleisten, dass die Schmelze nach dem Umlenken im Düsenkanal ein nahezu symmetrisches Geschwindigkeitsprofil bezüglich der Nadelachse besitzt, wird die Geschwindigkeit der Schmelze im Bereich der Vertiefung zunächst reduziert und dann wird die Strömungsrichtung mit Hilfe des Umlenkelements 13 kontinuierlich geändert. Nach der Umlenkung in die neue gewünschte Strömungsrichtung ist in 3 zu erkennen, dass der Schmelzenkanal zunächst ringförmig um den Umleitabschnitt 9 herum verläuft und sich dann verengt und im Anschluss an den Umlenkstopfen einen ringförmig Querschnitt um den Nadelkanal herum hat. Der Schmelzenkanal ist somit im Anschluss an das Umlenkelement 13 symmetrisch bezüglich der Nadelachse. Diese Symmetrie trägt dazu bei, dass das Geschwindigkeitsprofil im Düsenkanal 2 im Anschluss an den Umlenkstopfen 1 nahezu keine Asymmetrien bezüglich der Nadelachse aufweist.
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In 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Ausformung der Vertiefung 12 unterscheidet sich hier etwas von der Vertiefung 12 des Umlenkstopfens 1 in 2, was jedoch für die Erfindung keine grundlegende Rolle spielt. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen der 2 und 5 besteht darin, dass der Umleitabschnitt 9 in 5 zusätzlich ein Hauptverzweigungselement 14 und ein Unterverzweigungselement 15 aufweist. In dieser perspektivischen Darstellung ist zu erkennen, wie das Hauptverzweigungselement 14 den Schmelzenkanal in zwei Hauptverzweigungsabschnitte 16 aufteilt. Dem Beobachter ist in 4 weiterhin ersichtlich, wie einer der beiden Hauptverzweigungsabschnitte 16 durch ein Umlenkelement 13 umgeleitet wird und wie dieser Hauptverzweigungsabschnitt 16 dann durch ein Unterverzweigungselement 15 in zwei Unterverzweigungsabschnitte 17 aufgeteilt wird. Im Anschluss kommt es an dem vom Verschlussabschnitt 8 weg gerichteten Ende des Umlenkstopfens 1 zur Wiedervereinigung aller Verzweigungsabschnitte des Schmelzenkanals, sodass sich ein ringförmiger Schmelzenkanal ausbildet, der im weiteren Verlauf den Nadelkanal 5 einschließt.
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6 zeigt eine Schnittansicht des Umlenkstopfens 1 aus 5. Die Schnittebene liegt in einer Ebene mit der Nadelachse und der Vertiefung 12. Der Umlenkstopfen 1 ist in diesem Fall in einen Düsenkanal 2 eingesetzt und ein Heißkanal 3 grenzt an diesen Düsenkanal 2, wobei sich der Heißkanal in einer Heißkanalplatte 4 befindet, analog zur Darstellung in den 3 und 4. Die Vertiefung 12 ist bei dieser Ausführung und in dieser Schnittansicht halbkreisförmig ausgeprägt. Der Schmelzenkanal im Bereich des Umleitabschnittes ist in dieser Schnittansicht im Bereich zwischen dem kegelförmigen Abschnittes 19 des Umleitabschnittes 9 und der trichterförmigen Verengung 21 des Düsenkanals zu erkennen.
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7 zeigt eine weitere Schnittansicht des Umlenkstopfens 1 aus 5. Alle Elemente aus 6 sind auch in dieser Ebene sichtbar mit Ausnahme der Vertiefung 12 und des Heißkanals 3. Die Schnittebene liegt in diesem Fall in einer Ebene mit der Nadelachse und derart, dass sowohl zwei Hauptverzweigungsabschnitte 16 als auch zwei Unterverweigungsabschnitte 17 geschnitten werden. In dieser Figur sind ebenfalls zwei Unterverzweigungselemente erkennbar, welche jeweils einen Hauptverzweigungsabschnitt 16 in zwei Unterverweigungsabschnitte 17 aufteilen, von denen jeweils einer durch die Schnittebene geschnitten wird.
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Der in 5, 6 und 7 dargestellte Umlenkstopfen 1 ermöglicht eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit nach der Umlenkung durch mehrere Schritte. Zunächst wird die Schmelze im Bereich der Vertiefung 12 abgebremst und dann zunächst entlang zwei Hauptverzweigungsabschnitten 16 und in der Folge entlang insgesamt vier Unterverweigungsabschnitten 17 geführt. Im Anschluss werden die dadurch entstehenden Schmelzenströmungen im Bereich des kegelförmigen Abschluss des Umleitabschnittes 19 wieder zusammengeführt. Durch die Aufteilung des Schmelzenkanals in mehrere Unterverweigungsabschnitte 17 verengen sich die jeweiligen Unterverweigungsabschnitte 17, wodurch eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit innerhalb eines Unterverweigungsabschnitte 17 erzwungen wird. Bei der Wiedervereinigung der Unterverweigungsabschnitte 17 zu einem Schmelzenkanal mit ringförmigen Querschnitt entsteht somit ebenfalls eine gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten und eine Asymmetrie des Strömungsprofils bezüglich der Nadelachse nach der Umleitung wird verhindert.
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In 8 ist eine dritte Ausführungsform des Umlenkstopfens 1 gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangegangen Ausführungsformen dadurch, dass der Schmelzenkanal im Bereich des Umleitabschnittes 9 durch ein Hauptverzweigungselement 14 in zwei Hauptverzweigungsabschnitte 16 aufgeteilt wird, wobei eine Vertiefung 12 des Umleitabschnittes 9 im Bereich der Verzweigung eingelassen ist und diese beiden Hauptverzweigungabschnitte 16 durch eine Querbohrung 20 wieder zu einem ringförmigen Kanal wiedervereinigt werden, welcher den Nadelkanal 5 einschließt. Dabei wird die Schmelze mittels eines Umlenkelements 13 bereits im Bereich der Hauptverzweigungsabschnitte in die Richtung des Düsenkanals geleitet.
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In 9 ist eine Schnittansicht dieses in 8 gezeigten Umlenkstopfens 1 zu sehen, wobei der Umlenkstopfen analog zu den vorangegangen Schnittansichten gezeigt wird, wie er in einem Düsenkanal 2 eingelassen ist, an den ein Heißkanal 3 grenzt, der sich wiederum in einer Heißkanalplatte 4 befindet. Die Schnittebene schließt die Nadelachse und die Vertiefung 12 ein.
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In 10 wird eine weitere Schnittansicht des Umlenkstopfens aus 8 gezeigt, wobei die Schnittebene senkrecht zur Schnittebene aus 9 steht. In dieser Schnittebene sind die beiden Hauptverzweigungsabschnitte 16 erkennbar.
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Bei allen bislang beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vertiefung in die Außenfläche des umlege Abschnittes eingebracht worden, sodass zwischen dem Umleitabschnitt und einer gedachten Verlängerung der Außenkontur des Verschlussabschnittes über den Umleitabschnitt einerseits und dem Umleitabschnitt andererseits zumindest ein Abschnitt eines Schmelzenkanals ausgebildet wird, der sich von dem Verschlussabschnitt von diesem Weg über den gesamten Umleitabschnitt erstreckt. Dabei hat der Abschnitt des Schmelzenkanals im Bereich der Vertiefung einen maximalen Abstand von der gedachten Verlängerung der Außenkontur des Verschlussabschnittes, der größer ist als der maximale Abstand von der gedachten Verlängerung der Außenkontur des Verschlussabschnittes in allen sich an die Vertiefung anschließenden Abschnitten des Schmelzenkanals.
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Alternativ dazu könnte die Vertiefung auch in einer Innenfläche des Umleitabschnittes angeordnet sein, sodass zwischen dem Umleitabschnitt und einer gedachten Verlängerung der Innenkontur des Nadelkanals des Verschlussabschnittes über den Umleitabschnittes einerseits und der Innenkontur des Nadelkanals des Umleitabschnittes andererseits zumindest ein Abschnitt eines Schmelzenkanals ausgebildet wird.
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Im Grunde genommen würde sich bei eingesetzter Verschlussnadel der Schmelzenkanal im Bereich der Vertiefung zwischen der Verschlussnadel und der Innenfläche des Umleitungselementes ausbilden.
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Darüber hinaus ist es möglich, dass die Verschlussnadel mehrteilig ausgebildet ist und beispielsweise eine Nadelmanschette und einer Nadelhülse aufweist.
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Eine solche Ausführungsform ist in den 11 und 12 dargestellt. Die 11 und 12 zeigen jeweils Schnittansichten einer vierten Ausführungsform, wobei die Schnittebenen der 11 und 12 senkrecht zueinander angeordnet sind. Dargestellt ist ein Umlenkstopfen 1'. Dieser Umlenkstopfen 1' ist dafür vorgesehen, in einer Heißkanalplatte (nicht gezeigt) eingesetzt zu werden, die entsprechende Öffnungen zur Aufnahme des Umlenkstopfen 1' aufweist. Der Umlenkstopfen 1' weist einen Heißkanal 3 auf. Durch den Umlenkstopfen 1' erstreckt sich ein Nadelkanals, der in dieser Ausführungsform als Stufenbohrung ausgebildet ist. Der Heißkanal 3 stellt eine Verbindung von der Außenfläche des Umlenkstopfens 1' zu dem Nadelkanal zur Verfügung.
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Bei dieser gezeigten Ausführungsform weist die Verschlussnadel sechs eine Nadelmanschetten 23 auf, welche ein Stück Kick mit dem Kolbengehäuse 101' verbunden ist und die Verschlussnadel sechs abstützt. Darüber hinaus weist die Verschlussnadel sechs eine Nadelhülse 22 auf, die in dem Bereich des Nadelkanals angeordnet ist, der einen größeren Innendurchmesser aufweist. Fläche der Nadelmanschette 23 schließt abschnittsweise mit der Innenfläche der Nadelhülse 22 ab.
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Man erkennt, dass eine Vertiefung 12 in die Innenfläche des Umleitabschnittes im Bereich der Mündung des Heißkanals 3 eingebracht ist. Der Heißkanalausgang 25 befindet sich folglich an der Position der Mündung des Heißkanals 3 in die Vertiefung 12. Dadurch bildet sich aufgrund der Vertiefung 12 zwischen dem Umleitabschnitt und einer gedachten Verlängerung der Innenkontur des Nadelkanals des Verschlussabschnittes über den Umleitabschnittes einerseits und der Innenkontur des Nadelkanals des Umleitabschnittes andererseits ein Abschnitt eines Schmelzenkanal. Die Vertiefung 12 ist derart ausgebildet, dass der Schmelzenkanal im Bereich der Vertiefung einen maximalen Abstand von der gedachten Verlängerung der Innenkontur des Nadelkanals des Verschlussabschnittes hat, der größer ist als der maximale Abstand von der gedachten Verlängerung der Innenkontur des Nadelkanals des Verschlussabschnittes in allen sich an die Vertiefung anschließenden Abschnitten des Schmelzenkanals.
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Die plastifizierte Schmelze wird über die entsprechenden Kanäle der Heißkanalplatte in den Heißkanal 3 überführt, welche die Schmelze von der Außenseite des Umlenkstopfens 1' ins Innere des Umlenkstopfens 1' führt. Die Nadelhülse 22 ist im oberen Abschnitt des Nadelkanals mit größerem Innendurchmesser angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Schmelze in Richtung Kolbengehäuses strömen kann. Zwischen der Innenfläche des Umlenkstopfens 1' und der Außenfläche der Nadelhülse 22 wird ein Abschnitt des Schmelzenkanals gebildet. Grundsätzlich könnte der Schmelzenkanal entweder durch Ausnehmungen in der Innenkontur des Umlenkstopfens oder durch Ausnehmungen in der Außenkontur der Nadelhülse 22 gebildet werden. Alternativ könnten entsprechende Ausnehmungen sowohl in der Außenkontur der Nadelhülse 22 als auch in der Innenkontur des Umlenkstopfens 1' eingebracht sein.
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In der gezeigten Ausführungsform wird im Bereich der Einmündung des Heißkanals 3, d. h. im Bereich der Vertiefung 12 der Schmelzenkanal verzweigte, sodass er sich beidseitig in Umfangsrichtung um 90° um die Nadelhülse 23 herum bewegt.
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In 12 ist eine Schnittansicht gezeigt, in welcher der Schmelzenkanal mit der Bezugszahl 24 bezeichnet ist. Man erkennt in 12, dass der Abschnitt des Schmelzenkanal, der sich zwischen der Innenfläche des Umlenkstopfens 1' und der Außenfläche der Nadelhülse 22 erstreckt, über Querbohrungen 20, mit dem Inneren der Nadelhülse 22 verbunden sind. Hier trifft die Schmelze auf die Außenfläche der Nadelmanschette 23. Die Nadelmanschette 23 ist derart ausgebildet, dass im Bereich des Umleitungsabschnittes zwischen der Nadelmanschette 23 einerseits und der Innenkontur der Nadelhülse 22 andererseits ein Spalt verbleibt, der den Schmelzenkanal bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1,1'
- Umlenkstopfen
- 2
- Düsenkanal
- 3
- Heißkanal
- 4
- Heißkanalplatte
- 5
- Nadelkanal
- 6
- Nadel
- 7
- Kolben
- 8
- Verschlussabschnitt des Umlenkstopfens
- 9
- Umleitabschnitt des Umlenkstopfens
- 10
- Innenwand
- 11
- Abschnitt des Schmelzenkanals
- 12
- Vertiefung des Umleitabschnittes
- 13
- Umlenkelement
- 14
- Hauptverzweigungselement
- 15
- Unterverzweigungselement
- 16
- Hauptverzweigungsabschnitt
- 17
- Unterverzweigungsabschnitt
- 18
- V-förmige Rille
- 19
- Kegelförmiger Abschnitt
- 20,20'
- Querbohrung
- 21
- Trichterförmige Verengung
- 22
- Nadelhülse
- 23
- Nadelmanschette
- 24
- Schmelzenkanal
- 25
- Heißkanalausgang
- 101, 101'
- Kolbengehäuse
- 104
- Vorderes Ende der Ventilnadel
- 107
- Obere Kammer
- 108
- Untere Kammer
- 110
- Wand
- 112
- Nut
- 140
- O-Ring
- 141
- Gleitring
- 151
- Angussdüse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006005643 A1 [0003]
- EP 2781331 B1 [0011]
- US 7753676 B2 [0011]