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GEBIETDERERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Spritzgussformen zum Spritzgiessen von Kunststoffen und anderer thermoplastischer Materialien. Insbesondere betrifft sie eine Form, die eine Seitenanspritzdüse umfasst, und eine Seitenanspritzdüse.
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ALLGEMEINERSTANDDERTECHNIK
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Vom Stand der Technik sind Seitenanspritzdüsen bekannt, die einen Düsenkopf und mehrere Düsenspitzen umfassen. Die Düsenspitzen in einer Seitenanspritzdüse sind gewöhnlich am Düsenkopf angeordnet, wobei sie bezogen auf die allgemeine Richtung der Seitenanspritzdüse seitwärts zeigen. Den Düsenkopf umgebend sind Kavitätshälften angeordnet, die Kavitäten bilden, wenn sich zwei Formhälften der Spritzgussform in einer geschlossenen Position befinden und die Kavitätshälften mit einer bestimmten Düsenspitze in Fluidverbindung stehen. Während der Düsenkopf und die Düsenspitzen, die damit verbunden sind, auf einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials gehalten werden, werden die Formhälften, in denen die Kavitätshälften angeordnet sind, auf einer Temperatur gehalten, die wesentlich unter der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials liegt. Auf diese Weise wird das Kunststoffmaterial, das in die Kavitäten eingespritzt wird, sofort ausgehärtet, wenn es mit einer Kavitätswand in Kontakt kommt, um effizient das Kunststoffteil zu bilden. Die allgemeine Konstruktion der Spritzgussform muss so erfolgen, dass eine präzise Temperatursteuerung des geschmolzenen Kunststoffmaterials erlaubt wird, das durch den Düsenkopf und die einzelnen Düsenspitzen fliesst, wobei ebenfalls eine effiziente Kühlung der einzelnen Kavitätshälften vorgesehen wird, um eine kurze Zykluszeit und hohe Qualität der produzierten Kunststoffteile zu erlauben.
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Vom Stand der Technik sind mehrere Versuche bekannt, die sich mit der oben beschriebenen Aufgabe befasst haben, die nachfolgend kurz beschrieben werden.
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CA2149385AA, zuerst im November 1996 im Namen von Mold-Masters Ltd veröffentlicht, betrifft eine Spritzgussvorrichtung zum Seitenanguss zu mehreren Kavitäten, die um eine mittlere beheizte Düse herum angeordnet sind, die sich durch eine Öffnung in der Form erstreckt. Mehrere Seitenanguss-Dichtungen sind in einem Vorderabschnitt der Düse angeordnet, wobei jede zwischen einem von mehreren Radialabschnitten eines Schmelzekanals durch die Düse und einem Anguss, der zu einer der Kavitäten führt, ausgerichtet ist. Die Seitenangussdichtungen weisen jeweils ein Aussenende auf, das sich an der Innenfläche der Öffnung in der Form vorbei weit genug nach aussen erstreckt, um Raum für Kühlleitungen zu schaffen, die sich zwischen den Kavitäten und der Mittelöffnung erstrecken. Die Seitenangussdichtungen werden angebracht, nachdem die Düse in der Öffnung in der Form abgedichtet ist.
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CA2332061AA, zuerst im Juli 2002 im Namen von Mold-Masters Ltd veröffentlicht, betrifft ein Düsenende, das zur abnehmbaren Anbringung an einem Düsenkörper zur Nutzung in Mehrspitzen-Formanwendungen, wie beispielsweise Seitenanspritzsystemen, vorgesehen ist. Das Düsenende ist aus einem stark wärmeleitenden Material hergestellt und ist vorzugsweise zumindest teilweise ins vordere Ende eines beheizten Düsenkörpers eingesetzt. Abnehmbare Düsenspitzen sind ins Vorderende des Düsenendes einsetzbar.
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DARSTELLUNG DERERFINDUNG
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In einer bevorzugten Variante umfasst die Spritzgussform einen Formeinsatzrahmen, der einen Teil einer ersten Formhälfte bildet und mehrere Öffnungen aufweist, die sich in einer axialen Richtung erstrecken. Der Formeinsatzrahmen beherbergt in jeder Öffnung einen Formeinsatz, der eine (erste) Kavitätshälfte umschliesst, die geeignet ist, während des Betriebs in Kombination mit einer entsprechenden (zweiten) Kavitätshälfte, die einen Teil einer zweiten Formhälfte bildet, geschmolzenen Kunststoff aufzunehmen, um darin ein Kunststoffteil zu bilden. Vorzugsweise sind die mehreren Öffnungen mit den Formeinsätzen um eine Mittelöffnung des Formeinsatzrahmens verteilt.
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Gewöhnlich ist ein Düsenkopf in der Mittelöffnung des Formeinsatzrahmens angeordnet. Er umfasst einen Primärschmelzekanal, der sich in der axialen Richtung erstreckt. Pro Kavität ist ein Sekundärschmelzekanal an einem dorsalen Ende mit dem Primärschmelzekanal und an einem distalen Ende durch eine Düsenspitze, die am Düsenkopf angebracht ist, mit einer Kavität verbunden.
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Effiziente Kühlung kann durch zwei unabhängige Kühlkanäle erreicht werden, wie nachstehend genauer beschrieben. Ein erster Kühlkanal umgibt die Kavität und steht über den Formeinsatzrahmen mit einem ersten Kühlkreislauf in Fluidverbindung. Vorzugsweise steht ein zweiter Kühlkanal über den Formeinsatzrahmen mit einem zweiten Kühlkreislauf in Fluidverbindung. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der erste Kühlkanal die Kavität distal von der Düsenspitze umschliesst und der zweite Kühlkanal die Kavität angrenzend an die Düsenspitze umschliesst. Je nach den Ergebnissen, die erreicht werden sollen, kann zumindest der Aus- und Einlass bzw. die Aus- und Einlässe der Kühlkreisläufe kombiniert werden. Während der erste Kühlkanal vorzugsweise spiralförmig ist, weist derzweite Kühlkanal in der axialen Richtung z betrachtet einen „C“-förmigen Querschnitt auf, der der Kontur der Kavitätshälfte im Formeinsatz angrenzend an die Düsenspitze folgt.
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Eine einfache Konstruktion ist dann möglich, wenn mindestens ein Kühlkanal zwischen einer Innenwand der Öffnung und einer dazu korrespondierenden Aussenwand des Formeinsatzes angeordnet ist. Der Formeinsatzrahmen kann eine zylinderförmige Aussenseitenwand umfassen, in der sich ein erster Zufuhrkanal in Umfangsrichtung erstreckt. Ferner kann sich ein zweiter Zufuhrkanal in einer Umfangsrichtung in der zylinderförmigen Aussenseitenwand erstrecken. Je nach der Konstruktion können der erste und der zweite Zufuhrkanal miteinander in Fluidverbindung stehen. Gegebenenfalls bildet der erste Zufuhrkanal einen Teil des ersten Kühlkreislaufes, während der zweite Kühlkanal einen Teil des zweiten Kühlkreislaufs bilden kann.
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In einer bevorzugten Variante kann der Formeinsatzrahmen einen unteren Teil und einen oberen Teil umfassen, die an einer Bodenfläche getrennt sind. Gewöhnlich ist mindestens ein elektrischer Verbinder in der Bodenfläche bzw. in deren Überstand angeordnet. Durch diese Konstruktion können die Kühlkreisläufe und die elektrischen Verbindungen effizient räumlich voneinander getrennt sein, wobei Störungen vermieden werden, z.B. während der Wartung. Der mindestens eine elektrische Verbinder ist vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Bodenfläche des Formeinsatzrahmens versetzbar angeordnet. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Position des elektrischen Verbinders in Bezug auf die Bodenfläche durch eine Stellschraube von aussen angepasst werden kann. Der mindestens eine elektrische Verbinder kann in einer Vertiefung des Formeinsatzrahmens angrenzend an die Bodenfläche angeordnet sein. Dadurch ist er platzsparend und vor äusseren Einflüssen geschützt angeordnet. Dies erlaubt es zudem beim Zusammenbau, den elektrischen Verbinder anzuschliessen, nachdem der vormontierte Einsatzrahmen in eine erste Formhälfte der Spritzgussform eingesetzt wurde, mittels der Stellschraube. Das Anschliessen des elektrischen Verbinders als einen der letzten Schritte erhöht die Sicherheit während des Zusammenbaus.
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Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der Düsenkopf in mindestens einer Richtung durch einen Abstandshalter, der gleichzeitig als Stützelement für den Düsenkopf in mindestens einer Richtung wirkt, thermisch bezogen auf eine obere Fläche getrennt ist, insbesondere während des Einspritzens von geschmolzenem Kunststoffmaterial, stützt es den Düsenkopf gegen die Reaktionskräfte, die sich aus dem Einspritzdruck in der axialen Richtung ergeben. Der Abstandshalter ist vorzugsweise konzentrisch zur allgemeinen Richtung des Primärschmelzekanals im Düsenkopf angeordnet. Um eine minimale thermische Kopplung zwischen dem Formeinsatzrahmen und der oberen Fläche zu erreichen, besteht das Stützelement vorzugsweise aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, wie einem Keramikmaterial, jedoch sind andere Materialien denkbar.
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In einer bevorzugten Variante erstrecken sich die Schmelzekanäle vom Primärschmelzekanal sternförmig in einer radialen Richtung. Sie sind vorzugsweise bezogen auf die Mittelachse bzw. den Primärschmelzekanal drehsymmetrisch angeordnet. Für einen ausgewogenen Betrieb weisen alle Sekundärschmelzekanäle vorzugsweise dieselbe Länge auf. Für beste Ergebnisse sind zwei benachbarte Sekundärschmelzekanäle vorzugsweise durch einen Spalt, der sich in axialer Richtung erstreckt, thermisch voneinander getrennt. Ähnlich wie die Sekundärschmelzekanäle sind die Spalte vorzugsweise sternförmig in einer radialen Richtung angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können die Primärschmelzekanäle zumindest teilweise durch einen Umfangsspalt, der in Umfangsrichtung zum Primärschmelzekanal angeordnet ist, thermisch von den Sekundärschmelzekanälen getrennt sein. Die mehreren Spalte in radialer Richtung erstrecken sich in den Umfangsspalt. Dadurch bildet der Umfangsspalt in Kombination mit den mehreren Spalten in der radialen Richtung Segmente des Düsenkopfes mit verringerter thermischer Verbindung zwischen benachbarten Segmenten.
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Je nach der Konstruktion kann mindestens ein Heizelement angrenzend an einen Sekundärschmelzekanal angeordnet sein. Vorzugsweise ist das mindestens eine Heizelement in einem Loch im Düsenkopf angeordnet. Gegebenenfalls ist mindestens ein Sensorelement angrenzend an einen zweiten Schmelzekanal angeordnet. Vorzugsweise ist das mindestens eine Sensorelement in einem Loch im Düsenkopf angeordnet. Das Heizelement und das Sensorelement können platzsparend im selben Loch angeordnet sein. Das Sensorelement kann für eine noch kompaktere Bauweise ins Heizelement integriert sein.
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Für beste Leistung können angrenzend an jeden Sekundärschmelzekanal ein diesem zugeordnetes Heizelement und ein zugehöriges Sensorelement angeordnet sein, die in Umfangsrichtung durch mindestens einen Spalt voneinander getrennt sind. Dies sorgt für eine minimale thermische Kopplung zwischen zwei benachbarten Sekundärschmelzekanälen und erlaubt eine Temperatursteuerung für jeden einzelnen Sekundärschmelzekanal.
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Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung Ausführungsformen darstellen und einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis der Art und des Wesens der Offenbarung bereitstellen sollen. Die begleitenden Zeichnungen sind für weiteres Verständnis beigefügt und sind in dieser Beschreibung enthalten und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien und den Betrieb der offenbarten Konzepte zu erläutern.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebene Erfindung wird anhand der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nicht als Einschränkung der in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen Erfindung angesehen werden sollten, vollständiger verstanden. Die Zeichnungen zeigen:
- 1 eine erste Variante einer Spritzgussform perspektivisch in einer Teilschnittansicht;
- 2 zeigt die Variante gemäss 1 perspektivisch in einer auseinandergezogenen Ansicht;
- 3 zeigt einen Düsenkopf gemäss 1 in perspektivischer Ansicht.
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BESCHREIBUNGDERAUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird nun im Detail auf bestimmte Ausführungsformen Bezug genommen, für welche in den begleitenden Zeichnungen Beispiele darstellt sind, in denen einige, aber nicht alle Merkmale gezeigt sind. In der Tat können Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, in vielen verschiedenen Formen ausgebildet sein und sollten nicht in dem Sinne ausgelegt werden, dass sie auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt sind; vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung die geltenden gesetzlichen Anforderungen erfüllt. Wann immer möglich, werden gleiche Bezugszeichen genutzt, um auf gleiche Komponenten oder Teile zu verweisen.
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1 zeigt relevante Aspekte einer ersten Variante einer Spritzgussform 1 perspektivisch in einer Teilschnittansicht. 2 zeigt die Variante gemäss 1 perspektivisch in einer auseinandergezogenen Ansicht, und 3 zeigt einen Düsenkopf gemäss 1 mit verdeckten Kanten, die als gestrichelte Linien dargestellt sind. Nicht gezeigt ist die vollständige Form, welche die nachstehend beschriebenen Elemente umfasst. Eine Form umfasst gewöhnlich zusätzlich eine erste Formhälfte (Düsenseite), in welcher die Elemente, die nachstehend gezeigt werden, während der Produktion aufgenommen sind. Ferner umfasst die Form gewöhnlich eine zweite Formhälfte (Auswerferseite), die in einer geschlossenen Position mit der ersten Formhälfte zusammenwirkt, wobei mindestens eine Kavität gebildet wird, wie nachstehend genauer beschrieben.
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Die Spritzgussform 1, die in 1 teilweise gezeigt ist, umfasst einen Formeinsatzrahmen 2 mit mehreren Öffnungen 3, die sich in einer axialen Richtung (Z-Richtung) erstrecken. Jede der Öffnungen 3 beherbergt einen Formeinsatz 4, der eine (erste) Kavitätshälfte 5 umschliesst. Die (erste) Kavitätshälfte 5 bildet in Kombination mit einer entsprechenden (zweiten) Kavitätshälfte (nicht gezeigt) in einer geschlossenen Position der Spritzgussform 1 eine Kavität, die geeignet ist, während des Betriebs geschmolzenen Kunststoff aufzunehmen, um ein Kunststoffteil zu bilden. Die Öffnungen 3 mit den Formeinsätzen 4 sind um eine Mittelöffnung 6 des Formeinsatzrahmens 2 verteilt.
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Ein Düsenkopf 7, wie am besten in 3 sichtbar, ist in der Mittelöffnung 6 des Formeinsatzrahmens 2 angeordnet. Der Düsenkopf 7 umfasst einen Primärschmelzekanal 8, der sich in der axialen Richtung z, oder genauer gesagt um eine Mittelachse 28 erstreckt. Pro Kavität 5 ist ein Sekundärschmelzekanal 9 an einem dorsalen Ende mit dem Primärschmelzekanal 8 und an einem distalen Ende durch eine Düsenspitze 10, die am Düsenkopf 7 angebracht ist, mit einer Kavität 5 verbunden.
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Ein Düsenkörper 37 ist während der Produktion in der Mittelöffnung 6 beherbergt, und der Düsenkörper37 ist mit dem Primärschmelzekanal 8 des Düsenkopfes 7 verbunden, wie in 1 gezeigt.
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Wie in 2 dargestellt, umfasst jeder Formeinsatz 4 einen spiralförmigen ersten Kühlkanal 11, der die Kavität 5 distal von der Düsenspitze 10 umgibt und umschliesst. Der erste Kühlkanal 11 steht über den Formeinsatzrahmen 2 mit einem ersten Kühlkreislauf 12 in Fluidverbindung, und seine Ein- und Auslassöffnungen befinden sich in der axialen Richtung im Wesentlichen auf derselben Ebene. Bei Betrachtung in der axialen Richtung z umschliesst ein „C“-förmiger zweiter Kühlkanal 13 die Kavität 5 angrenzend an die Düsenspitze 10 und steht mit einem zweiten Kühlkreislauf 14 über den Formeinsatzrahmen 2 in Fluidverbindung. In der dargestellten Variante der 1 und 2 umfasst der Kühlkanal 13 zwei „C“-förmige Kreisläufe, jedoch ist eine andere Anzahl von Kreisläufen denkbar. In der gezeigten Variante ist mindestens ein Kühlkanal 11, 13 zwischen einer Innenwand 15 der Öffnung 3 und einer dazu korrespondierenden Aussenwand 16 des Formeinsatzes 4 angeordnet. Im vorliegenden Fall ist der erste Kühlkanal 11 zwischen einer Innenwand 15 der Öffnung 3 und einer dazu korrespondierenden Aussenwand 16 des Formeinsatzes 4 angeordnet.
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Wie in den 1 und 2 ersichtlich, sind ein erster und ein zweiter Zufuhrkanal 18, 19 in einer zylinderförmigen Aussenseitenwand 17 des Formeinsatzrahmens 2 angeordnet, die sich jeweils in Umfangsrichtung erstrecken.
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Die auseinandergezogene Ansicht von 2 gewährt Einsicht in den Schichtaufbau des Formeinsatzrahmens 2, der eine Bodenfläche 20, in der mindestens ein elektrischer Verbinder 21 angeordnet ist, und eine obere Fläche 24 umfasst. Zwischen der oberen Fläche 24 und der Bodenfläche 20 sind in der axialen Richtung z der Formeinsatzrahmen 2 und der Düsenkopf 7 im zusammengesetzten Zustand angeordnet, wie in 1 gezeigt.
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Der mindestens eine elektrische Verbinder 21 ist senkrecht zur Bodenfläche 20 versetzbar angeordnet, und die Position des elektrischen Verbinders 21 bezogen auf die Bodenfläche 20 kann durch eine Stellschraube 22 von aussen angepasst werden, wie am besten in 1 ersichtlich. Eine Vertiefung 23 des Formeinsatzrahmens 2 angrenzend an die Bodenfläche 20 beherbergt den elektrischen Verbinder 21.
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Der Düsenkopf 7 ist zumindest in der axialen Richtung durch einen Abstandshalter 25 thermisch bezogen auf eine obere Fläche 24 getrennt, und der Abstandshalter 25 ist konzentrisch zum Primärschmelzekanal 8 angeordnet. Um eine thermische Entkopplung der oberen Fläche 24 vom Düsenkopf 7 zu erreichen, besteht der verbindende Abstandshalter 25 aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, einer Keramik in diesem Fall.
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3 gewährt Einsicht in die innere Struktur des Düsenkopfes 7, da verdeckte Kanten dargestellt sind. Es ist ersichtlich, dass sich die Sekundärschmelzekanäle 9 sternförmig in einer radialen Richtung vom Primärschmelzekanal 8 erstrecken. Ferner sind zwei benachbarte Sekundärschmelzekanäle 9 in Umfangsrichtung durch einen Spalt 26 thermisch voneinander getrennt, der sich in axialer Richtung z über den Düsenkopf 7 erstreckt, wobei Segmente 29 gebildet werden. In der gezeigten Variante sind schlitzartige Spalte 26 sternförmig um den Primärschmelzekanal 8 angeordnet und bilden ein drehsymmetrisches Muster. Alternativ oder zusätzlich ist der Primärschmelzekanal 8 durch einen Umfangsspalt 33, der in Umfangsrichtung zum Primärschmelzekanal 8 angeordnet ist, teilweise thermisch von den Sekundärschmelzekanälen 9 getrennt. In der Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, erstrecken sich die Spalte 26 in radialer Richtung in die Segmente 29 des Düsenkopfes 7, die den Umfangsspalt33 bilden.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, sind Heizelemente 32 angrenzend an jeden Sekundärschmelzekanal 9 jeweils in einem jeweiligen Loch 34 im Düsenkopf 7 angeordnet. Zusätzlich ist ein Sensorelement 35 angrenzend an jeden Sekundärschmelzekanal 9 in einem jeweiligen Loch 36 im Düsenkopf 7 angeordnet. Insbesondere sind die Heizelemente 32 und die Sensorelemente 35 zusammen im selben Loch 34, 36 angeordnet. Mit anderen Worten sind angrenzend an jeden Sekundärschmelzekanal 9 ein diesem zugeordnetes Heizelement 32 und ein zugehöriges Sensorelement 35 angeordnet, die in Umfangsrichtung durch mindestens einen Spalt 26 voneinander getrennt sind.
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Die Wörter, die in der Beschreibung verwendet werden, sind vielmehr beschreibend als einschränkend, und es versteht es sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzgussform
- 2
- Formeinsatzrahmen
- 3
- Öffnung (für Formeinsatz)
- 4
- Formeinsatz
- 5
- Kavität (Hälfte) (in Formeinsatz)
- 6
- Mittelöffnung
- 7
- Düsenkopf
- 8
- Primärschmelzekanal
- 9
- Sekundärschmelzekanal
- 10
- Düsenspitze
- 11
- Erster Kühlkanal
- 12
- Erster Kühlkreislauf
- 13
- Zweiter Kühlkanal
- 14
- Zweiter Kühlkreislauf
- 15
- Innenwand (Öffnung)
- 16
- Aussenwand (Einsatz)
- 17
- Aussenseitenwand (Formeinsatzra hmen)
- 18
- Erster Zufuhrkanal (in Aussenseitenwand des Formeinsatzes)
- 19
- Zweiter Zufuhrkanal (in Aussenseitenwand des Formeinsatzes)
- 20
- Bodenfläche (Formeinsatzrahmen)
- 21
- Elektrischer Verbinder
- 22
- Stellschraube (für Position des elektrischen Verbinders)
- 23
- Vertiefung (in elektrischem Verbinder)
- 24
- Obere Fläche (Formeinsatzrahmen)
- 25
- Abstandshalter
- 26
- Spalt (radial, zwischen Sekundärschmelzekanal)
- 28
- Mittelachse (Düsenkopf)
- 29
- Segment (Düsenkopf)
- 32
- Heizelement (Sekundärschmelzekanal)
- 33
- Umfangsspalt
- 34
- Loch (für Heizelement)
- 35
- Sensorelement
- 36
- Loch (fürSensorelement)
- 37
- Düsenkörper
