DE102021119829A1

DE102021119829A1 - hot runner nozzle

Info

Publication number: DE102021119829A1
Application number: DE102021119829.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Hallenberger; Torsten Glittenberg
Original assignee: Witosa GmbH
Current assignee: Witosa GmbH
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-02

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Heißkanaldüse (1) für Spritzgießformen, aufweisend ein Düsenrohr (10), in dem ein Durchtrittskanal (11) zum Durchtritt einer Kunststoffschmelze ausgebildet ist, wobei sich der Durchtrittskanal (11) von einer rückseitigen Kanaleintrittsseite (12) bis zu einer vorderseitigen Düsenspitze (13) entlang einer Mittelachse (14) erstreckt und in wenigstens einem Austrittskanal (15) in der Düsenspitze (13) mündet, durch den die Kunststoffschmelze austreibbar ist, wobei ein Anlagekragen (16) zur dichtenden Anlage gegen die Spritzgießform vorgesehen ist, und wobei wenigstens das Düsenrohr (10), der Anlagekragen (16) und/oder die Düsenspitze (13) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens als einteiliger Grundkörper (17) hergestellt sind. Erfindungsgemäß weist der Grundkörper (17) wenigstens umfassend das Düsenrohr (10) einen ersten Werkstoff insbesondere umfassend einen Warmarbeitsstahl auf und die Düsenspitze (13) weist einen zweiten Werkstoff insbesondere umfassend ein Stellit auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heißkanaldüse (1).The invention relates to a hot runner nozzle (1) for injection molds, having a nozzle tube (10) in which a through-channel (11) for the passage of a plastic melt is formed, the through-channel (11) extending from a rear channel entry side (12) to a front nozzle tip (13) along a central axis (14) and opens into at least one outlet channel (15) in the nozzle tip (13), through which the plastic melt can be expelled, a contact collar (16) being provided for sealing contact against the injection mold, and wherein at least the nozzle tube (10), the contact collar (16) and/or the nozzle tip (13) are produced as a one-piece base body (17) by means of an additive manufacturing process. According to the invention, the base body (17), at least including the nozzle tube (10), has a first material, in particular including a hot-work tool steel, and the nozzle tip (13) has a second material, in particular including a stellite. The invention also relates to a method for producing such a hot runner nozzle (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißkanaldüse für Spritzgießformen, aufweisend ein Düsenrohr, in dem ein Durchtrittskanal zum Durchtritt einer Kunststoffschmelze ausgebildet ist, wobei sich der Durchtrittskanal von einer rückseitigen Kanaleintrittsseite bis zu einer vorderseitigen Düsenspitze entlang einer Mittelachse erstreckt und in wenigstens einem Austrittskanal in der Düsenspitze mündet, durch den die Kunststoffschmelze austreibbar ist, wobei ein Anlagekragen zur dichtenden Anlage gegen die Spritzgießform vorgesehen ist, und wobei wenigstens das Düsenrohr, die Düsenspitze und/oder der Anlagekragen mittels eines generativen Fertigungsverfahrens als einteiliger Grundkörper hergestellt sind.The invention relates to a hot runner nozzle for injection molds, comprising a nozzle tube in which a through-channel for the through-flow of a plastic melt is formed, the through-channel extending from a rear channel entry side to a front nozzle tip along a central axis and opening into at least one outlet channel in the nozzle tip. through which the plastic melt can be expelled, with a contact collar being provided for sealing contact against the injection mold, and with at least the nozzle tube, the nozzle tip and/or the contact collar being produced as a one-piece base body by means of an additive manufacturing process.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der DE 10 2006 029 152 A1 ist eine gattungsbildende Heißkanaldüse für Spritzgießformen bekannt. Derartige Heißkanaldüsen dienen dazu, eine vorgeheizte, plastifizierte Kunststoffmasse in eine Spritzgießform einzuspritzen, wobei die Heißkanaldüse mit der Düsenspitze in die Kavität der Spritzgießform mündet. Ist der Spritzguss erfolgt, so schließt sich eine Abkühlphase an, während der die Kunststoffschmelze für den bereits nächsten Spritzgussschritt in der Heißkanaldüse im plastifizierten Zustand vorgehalten werden muss. Hierzu ist die Heißkanaldüse beheizt, wobei moderne, insbesondere hoch additivierte Kunststoffe in einem nur schmalen Temperaturband vorgehalten werden dürfen, ohne dass die Kunststoffschmelze bei zu niedriger Temperatur entweder bereits erstarrt und der Folgeprozess unmöglich wird, oder die Kunststoffmasse überhitzt, sodass sich insbesondere aufadditivierte Bestandteile der Kunststoffmasse zersetzen und die späteren Spezifikationen eines aus der Kunststoffmasse gespritzten Bauteils nicht eingehalten werden können.From the DE 10 2006 029 152 A1 a generic hot runner nozzle for injection molds is known. Hot runner nozzles of this type are used to inject a preheated, plasticized plastic mass into an injection mold, with the hot runner nozzle opening with the nozzle tip into the cavity of the injection mold. Once the injection molding has taken place, a cooling phase follows, during which the plastic melt has to be kept in the hot runner nozzle in the plasticized state for the next injection molding step. For this purpose, the hot runner nozzle is heated, whereby modern plastics, in particular those with high levels of additives, can only be kept in a narrow temperature range without the plastic melt either already solidifying at too low a temperature and the subsequent process becoming impossible, or the plastic mass overheating, so that additive components in particular build up Decompose plastic mass and the later specifications of a component injected from the plastic mass cannot be met.

Die US 2016/0151948 A1 offenbart eine Heißkanaldüse für Spritzgießformen, aufweisend ein Düsenrohr, in dem ein Durchtrittskanal zum Durchtritt einer Kunststoffschmelze ausgebildet ist, wobei sich der Durchtrittskanal von einer rückseitigen Kanaleintrittsseite bis zu einer vorderseitigen Düsenspitze entlang einer Mittelachse erstreckt und in wenigstens einem Austrittskanal in der Düsenspitze mündet, durch den die Kunststoffschmelze austreibbar ist, wobei ein Anlagekragen zur dichtenden Anlage gegen eine Werkzeugform vorgesehen ist, und wobei wenigstens das Düsenrohr, die Düsenspitze und der Anlagekragen mittels eines generativen Fertigungsverfahrens als einteiliger Grundkörper hergestellt sind.The U.S. 2016/0151948 A1 discloses a hot runner nozzle for injection molds, having a nozzle tube in which a through-channel for the through-flow of a plastic melt is formed, the through-channel extending from a rear channel entry side to a front nozzle tip along a central axis and opening into at least one outlet channel in the nozzle tip, through which the plastic melt can be expelled, with a contact collar being provided for sealing contact against a tool mold, and with at least the nozzle tube, the nozzle tip and the contact collar being produced as a one-piece base body by means of an additive manufacturing process.

Die DE 10 2010 056 073 A1 offenbart eine Heißkanaldüse, wobei angegeben ist, dass diese mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Darin wird beschrieben, dass als pulverförmige Werkstoffe für die generative Herstellung des Düsenkörpers diverse Stähle, Nichteisen-Metalle, Sintermetalle, Keramiken usw. geeignet sind. Durch den Laserstrahl können diese verschiedenen Materialien hochfest miteinander verschmolzen werden. Partiell können auch sehr verschleißfeste Materialien verwendet werden, um z. B. eine Führung für eine Verschlussnadel in der Düse aufzubauen.The DE 10 2010 056 073 A1 discloses a hot runner nozzle, it being stated that this is produced by means of an additive manufacturing process. It describes that various steels, non-ferrous metals, sintered metals, ceramics, etc. are suitable as powdered materials for the additive manufacturing of the nozzle body. These different materials can be fused together with high strength using the laser beam. Partially very wear-resistant materials can be used to z. B. to build a guide for a valve needle in the nozzle.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren Verbesserung einer Heißkanaldüse mit einem im generativen Verfahren hergestellten Grundkörper, der einerseits ein vorteilhaftes Wärmeleitverhalten und Festigkeitsverhalten und andererseits ein besonders gutes Verschleißverhalten insbesondere im Bereich der Düsenspitze aufweist.The object of the invention is to further improve a hot runner nozzle with a base body produced in an additive process, which on the one hand has advantageous thermal conductivity and strength behavior and on the other hand has particularly good wear behavior, particularly in the area of the nozzle tip.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einer Heißkanaldüse, wobei der Grundkörper wenigstens umfassend das Düsenrohr einen ersten Werkstoff und die Düsenspitze einen vom ersten Werkstoff abweichenden zweiten Werkstoff aufweist.The object of the invention is achieved with a hot runner nozzle, wherein the base body, at least including the nozzle tube, has a first material and the nozzle tip has a second material that differs from the first material.

Kerngedanke der Erfindung ist die vorteilhafte Nutzung eines generativen Fertigungsverfahrens zur Herstellung des Grundkörpers der Heißkanaldüse, wobei insbesondere ein sogenanntes Laser-Selective-Melting (SLM) Verfahren zur Anwendung kommen kann, wobei während des Verfahrensablaufes der Werkstoff zur Herstellung des Grundkörpers gewechselt wird oder der zweite Werkstoff wird mittels eines Auftragsverfahrens, insbesondere mittels eines Laserauftragsverfahrens beispielsweise unter Bereitstellung des zweiten Werkstoffes in Form eines zuführbaren Drahtes auf den ersten Werkstoff aufgebracht. Dabei soll das Düsenrohr mit dem ersten Werkstoff hergestellt werden, wobei wenigstens die Düsenspitze mit dem zweiten Werkstoff hergestellt wird. Dabei kann es wahlweise auch vorgesehen sein, den Anlagekragen und/oder Bereiche unter der Düsenspitze entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Werkstoff herzustellen, insbesondere je nach dem, wo die Teilungsebene vorgesehen wird. Insofern können der Düsenkörper und der Anlagekragen gleichermaßen auf Basis des ersten Werkstoffes gemeinsam hergestellt sein oder der Anlagekragen und die Düsenspitze sind gemeinsam aus dem zweiten Werkstoff hergestellt.The core idea of the invention is the advantageous use of an additive manufacturing process for producing the base body of the hot runner nozzle, in which case a so-called laser selective melting (SLM) process can be used in particular, with the material for producing the base body being changed during the process sequence or the second Material is applied to the first material by means of an application method, in particular by means of a laser application method, for example with the provision of the second material in the form of a feedable wire. The nozzle tube is to be manufactured with the first material, with at least the nozzle tip being manufactured with the second material. In this case, it can optionally also be provided to produce the contact collar and/or areas under the nozzle tip either with the first or with the second material, in particular depending on where the parting plane is provided. In this respect, the nozzle body and the contact collar can likewise be produced together on the basis of the first material, or the contact collar and the nozzle tip can be produced together from the second material.

Bei generativen Fertigungsverfahren der hier interessierenden Art werden pulverförmige metallische Werkstoffe bereitgestellt, die durch selektives Laserbestrahlen miteinander gesintert werden können. Dabei wird der Grundkörper schichtweise erzeugt, indem in einer Vielzahl von Laserüberläufen jeweils eine dünne Schicht aus einem pulverförmigen Werkstoff vollflächig, beispielsweise mittels eines Rakels auf eine entsprechende Unterlage aufgetragen wird. Wächst der Grundkörper in seiner Mittelachse langsam an, so bildet der bereits fertige Teil des Grundkörpers die Unterlage.In the case of generative manufacturing processes of the type of interest here, powdered metallic materials are provided which can be sintered together by selective laser irradiation. In this case, the base body is produced in layers by a large number of laser overflows in each case a thin layer of a powdered material is applied over the entire surface, for example by means of a squeegee, to a corresponding substrate. If the base body slowly grows in its central axis, the already finished part of the base body forms the base.

Im Rahmen der Erfindung können auch mehr als zwei voneinander unterschiedliche Werkstoffe Verwendung finden, uns es ist auch denkbar, dass die Heißkanaldüse mit den wesentlichen Bestandteilen aus drei oder mehr Werkstoffen als im Wesentlichen monolithischer Körper hergestellt wird.Within the scope of the invention, more than two different materials can also be used, and it is also conceivable that the hot runner nozzle with the essential components is made of three or more materials as an essentially monolithic body.

In Abhängigkeit von Geometriedaten der jeweiligen Schicht werden nur die Bearbeitungsstellen, die den Stellen entsprechen, an denen der Grundkörper erzeugt werden soll, eine Laserbestrahlung vorgenommen, um das Pulver zu sintern. Die Energie, die vom Laser zugeführt wird, wird vom Pulver absorbiert und führt an der Bearbeitungsstelle zu einem lokal begrenzten Sintern oder Verschmelzen von Partikeln. Anschließend wird die so erhaltene Struktur um die Dicke der Schicht abgesenkt, um in entsprechender Weise eine weitere Schicht mittels des Rakels aufzutragen und zu strukturieren. Die vorgehend genannten Verfahrensschritte werden wiederholt, bis der Grundkörper der Heißkanaldüse fertig gestellt ist. Depending on the geometry data of the respective layer, only the processing points that correspond to the points at which the base body is to be produced are subjected to laser irradiation in order to sinter the powder. The energy supplied by the laser is absorbed by the powder and leads to localized sintering or fusion of particles at the processing point. The structure thus obtained is then lowered by the thickness of the layer in order to apply and structure a further layer in a corresponding manner using the squeegee. The process steps mentioned above are repeated until the base body of the hot runner nozzle is finished.

Kerngedanke der Erfindung ist gemäß einer ersten Variante nun der Wechsel des Werkstoffes zur Herstellung beispielsweise des Düsenrohres mit dem Anlagekragen, und ab oder oberhalb des Anlagekragens wird ein Werkstoff aufgerakelt, der sich vom Werkstoff unterscheidet, der für das Düsenrohr verwendet wurde, um die Düsenspitze mittels der nachfolgenden Laserüberläufen auf dem Düsenrohr aufbauend zu erzeugen.According to a first variant, the core idea of the invention is the change of material for producing, for example, the nozzle tube with the contact collar, and a material that differs from the material that was used for the nozzle tube is applied to the nozzle tip by means of a doctor blade above or below the contact collar of the subsequent laser overflows based on the nozzle tube.

Die aufeinanderfolgenden Schichten erstrecken sich dabei in der Mittelachse, sodass der Grundkörper im generativen Fertigungsverfahren aufgebaut wird, indem dieser in der Mittelachse anwächst. So kann für den Grundkörper wenigstens umfassend das Düsenrohr und den Anlagekragen, jedoch gegebenenfalls auch Teile der Düsenspitze oder auch nur Teile des Anlagekragens mit dem ersten Werkstoff hergestellt werden, und der zweite Werkstoff wird angewendet, um wenigstens den oberen Teil der Düsenspitze oder die gesamte Düsenspitze auf den bereits vorhandenen Grundkörper aufzubauen.The successive layers extend in the central axis, so that the base body is built up in the additive manufacturing process by growing in the central axis. Thus, for the base body, at least the nozzle tube and the contact collar, but also parts of the nozzle tip or only parts of the contact collar can be produced with the first material, and the second material is used to cover at least the upper part of the nozzle tip or the entire nozzle tip to build on the existing body.

Der erste Werkstoff ist dabei erfindungsgemäß ein Warmarbeitsstahl, und der Warmarbeitsstahl ist durch eine hohe Festigkeit und eine hohe Zähigkeit gekennzeichnet, sodass aus diesem Werkstoff in vorteilhafter Weise der Grundkörper mit dem Düsenrohr und dem Anlagekragen gebildet werden kann.According to the invention, the first material is a hot-work steel, and the hot-work steel is characterized by high strength and high toughness, so that the base body with the nozzle tube and the contact collar can advantageously be formed from this material.

Die Düsenspitze ist insbesondere bei abrasiven Kunststoffschmelzen einer hohen Verschleißbelastung ausgesetzt, sodass für die Erzeugung der Düsenspitze ein Werkstoff umfassend ein Stellit vorgesehen ist. Stellite sind Werkstoffe, die sehr hohe Verschleißfestigkeiten bieten, sodass die gesamte Heißkanaldüse insofern optimiert werden kann durch einen Warmarbeitsstahl mit einer hohen Festigkeit und einer hohen Zähigkeit, und weiterhin mit einer Düsenspitze, die an sich nicht mehr mechanisch hoch belastet ist, sondern vornehmlich einer Oberflächenabrasion ausgesetzt ist. Durch die Wahl des Werkstoffes mit einem Stellit kann die Düsenspitze folglich hohe Standzeiten ermöglichen, während der sich darunter erstreckende Grundkörper, insbesondere mit dem Düsenrohr und mit dem Anlagekragen, hohe Festigkeits- und Steifigkeitswerte aufweist. Das Stellit kann den Typ 21 aufweisen, insbesondere kann das Stellit den Werkstoff L-21 CoCr aufweisen.In the case of abrasive plastic melts in particular, the nozzle tip is exposed to a high level of wear and tear, so that a material comprising a stellite is provided for producing the nozzle tip. Stellites are materials that offer very high wear resistance, so that the entire hot runner nozzle can be optimized in this respect with a hot-work tool steel with high strength and high toughness, and also with a nozzle tip that is no longer mechanically highly stressed, but primarily surface abrasion is exposed. By choosing the material with a stellite, the nozzle tip can consequently enable a long service life, while the base body extending underneath, in particular with the nozzle tube and with the contact collar, has high strength and rigidity values. The stellite can have the type 21, in particular the stellite can have the material L-21 CoCr.

Mit weiterem Vorteil können beide Werkstoffe im generativen Fertigungsverfahren aufbauend aufeinander hergestellt werden. Generative Fertigungsverfahren bieten die Möglichkeit, einen Werkstoffwechsel vorzunehmen, indem das Pulvermaterial entsprechend getauscht wird, ohne dass der bereits fertige Teil des Grundkörpers aus der SLM-Vorrichtung entnommen werden muss.With a further advantage, both materials can be manufactured in the additive manufacturing process, building on one another. Additive manufacturing processes offer the possibility of changing the material by exchanging the powder material accordingly, without having to remove the already finished part of the base body from the SLM device.

Alternativ oder zusätzlich zum Aufbau der Düsenspitze mittels des generativen Fertigungsverfahrens kann nach der Herstellung des Grundkörpers wenigstens umfassend das Düsenrohr und zumindest Teile des Anlagekragens die Düsenspitze mittels eines Auftragsschweißens, vorzugsweise mittels eines Laserauftragsschweißens, aufgebaut werden, wobei das Auftragsschweißen mittels des Werkstoffes Stellit oder alternativen hoch verschleißfesten Werkstoffen erfolgt.As an alternative or in addition to building up the nozzle tip using the additive manufacturing process, after the production of the base body, at least comprising the nozzle tube and at least parts of the contact collar, the nozzle tip can be built up by means of build-up welding, preferably by means of laser build-up welding, with the build-up welding using the material stellite or alternative high wear-resistant materials.

Die Düsenspitze kann auch teilweise mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sein und teilweise mittels eines Laserauftragsschweißens, insbesondere, wenn eine verschlissene Düsenspitze durch ein Laserauftragsschweißen wieder aufbereitet wird. So bietet sich die Möglichkeit, Heißkanaldüsen mit verschlissenen Düsenspitzen erneut aufzubauen, indem mittels eines Auftragsschweißverfahrens im Rahmen einer Überarbeitung beispielsweise der Werkstoff Stellit wieder aufgebaut wird wobei beispielsweise ein nachfolgendes Schleifverfahren herangezogen wird, um die geforderte Kontur und die Oberflächenqualität der Düsenspitze wieder herzustellen.The nozzle tip can also be produced partly by means of an additive manufacturing process and partly by means of laser cladding, in particular when a worn nozzle tip is refurbished by laser cladding. This offers the possibility of rebuilding hot runner nozzles with worn nozzle tips, for example by rebuilding the material stellite using a build-up welding process as part of a revision, with a subsequent grinding process being used, for example, to restore the required contour and surface quality of the nozzle tip.

Der Grundkörper der Heißkanaldüse ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilungsebene zwischen dem ersten Werkstoff des Grundkörpers mit dem Düsenrohr und dem Anlagekragen und mit dem zweiten Werkstoff der Düsenspitze ausgebildet ist. Die Teilungsebene ist dabei so ausgerichtet, dass die Mittelachse senkrecht auf der Teilungsebene steht. Die Teilungsebene kann dabei mit dem oberen Rand des Anlagekragens zusammenfallen, oder die Teilungsebene weist einen Abstand zum oberen Rand des Anlagekragens auf, der kleiner ist als 3 mm, bevorzugt kleiner als 2 mm und besonders bevorzugt kleiner als 1 mm. Dabei kann die Teilungsebene entweder oberhalb der unterhalb des oberen Randes des Anlagekragens vorhanden sein, wobei die Oberseite die Seite der Düsenspitze beschreibt und die untere Seite beschreibt die Seite, die zur Kanaleintrittsseite gerichtet ist.The base body of the hot runner nozzle is particularly characterized in that a parting plane is formed between the first material of the base body with the nozzle tube and the contact collar and with the second material of the nozzle tip. The parting plane is aligned in such a way that the central axis is perpendicular to the parting plane. The parting plane can coincide with the upper edge of the contact collar, or the parting plane has a distance from the upper edge of the contact collar that is less than 3 mm, preferably less than 2 mm and particularly preferably less than 1 mm. In this case, the parting plane can be present either above or below the upper edge of the contact collar, with the upper side describing the side of the nozzle tip and the lower side describing the side which is directed towards the duct entry side.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Heißkanaldüse für Spritzgießformen, aufweisend ein Düsenrohr, in dem ein Durchtrittskanal zum Durchtritt einer Kunststoffschmelze ausgebildet ist, wobei sich der Durchtrittskanal von einer rückseitigen Kanaleintrittsseite bis zu einer vorderseitigen Düsenspitze entlang einer Mittelachse erstreckt, und in wenigstens einem Austrittskanal in der Düsenspitze mündet, durch den die Kunststoffschmelze austreibbar ist, und wobei ferner ein Anlagekragen zur direkten Anlage gegen die Spritzgussform vorgesehen ist. Das Verfahren sieht dabei ein generatives Fertigungsverfahren zur Herstellung des Grundkörpers vor, wobei der Grundkörper wenigstens das Düsenrohr, die Düsenspitze und/oder den Anlagekragen umfasst. Dabei sieht das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte vor: Herstellen des Grundkörpers mit dem Düsenrohr und dem Anlagekragen aus einem ersten Werkstoff, insbesondere umfassend einen Warmarbeitsstahl, bis zu einer Teilungsebene, auf der die Mittelachse senkrecht steht und Herstellen der Düsenspitze aus einem zweiten Werkstoff, insbesondere umfassend ein Stellit.The object of the invention is further achieved by a method for producing a hot runner nozzle for injection molds, comprising a nozzle tube in which a through-channel for the through-flow of a plastic melt is formed, the through-channel extending from a rear side of the channel entry to a front nozzle tip along a central axis, and opens into at least one outlet channel in the nozzle tip, through which the plastic melt can be expelled, and wherein a contact collar is also provided for direct contact with the injection mold. The method provides for an additive manufacturing method for producing the base body, with the base body comprising at least the nozzle tube, the nozzle tip and/or the contact collar. The method provides at least the following steps: Manufacturing the base body with the nozzle tube and the contact collar from a first material, in particular comprising a hot-work tool steel, up to a parting plane on which the central axis is perpendicular and manufacturing the nozzle tip from a second material, in particular comprising a stellite.

Der Grundkörper kann mit dem Düsenrohr und dem Anlagekragen gemeinsam mit der Düsenspitze aufeinander aufbauend im generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden. Alternativ kann die Düsenspitze oder wenigstens Teile der Düsenspitze, insbesondere der oberflächennahe Bereich, mittels eines Auftragsschweißverfahrens und insbesondere mittels eines Laserauftragsschweißverfahrens auf dem Grundkörper bzw. auf einem bereits vorhandenen Teil der Düsenspitze aufgebracht werden.The base body can be manufactured with the nozzle tube and the contact collar together with the nozzle tip, one on top of the other using the additive manufacturing process. Alternatively, the nozzle tip or at least parts of the nozzle tip, in particular the area close to the surface, can be applied to the base body or to an already existing part of the nozzle tip using a build-up welding process and in particular using a laser build-up welding process.

Insbesondere dann, wenn beim erstmaligen Herstellen der Heißkanaldüse die Düsenspitze vollständig im generativen Fertigungsverfahren aus den beiden miteinander kombinierten Werkstoffen hergestellt wurde, kann im Rahmen einer Überarbeitung ein verschlissener Bereich der Düsenspitze mittels eines Auftragsschweißverfahrens nachträglich wieder aufgebaut werden. Insofern kann beispielsweise ein innerer, unterer Bereich der Düsenspitze mittels eines generativen Fertigungsverfahrens ursprünglich hergestellt worden sein, während ein oberflächennaher Bereich der Düsenspitze durch ein Auftragsschweißverfahren, insbesondere mittels Laserstrahlung, aufgebaut wurde.In particular, if the nozzle tip was produced entirely in the additive manufacturing process from the two materials combined when the hot runner nozzle was first produced, a worn area of the nozzle tip can be subsequently rebuilt by means of a build-up welding process as part of a revision. In this respect, for example, an inner, lower area of the nozzle tip may have been originally produced by means of an additive manufacturing process, while a near-surface area of the nozzle tip was built up by a build-up welding process, in particular by means of laser radiation.

Der Anlagekragen kann dabei einen radial nach außen geformten, kragenartigen Bereich aufweisen, mit dem dieser gegen das Spritzgießwerkzeug anliegt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst der Anlagekragen aber auch solche Anlagebereiche oder Anformungen, die beispielsweise zylindrisch ausgeführt sind, und die eigentliche Kragenform ist vorliegend nicht zwingend Bestandteil des Anlagekragens. Der Anlagekragen gemäß der Erfindung betrifft insoweit alle möglichen Anlagebereiche einer Heißkanaldüse, die zur Anlage gegen ein Spritzgießwerkzeug vorgesehen sind, auch solche, die nicht direkt eine kragenartige Ausformung aufweisen, etwa zylindrische Außendichtungen.The contact collar can have a radially outwardly shaped, collar-like area with which it bears against the injection mold. Within the meaning of the present invention, however, the contact collar also includes contact areas or projections that are, for example, cylindrical, and the actual collar shape is not necessarily a component of the contact collar in the present case. The contact collar according to the invention relates to all possible contact areas of a hot runner nozzle that are intended for contact with an injection mold, including those that do not directly have a collar-like shape, such as cylindrical outer seals.

Die Düsenspitze umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung auch alle Abwandlungen von einer Spitzenform, beispielsweise umfasst die Düsenspitze im Sinne der Erfindung auch Mündungsöffnungen oder sonstige Formen von Öffnungen, die dazu ausgebildet sind, eine plastifizierte Kunststoffschmelze in die Kavität einer Spritzgießform zu spritzen. Insofern sind vorliegend mit der beschriebenen Düsenspitze auch Mündungsöffnungen mit umfasst, die beispielsweise bei Heißkanaldüsen mit einem Nadelverschluss auftreten.For the purposes of the present invention, the nozzle tip also includes all modifications of a tip shape, for example the nozzle tip also includes orifices or other forms of openings for the purposes of the invention, which are designed to inject a plasticized plastic melt into the cavity of an injection mold. In this respect, the nozzle tip described here also includes orifices that occur, for example, in hot runner nozzles with a needle valve.

Figurenlistecharacter list

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 eine Seitenansicht der Heißkanaldüse,
2 eine Querschnittsansicht der Heißkanaldüse und
3 eine Detailansicht der Heißkanaldüse im oberen Bereich der Düsenspitze.

Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the figures. It shows:

1 a side view of the hot runner nozzle,
2 a cross-sectional view of the hot runner nozzle and
3 a detailed view of the hot runner nozzle in the upper area of the nozzle tip.

Die 1 und 2 zeigen eine Heißkanaldüse 1, und in 1 ist diese in einer Seitenansicht gezeigt, wobei 2 die Heißkanaldüse 1 in einer aufgeschnittenen Querschnittsansicht darstellt.The 1 and 2 show a hot runner nozzle 1, and in 1 this is shown in a side view, where 2 represents the hot runner nozzle 1 in a cut open cross-sectional view.

Die Heißkanaldüse 1 dient zum Einsatz in Spritzgießformen, und diese weist ein Düsenrohr 10 mit einem im Düsenrohr 10 ausgebildeten Durchtrittskanal 11 zum Durchtritt einer Kunststoffschmelze auf. Der Durchtrittskanal 11 erstreckt sich von einer rückseitigen Kanaleintrittsseite 12 bis zu einer vorderseitigen Düsenspitze 13 entlang einer Mittelachse 14, und der Düsenkanal 11 mündet in wenigstens einem Austrittskanal 15, der unter einem Winkel zur Mittelachse 14 in der Düsenspitze 13 eingebracht ist.The hot runner nozzle 1 is used in injection molds and has a nozzle tube 10 with a through-channel 11 formed in the nozzle tube 10 for the passage of a plastic melt. The passage channel 11 extends from a rear channel entry side 12 to a front nozzle tip 13 along a central axis 14, and the nozzle channel 11 opens into at least one outlet channel 15, which is introduced into the nozzle tip 13 at an angle to the central axis 14.

Wird die Heißkanaldüse 1 mit der unteren Kanaleintrittsseite 12 auf einer Verteilerplatte aufgebracht, kann über die Kanaleintrittsseite 12 die Kunststoffschmelze in den Düsenkanal 11 eintreten und vorderseitig aus dem wenigstens einem Austrittskanal 15 in die Spritzgießform austreten. Ferner weist die Heißkanaldüse 1 einen Anlagekragen 16 auf, der die Düsenspitze 13 voll umfänglich umschließt. Mit dem Anlagekragen 16 gelangt die Heißkanaldüse 1 in Anlage zur Spritzgießform, sodass die Heißkanaldüse 1 eingespannt ist zwischen dem Anlagekragen 16 in Kontakt mit der Spritzgießform und der unteren Kanaleintrittsseite 12 in Anordnung an der Verteilerplatte.If the hot runner nozzle 1 is placed with the lower channel inlet side 12 on a distributor plate, the plastic melt can enter the nozzle channel 11 via the channel inlet side 12 and exit at the front from the at least one outlet channel 15 into the injection mold. Furthermore, the hot runner nozzle 1 has a contact collar 16 which completely encloses the nozzle tip 13 . The hot runner nozzle 1 comes into contact with the injection mold with the contact collar 16, so that the hot runner nozzle 1 is clamped between the contact collar 16 in contact with the injection mold and the lower channel entry side 12 arranged on the distributor plate.

Die dargestellte Heißkanaldüse 1 weist einen monolithischen, dass heißt einteiligen Grundkörper 17 auf, der sich einteilig von der Kanaleintrittsseite 12 bis zum oberen Ende der Düsenspitze 13 erstreckt. Der Grundkörper 17 umfasst dabei wenigstens das Düsenrohr 10 mit dem Durchtrittskanal 11, die Düsenspitze 13 und dem Anlagekragen 16. Dabei ist der Werkstoff zur Herstellung des Düsenrohres 10 und des Anlagekragens 16 anders gewählt als der Werkstoff zur Bildung der Düsenspitze 13.The hot runner nozzle 1 shown has a monolithic, ie one-piece base body 17 which extends in one piece from the duct entry side 12 to the upper end of the nozzle tip 13 . The base body 17 comprises at least the nozzle tube 10 with the passage 11, the nozzle tip 13 and the contact collar 16. The material used to manufacture the nozzle tube 10 and the contact collar 16 is selected differently than the material used to form the nozzle tip 13.

3 zeigt in einer vergrößerten Ansicht den Grundkörper 17 im Bereich der Düsenspitze 13. In der Ansicht ist eine Teilungsebene T eingezeichnet, auf der die Mittelachse 14 senkrecht steht. Die Teilungsebene T fällt zusammen mit dem oberen Rand 16a des Anlagekragens 16, und oberhalb der Teilungsebene T erstreckt sich die Düsenspitze 13. 3 shows the base body 17 in the area of the nozzle tip 13 in an enlarged view. The parting plane T coincides with the upper edge 16a of the contact collar 16, and the nozzle tip 13 extends above the parting plane T.

Der Grundkörper 17, umfassend das Düsenrohr 10 bis hin zum Anlagekragen 16, weist einen ersten Werkstoff auf, der insbesondere aus einem Warmarbeitsstahl gebildet ist. Oberhalb der Teilungsebene T ist die Düsenspitze 13 aus einem zweiten und vom ersten Werkstoff abweichenden Werkstoff aufgebaut, insbesondere umfassend ein Stellit.The base body 17, comprising the nozzle tube 10 up to the contact collar 16, has a first material, which is formed in particular from a hot-work steel. Above the parting plane T, the nozzle tip 13 is constructed from a second material that differs from the first material, in particular comprising a stellite.

Bei der Herstellung des Grundkörpers 17, zu der die Düsenspitze 13 ebenfalls zählt, die jedoch einen anderen Werkstoff aufweist als der übrige Grundkörper 17, also vor allem das Düsenrohr 10, wird zunächst das Düsenrohr 10 bis hin zum Anlagekragen 16 bzw. einschließlich diesem schichtweise im generativen Fertigungsverfahren aufgebaut, wobei die Schichten zum Aufbau in der Mittelachse 14 aufeinander folgen. Anschließend erfolgt ein Werkstoffwechsel, ohne dass der bereits fertige Teil des Grundkörpers 17 aus der Vorrichtung, insbesondere der SLM-Vorrichtung entnommen werden muss. Alternativ wird die Düsenspitze 13 mittels eines Laser-Auftragsschweißverfahrens hergestellt, indem der zweite Werkstoff der Düsenspitze 13 mittels eines Drahtes zugeführt wird.During the production of the base body 17, which also includes the nozzle tip 13, but which is made of a different material than the rest of the base body 17, i.e. above all the nozzle tube 10, the nozzle tube 10 is first layered up to the contact collar 16 or including this constructed using additive manufacturing processes, with the layers for construction in the central axis 14 following one another. A change of material then takes place without the already finished part of the base body 17 having to be removed from the device, in particular the SLM device. Alternatively, the nozzle tip 13 is produced by means of a laser build-up welding process, in that the second material is fed to the nozzle tip 13 using a wire.

Ferner kann wenigstens auf die Düsenspitze eine Oberflächenbeschichtung aufgebracht wird, insbesondere umfassend eine Hartstoffschicht, vorzugsweise umfassend ein AlTiSiN.Furthermore, a surface coating can be applied at least to the nozzle tip, in particular comprising a hard material layer, preferably comprising an AlTiSiN.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The invention is not limited in its implementation to the preferred exemplary embodiment given above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including structural details or spatial arrangements, can be essential to the invention both on their own and in a wide variety of combinations.

BezugszeichenlisteReference List

11: Heißkanaldüsehot runner nozzle
1010: Düsenrohrnozzle pipe
1111: Durchtrittskanalpassageway
1212: Kanaleintrittsseitechannel entry side
1313: Düsenspitzenozzle tip
1414: Mittelachsecentral axis
1515: Austrittskanalexit channel
1616: Anlagekragenattachment collar
16a16a: oberer Randupper edge
1717: Grundkörperbody
1818: innerer Rohrkörperinner tubular body
1919: äußerer Rohrkörperouter tubular body
2020: Wabenstrukturhoneycomb structure
2121: Sockelabschnittbase section
2222: Befestigungsmutterfastening nut
2323: Haltemittel holding means
TT: Teilungsebenesplit level

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102006029152 A1 [0002]
US20160151948A1 [0003]
DE 102010056073 A1 [0004]

Claims

Hot runner nozzle (1) for injection molds, having a nozzle tube (10) in which a through-channel (11) is formed for the passage of a plastic melt, the through-channel (11) extending from a rear channel entry side (12) to a front nozzle tip (13) along a central axis (14) and opens into at least one outlet channel (15) in the nozzle tip (13), through which the plastic melt can be expelled, with a contact collar (16) being provided for sealing contact against the injection mold, and with at least the nozzle tube (10), the contact collar (16) and/or the nozzle tip (13) are produced as a one-piece base body (17) by means of an additive manufacturing process, characterized in that the base body (17), at least including the nozzle tube (10), has a first material and in that the nozzle tip (13) has a second material that differs from the first material.

Hot runner nozzle (1) after claim 1 , characterized in that the first material comprises a hot work steel.

Hot runner nozzle (1) after claim 2 , characterized in that the hot-work steel has the material code 1.2343 or the material code 1.2709.

Hot runner nozzle (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the second material comprises a stellite.

Hot runner nozzle (1) after claim 4 , characterized in that the stellite has the type 21 and/or an L-21 CoCr.

Hot runner nozzle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second material are produced in a generative manufacturing process, building on one another.

Hot runner nozzle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second material of the nozzle tip (13) is applied to the base body (17) with the nozzle tube (10) and the contact collar (16) by means of laser deposition welding.

Hot runner nozzle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a parting plane (T) is formed between the first material of the base body (17) with the nozzle pipe (10) and the contact collar (16) and the second material of the nozzle tip (13). is, wherein the central axis (14) is perpendicular to the parting plane (T).

Hot runner nozzle (1) after claim 8 , characterized in that the parting plane (T) coincides with an upper edge of the contact collar (16) or has a distance from the upper edge of the contact collar (16) which is less than 3 mm or less than 2 mm or less than 1 mm.

A method for producing a hot runner nozzle (1) for injection molds, having a nozzle tube (10) in which a through-channel (11) for the passage of a plastic melt is formed, the through-channel (11) extending from a rear channel entry side (12) to a front side The nozzle tip (13) extends along a central axis (14) and opens into at least one outlet channel (15) in the nozzle tip (13), through which the plastic melt can be expelled, and wherein a contact collar (16) is also provided for sealing contact with the injection mold , wherein the method has an additive manufacturing method for producing a base body (17), which comprises at least the nozzle tube (10), the nozzle tip (13) and the contact collar (16), and wherein the method comprises at least the following steps: - Manufacture of the base body (17) with the nozzle tube (10) and the contact collar (16) from a first material up to a parting plane (T) on which the central axis (14) is perpendicular, - Manufacturing the nozzle tip (13) from a second material that differs from the first material.

procedure after claim 10 , characterized in that the first material is provided by means of a hot-work tool steel, in particular by means of a material relating to the material identifier 1.2343 or the material identifier 1.2709.

procedure after claim 10 or 11 , characterized in that the second material is provided by means of a stellite, in particular by means of a stellite of the type 21 and/or of the type L-21 CoCr.

Procedure according to one of Claims 10 until 12 , characterized in that the base body (17) with the nozzle tube (10) and the contact collar (16) together with the nozzle tip (13) are manufactured one on top of the other in an additive manufacturing process.

Procedure according to one of Claims 10 until 13 , characterized in that the nozzle tip (13) is applied to the base body (17) by means of a build-up welding process or by means of a laser build-up welding process.

Procedure according to one of Claims 10 until 14 , characterized in that at least on the nozzle tip (13) a surface coating is applied, in particular comprising a hard material layer, preferably comprising an AlTiSiN.