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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Spritzgießvorrichtung
und im besonderen auf eine Düse mit
einem linear ausgerichteten Ventil für eine Spritzgießvorrichtung.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei vielen Spritzgießtätigkeiten
besteht die Notwendigkeit, eine bewegbare Ventilnadel einzusetzen,
um eine in einen Formhohlraum führende
Angussöffnung
zu öffnen
und zu schließen,
um den Schmelzestrom in den Formhohlraum zu steuern. In vielen Fällen ist
eine lineare Anordnung für
den Stellantrieb des Spitzenabschnitts wünschenswert. Eine lineare Anordnung
bedeutet, dass der Spitzenabschnitt selbst und die Bewegung des
Spitzenabschnitts im Allgemeinen koaxial oder linear sind mit dem
Schmelzekanal in der Düse.
Für einige
Anwendungen von Spritzgießvorrichtungen
kann jedoch die Anordnung des Stellantriebs eingeschränkt sein,
so dass er in den Abmessungen der Düse selbst angeordnet werden
muss. Das US-Patent Nr. 3,553,788 (Putkowski) und das US-Patent
Nr. 5,830,524 (Braun) beinhalten Beispiele von Düsen, bei denen sich die Stellantriebspositionierung
in den Abmessungen der Düse
befindet.
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Beide Düsen von Putkowski und Braun
umfassen einen Kolben, der den Düsenkörper einschließt und der
in Wirkverbindung mit dem Spitzenabschnitt in dem Düsenkörperschmelzekanal
verbunden ist. Eine Herausforderung bei solchen Düsen ist
es jedoch, wie man aufgrund der Einschränkungen die durch die den Stellantrieb
außerhalb
des Düsenkörperschmelzekanals
mit der Ventilnadel in dem Schmelzekanal verbindenden Komponenten
verursacht sind, eine ausreichende Erwärmung der Schmelze in allen
Teilen der Düse
erreicht.
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Im Allgemeinen sind die Teile der
Düse, an denen
ein Heizer besonders vorteilhaft ist, die Punkte in denen die Düse andere
Komponenten der Spritzgießvorrichtung
berührt.
Dies liegt daran, dass an diesen Berührungspunkten Wärme, die
für die Schmelze
vorgesehen ist, unerwünschterweise
in diese anderen Komponenten geführt
werden kann. Daher ist es sowohl an der Spitze der Düse, wo die Düse den Verteiler
oder die Schmelzequelle berührt, als
auch besonders am Ende der Düse,
wo die Düse den
Formblock berührt,
wünschenswert
mehr Wärme an
die Düse
weiterzugeben als anderswo entlang der Länge der Düse, wo keine Berührung mit
anderen Komponenten der Spritzgießvorrichtung hergestellt ist.
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Putkowski verbindet den Kolben mit
einem Rohr, das in einer Führungsröhre bewegbar
ist. Das Rohr weist einen durchgehenden Schmelzekanal auf und hat
an seinem Ende einen torpedoartigen Abschnitt. Der torpedoartige
Abschnitt schließt
die Angussöffnung,
wenn der Kolben das Rohr vorwärts
bewegt. Entlang eines Teils der Länge des Rohres ist um das Rohr
herum ein Heizer vorgesehen. Leider verhindert die Konfiguration
von Putkowski, dass der Heizer sich entlang der gesamten Länge des
Rohrs erstreckt und im besonderen, dass er an beiden Enden der Düse angeordnet
werden kann. Der Heizer ist nicht in der Nähe der Angussöffnung angeordnet, wo
die Erwärmung
wegen des Wärmeverlustes
in den Formblock kritisch ist. Außerdem ist der Heizer auch
nicht in der Nähe
des Düseneinlasses
angeordnet, wo ein Wärmeverlust
an die den Düseneinlass berührende Komponenten
auftritt. Der Heizer ist nur in dem mittleren Abschnitt der Düse angeordnet,
welches der Abschnitt ist, wo die Wärme typischerweise am wenigsten
benötigt
wird.
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Braun versucht, dieses Problem aufzulösen, indem
er eine gänzlich
andere Anordnung verwendet. Braun setzt einen Kolben ein, der mit
einem Schiebeelement verbunden ist, welches am unteren Ende mit
der Ventilnadel verbunden ist. Das Schiebeelement selbst umschließt ein feststehendes
Rohr, das einen Schmelzekanal beinhaltet. Braun integriert ein Heizelement
in den Schmelzekanal. Das Heizelement erstreckt sich entlang des
Schmelzekanals, so dass der effektive Schmelzekanal kreisförmig ist
mit dem Heizer in seiner Mitte. So wird entlang eines wesentlichen
Abschnitts der Länge
der Düse
die Schmelze aus dem Inneren der Schmelzeströmung erwärmt, anstatt von außen erwärmt zu werden.
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Leider gibt es beim Beheizen der
Schmelze von innen heraus mehrere Probleme. Das Erzeugen eines kreisförmigen Strömungswegs
um den Heizer herum verursacht einen höheren Druckverlust für eine vorgegebene
Durchströmungsrate.
Dies ist darin begründet,
dass ein größerer Anteil
der durch den kreisförmigen
Schmelzekanal strömenden
Schmelze in Kontakt mit einer Wand ist (entweder die innere oder
die äußere Wand
des kreisförmigen
Strömungskanals)
und daher Gegenstand gestiegener Reibungskräfte relativ zur Schmelze in
einem zylindrischen Schmelzekanal ist.
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Weiterhin muss, wenn das Heizelement
in den Schmelzekanal eingebunden ist, der Außendurchmesser des Schmelzekanals
vergrößert werden,
um die Durchströmungsrate
dort hindurch nicht nachteilig zu beeinflussen. Weiterhin vergrößert das Schiebeelement,
das auf der Außenseite
des Schmelzekanals angeordnet ist, den gesamten Durchmesser der
Düsenvorrichtung.
Dadurch dass der gesamte Düsenvorrichtungsdurchmesser
groß ist,
wird die Anzahl der Düsen,
die an einer Spritzgießvorrichtung
einer vorgegebenen Größe angeordnet
werden können,
begrenzt und dadurch wird auch die Anzahl der Teile, die von der
Spritzgießvorrichtung
produziert werden kann, begrenzt.
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Weiterhin kann das Beheizen der Schmelze von
innen den Aufbau einer stationären
Schicht kalter Schmelze an der äußeren Wand
des kreisförmigen Schmelzekanals
verursachen. Diese stationäre Schicht
kann Probleme verursachen, wie die Verunreinigung einer neuen Schmelze
nach einem Materialwechsel bei der Schmelze, z.B. einem Farbenwechsel.
Daher kann die Notwendigkeit bestehen, die stationäre Schicht
zwischen Materialwechseln zu reinigen, was zeitaufwändig sein
kann.
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Daher gibt es einen ständigen Bedarf
für eine neue
Düse mit
einer verbesserten Beheizung der dort hindurchströmenden Schmelze,
im besonderen für Spritzgießvorrichtungen
mit linear betätigten
Ventilen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In einem ersten Aspekt ist die Erfindung
auf eine Düse
für eine
Spritzgießvorrichtung
gerichtet. Die Spritzgießvorrichtung
umfasst einen Formblock. Der Formblock definiert mindestens einen
Formhohlraum mit einer Angussöffnung.
Die Düse
umfasst einen Düsenkörper, eine
Ventilnadel, einen Stellantrieb, ein erstes Heizelement und ein
zweites Heizelement. Der Düsenkörper definiert
einen Düsenkörperschmelzekanal,
der geeignet ist, in Fluidverbindung mit und nachgeordnet nach einer
Schmelzequelle zu sein und der geeignet ist, in Fluidverbindung
mit und vorgeschaltet vor der Angussöffnung zu sein. Die Ventilnadel
umfasst einen vorderen Teil, der einen Ventilnadelschmelzekanal
definiert, wobei der Ventilnadelschmelzekanal einen Einlass und
mindestens einen Auslass aufweist. Der Einlass und der mindestens
eine Auslass stehen in Fluidverbindung mit dem Düsenkörperschmelzekanal. Die Ventilnadel umfasst
weiter einen mit dem vorderen Teil verbundenen Spitzenabschnitt.
Die Ventilnadel ist in dem Düsenkörperschmelzekanal
bewegbar, um die Schmelzeströmung durch
die Angussöffnung
zu steuern. Der Stellantrieb ist in Wirkverbindung mit der Ventilnadel
verbunden, um die Ventilnadel zu bewegen. Das erste Heizelement
ist thermisch mit dem vorderen Teil der Ventilnadel verbunden. Das
zweite Heizelement ist thermisch mit dem Düsenkörper verbunden.
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In einem zweiten Aspekt ist die Erfindung
auf eine Düse
für eine
Spritzgießvorrichtung
gerichtet. Die Spritzgießvorrichtung
umfasst einen Formblock. Der Formblock definiert mindestens einen
Formhohlraum mit einer Angussöffnung.
Die Düse
umfasst einen Düsenkörper, eine
Ventilnadel, einen Stellantrieb und ein Heizelement. Der Düsenkörper definiert
einen Düsenkörperschmelzekanal,
der geeignet ist, in Fluidverbindung mit und nachgeordnet nach einer Schmelzequelle
zu sein und der geeignet ist, in Fluidverbindung mit und vorgeschaltet
vor der Angussöffnung
zu sein. Die Ventilnadel umfasst einen vorderen Teil der einen Ventilnadelschmelzekanal
definiert, wobei der Ventilnadelschmelzekanal einen Einlass und
mindestens einen Auslass aufweist. Der Einlass und der mindestens
eine Auslass stehen in Fluidverbindung mit dem Düsenkörperschmelzekanal. Die Ventilnadel
umfasst weiter einen mit dem vorderen Teil verbundenen Spitzenabschnitt.
Die Ventilnadel ist in dem Düsenkörperschmelzekanal
bewegbar, um die Schmelze durch die Angussöffnung zu steuern. Der Stellantrieb
ist in Wirkverbindung mit der Ventilnadel verbunden, um die Ventilnadel
zwischen den offenen und geschlossenen Positionen zu bewegen. Das
Heizelement ist in dem vorgeschalteten Teil der Ventilnadel eingebettet.
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In einem dritten Aspekt ist die Erfindung
auf eine Düse
für eine
Spritzgießvorrichtung
gerichtet. Die Spritzgießvorrichtung
umfasst einen Formblock. Der Formblock definiert mindestens einen
Formhohlraum mit einer Angussöffnung.
Die Düse
umfasst einen Düsenkörper, eine
Ventilnadel, einen Stellantrieb und ein Heizelement. Der Düsenkörper definiert
einen Düsenkörperschmelzekanal,
der geeignet ist in Fluidverbindung mit und nachgeordnet nach einer Schmelzequelle
zu sein und der geeignet ist, in Fluidverbindung mit und vorgeschaltet
vor der Angussöffnung
zu sein. Die Ventilnadel ist in dem Düsenkörperschmelzekanal bewegbar,
um die Schmelzeströmung
durch die Angussöffnung
zu steuern. Das Heizelement ist in der Ventilnadel eingebettet.
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Die Bewegung der Ventilnadel in den
oben beschriebenen Düsen
ist geeignet, die Schmelzeströmung
in jeglicher Weise zu steuern. Beispielsweise kann die Bewegung
zwischen einer offenen Position, in der der Spitzenabschnitt von
der Angussöffnung beabstandet
ist, um eine Schmelzeströmung durch
die Angussöffnung
zu erlauben, und einer geschlossenen Position stattfinden, in der
der Spitzenabschnitt mit der Angussöffnung zusammenwirkt, um eine
Schmelzeströmung
durch die Angussöffnung
zu verhindern.
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In einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf
Spritzgießvorrichtungen
gerichtet, die mindestens eine der oben beschriebenen Düsen enthalten.
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BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Für
ein besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um deutlicher zu zeigen, wie sie umgesetzt
werden kann, wird im Folgenden in Form von Beispielen auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, in denen:
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1a eine
Schnittseitenansicht einer Spritzgießvorrichtung mit einer linear
betätigten
Düse in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer geöffneten Position zeigt;
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1b eine
Schnittseitenansicht der in 1a gezeigten
Spritzgießvorrichtung
mit der Düse in
der geschlossenen Position zeigt;
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2a und 2b Schnittseitenansichten
einer Spritzgießvorrichtung
zeigen mit einer linear betätigten
Düse in Übereinstimmung
mit einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit den Düsen in geöffneter bzw. geschlossener
Position;
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3 eine
Schnittseitenansicht einer Variation der in 1 gezeigten Düse zeigt; und
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3a eine
perspektivische Ansicht eines Teils der in 3 gezeigten Düse mit einer aus Übersichtlichkeitsgründen transparent
dargestellten äußeren Schicht
zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezug wird auf die 1a und 1b genommen,
die eine Spritzgießvorrichtung 10 zeigen.
Die Spritzgießvorrichtung 10 umfasst
einen Formblock 12 und eine Düse 14, in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Der Formblock 12 definiert
einen Formhohlraum 16. Der Formblock 12 kann eine
in den Formhohlraum 16 führende Öffnung 18 umfassen.
Die Öffnung 18 ist
geeignet, einen die Angussöffnung
definierenden Abschnitt 20 aufzunehmen. Der die Angussöffnung definierende
Abschnitt 20 definiert eine Angussöffnung 22. Zusätzlich zum
formenden Teil des Formblocks 12 kann der die Angussöffnung definierende
Abschnitt 20 auch mit einer Komponente der Düse 14 verbunden
sein und kann so gleichzeitig einen Teil der Düse 14 bilden. Die
Verbindung als Teil der Düse 14 kann
mittels ersten und zweiten Gewindeabschnitten 21a und 21b in
dem die Angussöffnung
definierenden Abschnitt 20 bzw. der Düse 14 gebildet sein.
Durch die Verbindung zu beiden Teilen, dem Formblock 12 und
der Düse 14,
definiert der die Angussöffnung
definierende Abschnitt 20 einen Schmelzeströmungsweg
durch die Düse 14 zum Formhohlraum 16.
Als eine Alternative kann der die Angussöffnung definierende Abschnitt 20 an
jeder anderen geeigneten Komponente angeordnet sein, beispielsweise
kann er ausschließlich
an dem Formblock 12 angeordnet sein.
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Die Angussöffnung 22 kann alternativ
in einer Formplatte, die Teil des Formblocks 12 ist, definiert
sein, anstatt durch den die Angussöffnugn definierenden Abschnitt 20 definiert
zu sein.
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Der die Angussöffnung definierende Abschnitt 20 kann
alternativ nicht mit der Düse 14 verbunden
sein. In dieser Alternative (nicht gezeigt) kann die Düse 14 gegen
den Formblock 12 in jeder einem Fachmann bekannten Art
und Weise abgedichtet sein, um eine Leckage der Schmelze aus der Spritzgießmaschine
zu verhindern.
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Ein besonderes Beispiel einer Spritzgießvorrichtung
ist in den Figuren gezeigt. Es ist offensichtlich, dass die eine
Düse der
vorliegenden Erfindung umfassende Spritzgießvorrichtung jede geeignete Art
von Spritzgießvorrichtung
sein kann und nicht durch das gezeigte Beispiel begrenzt ist. Zum
Beispiel kann die Spritzgießvorrichtung 10 eine
unterschiedliche Anzahl von Formhohlräumen 16 als in den
Figuren gezeigt, umfassen. Weiterhin kann jeder Formhohlraum 16 mit
mehr als einer Angussöffnung 22 ausgestaltet
sein.
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Die Düse 14 führt Schmelze
von einer Schmelzequelle (nicht gezeigt) zu der Angussöffnung 22 und
in den Formhohlraum 16. Die Düse 14 umfasst einen
Düsenkörper 22,
eine Ventilnadel 26, einen Stellantrieb 28, ein
erstes Heizelement 30 und ein zweites Heizelement 32.
Der Düsenkörper 24 kann
eine Vorrichtung von verschiedenen Komponenten einschließen, wie
beispielsweise einen vorderen Körperteil 34,
einen mittleren Körperteil 36 und
einen hinteren Körperteil 38.
Der vordere Körperteil 34 definiert
einen vorderen Körperschmelzekanal 42, der
hintere Körperteil 38 definiert
einen hinteren Körperschmelzekanal 44.
Zusammen bilden der vordere Körperschmelzekanal 42 und
der hintere Körperschmelzekanal 44 einen
Düsenkörperschmelzekanal 40.
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Die vorderen und hinteren Körperteile 34 und 38 können voneinander
beabstandet sein. Der mittlere Körperteil 36 verbindet
den vorderen Körperteil 34 und
den hinteren Körperteil 38.
Eine Kammer 46 ist in dem mittleren Körperteil 36 zwischen
dem vorderen und hinteren Körperteilen 34 und 38 definiert.
Die Kammer 46 nimmt den Stellantrieb 28 auf.
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Die Ventilnadel 26 ist in
dem vorderen Körperschmelzekanalteil 42 und
in dem hinteren Körperschmelzekanalteil 44 angeordnet
und erstreckt sich durch die Kammer 46, wo der Stellantrieb 28 in
Wirkverbindung mit ihr verbunden ist. Die Ventilnadel 26 umfasst
einen vorderen Ventilnadelteil 48 und einen Spitzenabschnitt 50 und
kann optional eine Halterung 52 umfassen. Die Ventilnadel 26 ist
in dem Düsenkörperschmelzekanal 40 von
einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar. Beispielsweise kann
die Ventilnadel 26 von einer offenen Position, wie in 1a gezeigt, in der der Spitzenabschnitt 50 von
der Angussöffnung 22 beabstandet
ist, in eine geschlossene Position, wie in 1b gezeigt, in der der Spitzenabschnitt 50 mit
der Angussöftnung 22 zusammenwirkt,
um die Schmelze vom Eintreten in den Formhohlraum 16 abzuhalten,
bewegbar sein.
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Der vordere Ventilnadelteil 48 erstreckt
sich von dem vorderen Körperschmelzekanalabschnitt 42 durch
die Kammer 46 in den hinteren Körperschmelzekanalabschnitt 44.
Der vordere Ventilnadelteil 48 definiert einen Ventilnadelschmelzekanal 54,
der einen Einlass 56 aufweist und der eine Vielzahl von Auslässen 58 aufweisen
kann. Alternativ kann der Ventilnadelschmelzekanal 54 einen
einzelnen Auslass 58 aufweisen.
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Der Einlass 56 des Ventilnadelschmelzekanals 54 ist
in Fluidverbindung mit dem vorderen Körperschmelzekanalabschnitt 42.
Die Auslässe 58 des Ventilnadelschmelze kanals 54 sind
in Fluidverbindung mit dem hinteren Körperschmelzekanalabschnitt 44.
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Die gesamte Länge des vorderen Teils 48 der
Ventilnadel 26 kann so gewählt sein, dass der vordere
Teil 48 den größten Teil
der Länge
des Düsenkörperschmelzekanals 40 einnimmt.
Daher kann der Spitzenabschnitt 50 relativ kurz ausgebildet
sein.
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Der Spitzenabschnitt 50 umfasst
einen Spitzenabschnittskörper 60 und
kann optional einen Spitzenabschnittkopf 62 umfassen. Der
Spitzenabschnittskörper 60 kann
jede geeignete Form aufweisen und kann beispielsweise im Wesentlichen
zylindrisch sein. Der Spitzenabschnittskörper 60 umfasst eine
erste Angussöftnungsdichtungsfläche 64.
Die erste Angussöffnungsdirchtungsfläche 64 wirkt
mit einer zweiten Angussöftnungsdichtungsfläche 66 zusammen,
die auf dem Formblock 12 in oder in der Nähe der Angussöftnung 22 positioniert
sein kann.
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Der optionale Spitzenabschnittskopf 62 kann jede
Form aufweisen, die es dem Spitzenabschnitt 50 erlaubt,
mechanisch in Position zu dem vorderen Teil 48 gehalten
zu werden. Beispielsweise kann der Spitzenabschnittskopf 62 wie
eine Scheibe geformt sein, die einen größeren Durchmesser als der des
Spitzenabschnittskörpers 60 aufweist.
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Der Spitzenabschnitt 50 ist
an dem vorderen Teil 48 angeordnet. Der Spitzenabschnitt 50 kann
mit jedem geeigneten Mittel an dem vorderen Teil 48 angeordnet
sein, wie beispielsweise dem optionalen Halter 52. Der
Halter 52 kann einen Durchgang 68 aufweisen, durch
den sich der Spitzenabschnittskörper 60 erstrecken
kann. Der Halter 52 umfasst eine Schulter 70,
gegen die der Spitzenabschnittskopf 62 anliegt. Wenn der
Halter 52 an dem vordern Teil 48 der Ventilnadel 26 angeordnet
ist, ist der Spitzenabschnittskopf 62 zwischen einer Schulter 72 an
dem vorderen Teil 48 und der Schulter 70 an dem
Halter 52 verblockt. Ein Vorteil, den Spitzenabschnitt 50 entfernbar
mit dem vorderen Teil 48 verbunden zu haben, ist, dass
der Spitzenabschnitt 50 während des Betriebs der Spritzgießvorrichtung 10 eher
Abnutzungserscheinungen zeigt, als der vordere Teil 48. So
kann der Spitzenabschnitt 50, wenn notwendig, ersetzt werden,
ohne auch den Austausch des vorderen Teils 48 zu erfordern.
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Es ist jedoch alternativ für den Spitzenabschnitt 50 möglich, fest
an dem vorderen Teil 48 angeordnet zu sein, so dass sie
eine einzige Einheit bilden.
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Der Halter 52 kann mit jedem
geeigneten Mittel entfernbar an dem vorderen Teil angeordnet sein,
wie beispielsweise durch einen ersten Gewindeabschnitt 74,
der mit einem entsprechenden zweiten Gewindeabschnitt 76 an
dem vorderen Teil 48 der Ventilnadel 26 zusammenpasst.
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Der Stellantrieb 28 kann
jede geeignete Art von Stellantrieb sein, der die Ventilnadel 26 linear
in dem Düsenkörperschmelzekanal 40 bewegt.
Beispielsweise kann der Stellantrieb 28 einen Kolben 78 umfassen,
der durch ein Fluid bewegt ist. Der Kolben 78 kann in der
Kammer 46 bewegbar sein und ist betätigbar mit der Ventilnadel 26 verbunden.
Der Kolben 78 umfasst eine erste Dichtung 80 zur
Abdichtung gegen eine Wand der Kammer 46, um eine Leckage
des Bewegungsfluids dort hindurch zu verhindern.
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Der Kolben 78 kann auch
ein Paar von zweiten Dichtungen 82 umfassen, die die Kammer 46 in einen
ersten Teil 84, der dem Bewegungsfluid ausgesetzt ist,
und einem zweiten Teil 86 trennen, der dem Bewegungsfluid
nicht ausgesetzt ist. Die zweiten Dichtungen 82 trennen
den ersten Teil 84 von der Ventilnadel 26, um
das Bewegungsfluids zu hindern, sich mit der Schmelze in der Düse 14 zu
mischen.
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Das Bewegungsfluid kann jedes geeignete Bewegungsfluid
sein, wie beispielsweise Luft oder Hdydrauliköl. Das Bewegungsfluid kann
mittels der Anschlüsse 88 und 90 in
die Kammer 46 ein- und austreten.
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Das erste Heizelement 30 ist
zumindest thermisch mit der Ventilnadel 26 verbunden. In
der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform
ist das erste Heizelement 30 ein Drahtelement 92,
das um den vorderen Teil 48 der Ventilnadel 26 gewickelt
ist. Das Drahtelement 92 kann ein spiralförmiger Typ sein
oder kann ein einfacher nicht gewickelter Draht sein.
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Das Drahtelement 92 kann
in dem vorderen Teil 48 der Ventilnadel 26 eingebettet
sein. Zum Zweck dieser Offenbarung bezieht sich der Begriff „eingebettet" auf jede Art von
Verbindung, bei der der Teil der Komponente in dem das Drahtelement 92 eingebettet
ist, gleitfähig
in einer Öffnung
aufgenommen sein kann, wie beispielsweise dem Düsenkörperschmelzekanal 40.
Das eingebettete Drahtelement 92 kann oder kann nicht mit
der äußeren Oberfläche der
Komponente in dem es eingebettet ist, fluchten.
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Das Drahtelement 92 ist
an eine elektrische Antriebsquelle (nicht gezeigt) angeschlossen.
Ein Anschluss 94 kann zwischen dem Drahtelement 92 und
der elektrischen Antriebsquelle (nicht gezeigt) eingebunden sein.
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Das Drahtelement 92 kann
Wicklungsdichte aufweisen, die entlang der Abschnitte des vorderen Teils 48 höher und
entlang anderer Abschnitte des vorderen Teils 48 niedriger
ist. Beispielsweise kann die Wicklungsdichte des Drahtelements 92 an
dem Einlassende der Düse 14,
wo die Wärmeverluste
relativ hoch sind, relativ hoch sein.
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Das Drahtelement 92 kann
an jedem geeigneten Punkt in den vorderen Teil 48 ein- und austreten. Beispielsweise
kann das Drahtelement 92 in den vorderen Teil 48 in
der Kammer 46 ein- und austreten, entlang eines Teils des
vorderen Teils 48 der in dem Bereich der Bewegung der Ventilnadel 26 in
der Kammer 46 bleibt.
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Alternativ kann das Drahtelement 92 durch einen
geeigneten großen
Schlitz (nicht gezeigt) in dem vorderen Körperteil 34 des Düsenkörpers 24 in den
vorderen Teil 48 ein- und austreten.
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Ein durch das Einbetten des Drahtelements 92 in
den vorderen Teil 48 der Ventilnadel 26 erreichter
Vorteil ist, dass ein größerer Teil
der Länge
der Düse 14 allein
von dem ersten Heizelement 30, das anhand von im Stand
der Technik bekannten einzelnen Heizerkonfiguration ausgebildet
ist, direkt beheizt werden kann.
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Zum Zweck dieser Offenbarung heizt
ein Heizelement vor allem den direkt angrenzenden Volumenbereich
der Schmelze in der Düse 14.
Es ist offensichtlich, dass andere Abschnitte der Schmelze außerhalb
des direkt angrenzenden Volumenbereichs auch durch das Heizelement
beheizt werden können,
jedoch ist die Beheizung, die in diesen Bereichen auftritt, relativ
geringer.
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Das erste Heizelement 30 kann
alternativ ein hülsenartiges
Heizelement sein, das extern auf dem vorderen Teil 48 befestigt
ist. In diesem Fall würde das
Heizelement nur den Abschnitt des vorderen Teils 48 bedecken,
der über
den gesamten Bereich der Bewegung der Ventilnadel 26 immer
in der Kammer 46 verbleibt.
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Das zweite Heizelement 32 ist
mit dem hinteren Teil 38 des Düsenkörpers 24 verbunden,
um die Schmelze darin zu beheizen. In der in den 1a und 1b gezeigten
Ausführungsformen
umfasst das zweite Heizelement 32 ein Drahtelement 98,
das um den hinteren Körperteil 38 herumgewickelt
ist. Das Drahtelement kann ein spiralförmiger Typ sein oder kann ein
einfacher nicht gewickelter Draht sein. Das Drahtelement 98 kann
in den hinteren Körperteil 38 eingebettet
sein.
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Das Drahtelement 98 ist
an eine elektrische Antriebsquelle (nicht gezeigt) angeschlossen.
Ein Anschluss 99 kann zwischen dem Drahtelement 98 und
der elektrischen Antriebsquelle (nicht gezeigt) verbunden sein.
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Die Wicklungsdichte des Drahtelements 98 kann
entlang der Länge
des hinteren Körperteils 38 in jeder
gewünschten
Form variieren. Beispielsweise kann die Drahtwicklungsdichte an
der Spitze der Düse 14 relativ
hoch sein, während
sie vorgeordnet davor relativ gering sein kann.
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Das zweite Heizelement 32 kann
mit dem ersten Heizelement 30 überlappen, so dass, dort wo sie überlappen,
beide geeignet sind, den gleichen Teil der Schmelze in der Düse 14 zu
beheizen. Alternativ können
sie so angeordnet sein, dass dort keine Überlappung vorhanden ist, aber
dass das zweite Heizelement 32 mit dem Beheizen der Schmelze
beginnt, wo das erste Heizelement 30 endet.
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Die ersten und zweiten Heizelemente 30 und 32 sind
ausgestaltet, um im Wesentlichen die gesamte Länge der Düse 14 zu beheizen.
Dadurch wird ein größerer Grad
von Kontrolle über
die Schmelzetemperatur erreicht, besonders an der Spitze und an
dem Düseneinlass,
im Vergleich zu linearen Systemen bei denen die Ventilnadel nur
einen einzigen externen Heizer umfasst.
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Weiterhin beheizen die ersten und
zweiten Heizelemente 30 und 32 die Schmelze von
außen. Durch
das Beheizen der Schmelze von außen werden verschiedene Vorteile
erzielt. Ein Vorteil ist, dass der gesamte Durchmesser der Düsenvorrichtung kleiner
gehalten ist als bei einem vergleichbaren System mit einem Heizer
in dem Düsenkörperschmelzekanal 40.
Ein zweiter Vorteil, die Schmelze von außen zu beheizen ist, dass es
den Aufbau einer stationären
Schicht von kalter Schmelze vermeidet, wie vorher mit Bezug auf
das Beheizen von Schmelze von innen erklärt. Ein drit ter Vorteil, die
Schmelze von außen
zu beheizen ist, dass der gesamte Druckverlust in der Düse geringer
als bei einer vergleichbaren Düse
ist, in der die Schmelze von innen beheizt ist, und so die Energie
und der Druck reduziert sind, die benötigt werden, um die Schmelze
von der Schmelzequelle (nicht gezeigt) in den Formhohlraum 16 zu bringen.
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Bezug wird auf die 2a und 2b genommen,
die eine Düse 100 zeigen
in Übereinstimmung mit
einer anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Die Düse 100 kann der Düse 14 ähnlich sein und
kann einen Düsenkörper 102,
eine Ventilnadel 104, einen Stellantrieb 106,
ein erstes Heizelement 108, ein zweites Heizelement 110 und
ein drittes Heizelement 112 umfassen. Der Düsenkörper 102 kann dem
Düsenkörper 24 ähnlich sein
und kann einen vorderen Körperteil 114,
einen mittleren Körperteil 116 und
einen hinteren Körperteil 118 umfassen,
welche dem vorderen Körperteil 34,
einem mittleren Körperteil 36 und
bzw. einem hinteren Körperteil 38 ähnlich sein
können.
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Die Ventilnadel 104 kann
der Ventilnadel 26 ähnlich
sein und kann einen vorderen Teil 120, einen Spitzenabschnitt 122 und
einen optionalen Halter 124 umfassen, welche dem vorderen
Teil 48, dem Spitzenabschnitt 50 bzw. dem Halter 52 ähnlich sind.
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Der Stellantrieb 106 kann
einen Kolben 152 umfassen, der sich in einer Kammer 126 bewegt,
und kann eine Struktur ähnlich
zu der des Stellantriebs 28 aufweisen.
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Das erste Heizelement 108 ist
mit der Ventilnadel 104 verbunden. Das erste Heizelement 108 kann
jede geeignete Art von Heizelement sein, so wie ein Drahtelement 127.
Das Drahtelement 127 kann ein spiralförmiger Typ oder ein nicht gewickelter
Typ sein. Das Drahtelement 127 kann um den vorderen Teil 120 in
einer Art ähnlich
zu dem Drahtelement 92 gewickelt sein und kann in den vorderen
Teil 120 an jeder geeigneten Position ein- und austreten.
Bevorzugt tritt das Drahtelement 127 in den vorderen Teil 120 in
der Kammer 126 an einem Punkt, wo es nicht durch den Stellantrieb 106 berührt ist,
ein und aus.
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Das erste Heizelement 108 kann
alternativ ein hülsenartiges
Heizelement sein, das außen
auf dem vorderen Teil 120 positioniert ist. In diesem Fall müsste das
erste Heizelement 108 auf dem Abschnitt des vorderen Teils 120 der
Ventilnadel 104 posi tioniert werden, der über den
Bereich der Bewegung der Ventilnadel 26 immer in der Kammer 126 verbleibt.
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Das zweite Heizelement 110 kann
dem zweiten Heizelement 32 ähnlich sein und kann mit dem hinteren
Teil 118 des Düsenkörpers 102 verbunden sein.
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Das dritte Heizelement 112 kann
dem zweiten Heizelement 110 ähnlich sein. Das dritte Heizelement 112 ist
mit dem vorderen Teil 114 des Düsenkörpers 102 verbunden.
Das dritte Heizelement 112 kann ein Drahtelement 128 sein,
das um den vorderen Körperteil 114 herumgewickelt
ist. Das Drahtelement 128 kann verschiedene Wicklungsdichten
entlang verschiedener Abschnitte des vorderen Körperteils 114 aufweisen.
Beispielsweise kann das Drahtelement 128 eine relativ große Wicklungsdichte
in der Nähe
des Einlassendes der Düse 14 aufweisen,
wo der Wärmeverlust
relativ hoch ist, und kann eine geringere Wicklungsdichte entfernt
von dem Einlassende aufweisen, wo der Wärmeverlust relativ geringer ist.
Weiterhin kann das dritte Heizelement 112 mit dem ersten
Heizelement 108 in Abschnitten für ein Teil der Schmelze überlappen,
der von beiden beheizt ist. Jedoch ist das dritte Heizelement 112 zumindestens
teilweise vorgeschaltet vor dem ersten Heizelement 108 positioniert,
zumindestens wenn die Ventilnadel 104 in der geschlossenen
Position ist.
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Ein Vorteil der durch das Einbinden
der ersten, zweiten und dritten Heizelemente 108, 110 und 112 erreicht
wird, ist, dass wirklich die gesamte Länge der Düse 100 beheizt werden
kann, unabhängig von
der Position der Ventilnadel 104. Ein anderer Vorteil ist,
dass die Düse 100 Schmelze,
die vorgeordnet vor dem vorderen Teil 120 der Ventilnadel 104 mittels
des dritten Heizelements 112 beheizt werden kann. Eine
solche Situation tritt auf, wenn die Ventilnadel 104 von
der in 2a gezeigten
Position in eine in 2b gezeigte
geschlossene Position bewegt wird.
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Bezug wird auf 3 genommen, die eine Düse 130 zeigt,
in Übereinstimmung
mit einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Düse 130 kann der Düse 14 ähnlich sein
mit der Ausnahme, dass die Düse 130 eine
Ventilnadel 132 aufweist, mit einem darauf angeordneten
Folienheizelement 134, anstatt eines gewickelten Drahtheizelements
wie beim ersten Heizelement.
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Das Folienheizelement 134 kann
auf dem Körper
des vorderen Teils der Ventilnadel 132 angeordnet sein,
um entweder eine relativ vollständige Schicht
zu bilden, so dass Wärme
relativ gleichmäßig über den
größten Teil
oder vollständig
auf dem vorderen Teil der Ventilnadel 132 verteilt ist.
Alternativ kann das Folienheizelement 134 ausgebildet sein,
um eine Reihe von thermischen Leitungsbahnen 136 (siehe 3a) oder Bändern in
ausgewählten
Bereichen des vorderen Teils der Ventilnadel 132 zu bilden,
so dass die Wärme
mehr in ausgewählte
Regionen der Ventilnadel 132 und weniger zu anderen Abschnitten der
Ventilnadel 132 verteilt wird.
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Eine Schutzhülse 138 kann über dem
Folienheizelement 134 positioniert sein, das Folienheizelement 134 effektiv
in die Ventilnadel 132 einbettend. Die Schutzhülse 138 schützt das
Folienheizelement 134 davor, während der Bewegung der Ventilnadel 132 in
der Düse 130 abgenutzt
zu werden. Die Schutzhülse 138 kann
eine Öffnung 140 dort
hindurch erfordern, um die Verbindung des Folienheizelements 134 zu
einem Anschluss 142 und zu einer Anschlussquelle zu erlauben.
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Das Folienheizelemente 134 kann
ein Drahtheizelement ersetzen, wie das zweite Heizelement 32, 110 (1a bzw. 2a), und das dritte Heizelement 112 (2a).
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Der Stellantrieb für die Ventilnadel
wurde einem Kolben, der durch einen Fluiddruck in einer Kammer bewegbar
ist, einschließend
beschrieben. Es ist alternativ möglich,
jede andere geeignete Art von Stellantrieb für die Ventilnadel einzubinden.
Beispielsweise kann der Stellantrieb einen fluidbetätigten Zylinder
umfassen (z.B. einen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder),
der mit der Ventilnadel mittels einer geeigneten mechanischen Verbindung verbunden
ist.
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Die Ventilnadel wurde beschrieben
als die Schmelzeströmung
durch die Angussöffnung
zu steuern durch die Bewegung zwischen einer ersten Position, in
der die Ventilnadel eine Schmelzeströmung durch die Angussöffnung in
dem Formhohlraum ermöglicht,
und einer zweiten Position, in der die Ventilnadel mit der Angussöffnung zusammenwirkt,
um eine Schmelzeströmung
dort hindurch zu verhindern. Es ist alternativ für die Ventilnadel möglich, die
Schmelzeströmung
durch die Angussöffnung zu
steuern, wobei die Bewegung zwischen ersten und zweiten Positionen
Schmelzeströmung
in dem Formhohlraum erlaubt, entweder mit einer ersten oder einer
zweiten Durchströmungsrate.
In anderen Worten, bei der ersten Position kann die Schmelzeströmung bei
einer ersten gewählten
Durchströmungsrate
ausgestaltet sein, und an einer zweiten Position kann die Schmelzeströmung bei
einer zweiten ausgewählten
Durchströmungsrate
ausgestaltet sein. Bei dieser Alternative können einige andere Mittel genutzt
werden, um die Angussöffnung
zu schließen
sobald es gewünscht
ist, die Schmelzeströmung durch
die Angussöffnung
zu verhindern, z.B., wenn der Formhohlraum für die Entnahme der gespritzten Artikel
geöffnet
ist.
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Während
die obere Beschreibung sich auf die bevorzugten Ausführungsformen
bezieht, ist es verständlich,
dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Änderungen
zulässt,
ohne sich von der wirklichen Bedeutung der beigefügten Ansprüche zu entfernen.