DE112007002353B4

DE112007002353B4 - Düse für ein Spritzgießwerkzeug und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE112007002353B4
Application number: DE112007002353T
Authority: DE
Inventors: Abdeslam Bouti
Original assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Current assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2027-10-05
Also published as: CN101522389A; WO2008049193A1; CA2662373C; JP2010506753A; DE112007002353T5; CN101522389B; TW200900222A; CA2662373A1; US7467940B2; US20080092388A1; JP4750209B2

Abstract

Düse (1) für ein Spritzgießwerkzeug, umfassend:
– einen Düsenkörper (12) mit einem Durchflusskanal (6) für Harz, sowie mit einer Außenseite (96), die zwei Schultern (102, 106) und zwei zum Durchflusskanal (6) parallele Kontaktflächen (101, 105) aufweist, wobei sich jede Schulter (102, 106) von der zugehörigen Kontaktfläche nach außen erstreckt,
– einen Retentionsring (30), der an der einem Auslass (21) einer Düsenspitze (3) zugewandten Kontaktfläche (105) angebracht ist und sich von dem Düsenkörper (12) nach außen erstreckt, wobei der Retentionsring (30) aus einem Material besteht, das mit dem Düsenkörper (12) schweißkompatibel ist,
– eine Schweißverbindung zwischen dem Retentionsring (30) und der Kontaktfläche (105) und/oder der Schulter (106) und
– eine Dichtung (8), die aus einem Material besteht, das nicht schweißkompatibel mit dem Düsenkörper (12) ist, wobei die Dichtung (8) auf der von dem Auslass (21) abgewandten Kontaktfläche (101) angebracht ist,
wobei die Dichtung (8) an die...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Formteilsysteme und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Verbinden von zwei oder mehr nicht kompatiblen Materialien in einem Formteilsystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Formteilsysteme, beispielsweise Heißläufersysteme (hot runner systems), enthalten oftmals Komponenten, die die Verwendung von unterschiedlichen Teilen mit unterschiedlichen mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften erfordern. Beispielsweise kann ein Formteilsystem eine Düse mit einem Düsengehäuse und einer Düsenspitze umfassen, die dazu ausgestaltet ist, mit einem Gatebereich (gate region) eines Formwerkzeugs zu wechselwirken. Eine Heizeinrichtung kann der Düse Wärme zuführen, um zu verhindern, dass sich das Granulat bzw. Harz in dem Durchgangsweg verfestigt. Um die Wärmeübertragung von der Heizeinrichtung auf das Harz zu maximieren, können das Düsengehäuse und die Düsenspitze aus einem Material hergestellt sein, das eine verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf eine Kupferlegierung.
Die Düse kann außerdem eine Dichtung umfassen, die an die Düsenspitze befestigt sein kann, wodurch eine Abdichtung zwischen der Düsenspitze und dem Gatebereich des Formwerkzeugs ausgebildet wird. Während des Betriebs des Formteilsystems kann die Düsenspitze wiederholt in eine In-Eingriffnahme mit dem Formwerkzeug gebracht werden und aus dieser wieder entfernt werden. Diese Bewegung kann dazu führen, dass die Dichtung einem bedeutenden Verschleiß/Druck ausgesetzt ist. Zusätzlich kann das Formwerkzeug im Vergleich zu der Düse verhältnismäßig kalt sein. Somit ist es allgemein wünschenswert, die Dichtung aus einem verhältnismäßig starken bzw. festen Material mit einer verhältnismäßig niedrigen Wärmeleitfähigkeit herzustellen, um zu verhindern, dass die Dichtung beschädigt wird und um die Menge der von der Düse auf das Formwerkzeug übertragenen Wärme auf ein Mindestmaß zu beschränken.
Unglücklicherweise können die unterschiedlich erwünschten Eigenschaften der Düsenspitze und der Dichtung die Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien erforderlich machen, die metallurgisch inkompatibel sind. Beispielsweise sind zahlreiche Kupferlegierungen und Edelstähle nicht für ein Schweißen kompatibel. Obgleich es möglich sein kann, diese zwei Materialien unter Verwendung einer Schweißtechnik miteinander zu befestigen, ist dies sehr schwierig und die entstehende Verbindung ist in der Regel schwach und unzuverlässig. Ein alternatives Verfahren zum Verbinden der Dichtung mit der Düse kann das Ausbilden einer Übermaß-Passung (interference fit) oder das Sprühen einer Beschichtung auf die Düse umfassen, um die Dichtung auszubilden, wie dies in der US 6 971 869 B2 beschrieben wird, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
Folglich besteht ein Bedarf nach Komponenten eines Spritzgusssystems, wobei diese Komponenten (d. h. Bereiche bzw. Abschnitte) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, um die erwünschten Materialeigenschaften an den unterschiedlichen Bereichen/Abschnitten zu optimieren. Es besteht ferner ein Bedarf nach einem zuverlässigen und/oder kostengünstigen Prozess, um zwei oder mehr Bereiche von Komponenten eines Spritzgusssystems mit unterschiedlichen Materialeigenschaften permanent miteinander zu befestigen. Die vorliegende Erfindung stellt derartige Komponenten sowie einen Herstellungsprozess für diese bereit.
Die US 2006/0113407 A1 beschreibt Düsenspitzen für eine Spritzgießmaschine. Die entsprechenden Düsen weisen einen Einsatz sowie eine Dichtung auf. Auch können ein innerer Einsatz und ein äußerer Einsatz sowie ggf. eine Dichtung vorgesehen sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt wird eine Düse für ein Spritzgießwerkzeug gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt.
Die Dichtung und die Kontaktfläche des Düsenkörpers können eine Übermaß-Passung (interference fit) ausbilden.
Die entsprechende Schulter kann außerdem einen Außendurchmesser aufweisen, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Dichtung entspricht.
Der Düsenkörper kann optional einen Bereich von Material einschließen, der um die Außenseite des Düsenkörpers angeordnet ist, und zwar zwischen der dem Auslass der Düsenspitze zugewandten Kontaktfläche und dem Auslass. Dieser Bereich kann im Wesentlichen entfernt werden, nachdem die Schweißverbindung zwischen dem Retentionsring und dem Düsenkörper ausgebildet worden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Düse gemäß Patentanspruch 5 bereitgestellt.
Die Dichtung kann ein Material umfassen, das mit dem Düsenkörper nicht schweißkompatibel ist.
Der Düsenkörper kann mit einem Materialbereich bereitgestellt sein, der um eine Öffnung der Düsenspitze angeordnet ist. Wenigstens ein Abschnitt dieses Materialbereichs kann entfernt werden, nachdem der Retentionsring an den Düsenkörper geschweißt worden ist. Überdies kann ein Abschnitt des Retentionsrings entfernt werden, um eine gewünschte Form auszubilden, nachdem der Retentionsring an den Düsenkörper geschweißt worden ist. Der Retentionsring kann um die zugehörige Schulter positioniert werden, die sich im Wesentlichen von der Außenseite des Düsenkörpers nach außen erstreckt, so dass wenigstens ein Abschnitt des Retentionsrings im Wesentlichen an die Schulter anstößt.
Gemäß einem weiteren Aspekt (der sich auf Teile der Erfindung bezieht oder auf Hintergrundinformationen) wird eine Düse bereitgestellt, die einen Düsenkörper einschließt. Der Düsenkörper kann einen Spitzenbereich umfassen, einen Durchgangsweg, der ausgestaltet ist, in fluider Kommunikation mit einer Harzquelle zu sein, und zwar stromabwärts von dieser, sowie einen ersten Retentions- bzw. Rückhaltebereich umfassen, der um einen ersten Abschnitt einer Außenseite des Düsenkörpers angeordnet ist. Der erste Rückhaltebereich kann eine erste Kontaktfläche und eine erste Schulter einschließen, die sich im Allgemeinen von der ersten Kontaktfläche nach außen erstreckt.
Ein Retentionsring bzw. Rückhaltering kann um einen zweiten Abschnitt des Düsenkörpers zwischen dem ersten Retentionsbereich und dem Spitzenbereich angeordnet sein. Der Retentionsring schließt ein Material ein, das schweißkompatibel mit dem Düsenkörper ist und an den Düsenkörper geschweißt ist.
Eine Dichtung kann um wenigstens einen Abschnitt der ersten Kontaktfläche angeordnet sein und stößt im Wesentlichen an wenigstens einen Abschnitt der ersten Schulter und den Retentionsring an. Die Dichtung kann einen Innendurchmesser aufweisen, der kleiner als ein Außendurchmesser des Retentionsrings und der ersten Schulter ist, so dass die Dichtung sich im Wesentlichen nicht relativ zu dem Düsenkörper bewegen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine erste Komponente eines Formteilsystems bereitgestellt, umfassend eine erste Schulter, die sich im Allgemeinen von einer ersten Kontaktfläche nach außen erstreckt. Ein Retentionsring bzw. Rückhaltering ist um einen ersten Abschnitt der Außenseite der ersten Komponente angeordnet und erstreckt sich im Allgemeinen von der ersten Komponente nach außen. Der Retentionsring umfasst ein Material, das mit der ersten Komponente schweißkompatibel ist und an die erste Komponente geschweißt ist. Eine zweite Komponente (umfassend ein zweites Material, das mit der ersten Komponente nicht schweißkompatibel ist) umgibt wenigstens einen Abschnitt der Kontaktfläche der ersten Komponente. Die zweite Komponente stößt im Wesentlichen an wenigstens einen Abschnitt der ersten Schulter und des Retentionsrings an, so dass die zweite Komponente sich im Wesentlichen nicht relativ zu der ersten Komponente bewegen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale und Vorteile des beanspruchten Gegenstands ergeben sich anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung von damit konsistenten Ausführungsformen, wobei die Beschreibung unter Bezugnahme auf die nachstehenden Zeichnungen in Betracht gezogen werden sollte.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Formteilsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Düsenspitze gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer fertig gestellten Düsenspitze und Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer zusammengesetzten Düsenspitze und Dichtung vor der abschließenden Bearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Düsenkörpers ohne die Dichtung oder den Retentionsring.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Retentionsrings gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Detailansicht des Bereichs VIII von 4 gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Düsenspitze mit einer integrierten Flanschverbindung, wobei sich dies auf Teile der Erfindung bezieht oder auf Hintergrundinformationen.
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Düsenspitze mit einer integrierten Flanschverbindung, wobei sich dies auf Teile der Erfindung bezieht oder auf Hintergrundinformationen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung können eine erste und wenigstens eine zweite Komponente, die Materialien einschließen, die nicht schweißkompatibel sind, durch das Einbringen einer dritten Komponente miteinander befestigt werden, die mit wenigstens einer der zwei Komponenten schweißkompatibel ist. Der Klarheit halber beschreibt die vorliegende Offenbarung eine Ausführungsform, bei der die Komponenten des Formteilsystems eine Düsenanordnung umfassen, die eine Dichtung aufweist, die an eine Außenseite der Düsenspitze befestigt ist, die dazu ausgestaltet ist, ein Spritzgusswerkzeug zu berühren, wobei die Dichtung und die Düsenspitze nicht schweißkompatible Materialien aufweisen. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch dazu angewendet werden, jedwede Komponenten eines Formteilsystems miteinander zu befestigen, die nicht schweißkompatibel miteinander sind. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern wird lediglich durch die Ansprüche definiert.
Eine Ausführungsform eines Querschnitts einer Düse 1 und eines Formwerkzeugs 5 ist in 1 dargestellt. Die Düse 1 kann entweder eine Nadelverschlussdüse (valve gate nozzle) oder eine Wärmeverschlussdüse (thermal gate nozzle) umfassen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Düse 1 ein Düsengehäuse 2 umfassen, das im Allgemeinen eine zylindrische Form mit einem distalen Ende 11 aufweist, das ausgestaltet sein kann, an eine Harzquelle (beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf einen Verteiler eines Heißläufersystems oder dergleichen, der nicht dargestellt ist) befestigt zu werden, sowie eine Düsenspitze 3, die dazu ausgestaltet sein kann, einen Angussbereich 4 eines Formwerkzeugs 5 in Eingriff zu nehmen. Harz tritt in die Düse 1 von der Harzquelle ein und fließt innerhalb eines Durchgangswegs 6 in der Düse 1 durch den Angussbereich 4 des Formwerkzeugs 5 und letztendlich in eine Formwerkzeugkavität 7 (von der ein Teil dargestellt ist). Eine Heizeinrichtung 9 (von der ein Teil dargestellt ist) kann um wenigstens einen Abschnitt der Düse 1 gewunden sein oder anderweitig um diese angeordnet sein und sorgt dafür, dass das Harz in dem Durchgangsweg 6 eine Temperatur aufweist, die hinreichend ist, um zu verhindern, dass sich das Harz in dem Durchgangsweg 6 verfestigt. Bei einer Heizeinrichtung 9 kann es sich um jedweden Typ einer Heizeinrichtung handeln, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf eine Widerstandsdrahtheizeinrichtung, eine Folienheizeinrichtung oder dergleichen.
Insbesondere in den 2 und 3 ist eine Ausführungsform einer Düsenspitze 3 dargestellt. Obgleich die Düsenspitze 3 als eine einzelne einstückige Komponente mit dem Düsengehäuse 2 (1) ausgebildet werden kann, kann in der bevorzugten Ausführungsform die Düsenspitze 3 abnehmbar an das Düsengehäuse 2 befestigt werden, und zwar auf jedwede dem Fachmann bekannte Art und Weise. Beispielsweise kann die Düsenspitze 3 mittels einer oder mehrerer Befestigungseinrichtungen 13 (1) abnehmbar an das Düsengehäuse 2 befestigt werden, die durch eine oder mehrere Öffnungen 18 in der Basis 19 des Düsenspitzenkörpers 12 angeordnet sind, die das Düsengehäuse 2 in Eingriff nehmen. Alternativ kann die Düsenspitze 3 mittels eines Gewindes das Düsengehäuse 2 in Eingriff nehmen.
Die Düsenspitze 3 kann außerdem einen Spitzendurchgangsweg 16 umfassen, der dazu ausgestaltet ist, in fluider Kommunikation mit dem Durchgangsweg 6 (1) des Düsengehäuses 2 zu sein, um das Harz durch die Düse 1 (1) zu transportieren. Optional kann eine Ventilnadel oder dergleichen (nicht dargestellt) beweglich innerhalb eines Nadeldurchgangswegs 20 angeordnet sein, um selektiv den Auslass 21 des Spitzendurchgangswegs 16 zu öffnen und zu schließen, wie dies wohlbekannt ist. Obgleich die dargestellte Düsenspitze 3 eine Nadelverschlussdüsenspitze ist, handelt es sich hierbei nicht um eine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung, da die Düsenspitze 3 ebenso eine Wärmeverschlussdüsenspitze 3 umfassen kann. Die Düsenspitze 3 kann aus einem Material hergestellt sein, das eine verhältnismäßig hohe thermische Leitfähigkeit bzw. Wärmeleitfähigkeit aufweist, um die Verluste bei der Wärmeübertragung von der Heizeinrichtung 9 (1) zu dem Harz in dem Spitzendurchgangsweg 16 zu vermindern. Beispielsweise kann die Düsenspitze 3 umfassen, ist jedoch nicht beschränkt auf Kupferlegierungen, einschließlich BeCu (Beryllium-Kupfer), nicht Beryllium enthaltende Aluminium oder auf Aluminium basierende Legierungen, Molybdän oder geeignete Molybdänlegierungen, H13-Stahl, Mold-Stahl oder dergleichen.
Die Düsenspitze 3 kann außerdem eine Dichtung 8 umfassen, die ausgestaltet ist, das Formwerkzeug 5 (1) zu berühren, und zwar vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Angussbereichs 4, wie dies in 1 dargestellt ist, und um eine Dichtung auszubilden, die eine Harz-Leckage zwischen der Düsenspitze 3 und dem Gatebereich 4 des Formwerkzeugs 5 verhindert. Die Dichtung 8 kann physikalische Eigenschaften aufweisen, die sich von den gewünschten physikalischen Eigenschaften des Düsenspitzenkörpers 12 unterscheiden, und zwar je nach der gewünschten Anwendung der Düse 1. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass die Dichtung 8 ein verschleißresistentes Material aufweist, das ferner verhältnismäßig weniger thermisch leitfähig als das Material des Düsenspitzenkörpers 12 ist. Obgleich nicht beschränkend für die folgende Offenbarung, kann die Dichtung 8 aus Titan, H13, Edelstahl, Mold-Stahl oder Chromstahl, Keramik und Kunststoff hergestellt sein. Andere geeignete Materialien für die Formwerkzeugabdichtung 8 werden in der US 5 879 727 A beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die US 5 879 727 A beschreibt derartige Materialien für die Verwendung als eine Isolationsschicht für eine Düse. Um die gewünschten physikalischen Eigenschaften für die Düsenspitze 3 und die Dichtung 8 zu erreichen, kann es wünschenswert sein, die Düsenspitze 3 und die Dichtung 8 aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, die entweder schweißinkompatibel sein können oder eine verhältnismäßig schwache, schwierige oder unzuverlässige Verbindung ausbilden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Dichtung 8 an den Düsenkörper 12 befestigt werden, indem die Dichtung 8 zwischen einem Retentionsbereich bzw. Rückhaltebereich 22 des Düsenkörpers 12 und einem Retentionsring 30 eingefasst wird, anstatt die Dichtung 8 direkt an den Düsenkörper 12 zu schweißen. Folglich kann die Dichtung 8 permanent an den Düsenkörper 12 befestigt/angebracht werden, ohne die Dichtung 8 direkt an den Düsenkörper 12 zu schweißen. Im Ergebnis können sowohl der Düsenkörper 12 als auch die Dichtung 8 aus einer größeren Bereich von Materialien ausgewählt werden, die derart gewählt sind, dass diese die für die besonders angedachte Anwendung erwünschten physikalischen Eigenschaften aufweisen, und zwar im Allgemeinen ohne Sorge um deren Schweißkompatibilität, während immer noch eine starke, zuverlässige Befestigung bzw. Anbringung bereitgestellt wird.
Insbesondere in 5 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Düsenkörpers 12 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Düsenkörper 12 kann einen ersten Retentions- bzw. Rückhaltebereich 22 und einen zweiten Retentions- bzw. Rückhaltebereich 24 umfassen, die in Umfangsrichtung um eine Außenseite des Düsenkörpers 12 angeordnet sind, den jeweils die Dichtung 8 und der Retentionsring 30 berühren können, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. Der erste Retentionsbereich 22 kann eine erste Fläche (Kontaktfläche) 101 umfassen, die im Wesentlichen entlang der Längsachse des Düsenkörpers 12 angeordnet ist, sowie eine erste Schulter 102. Die erste Schulter 102 kann sich im Wesentlichen von der ersten Fläche 101 entlang eines Umfangs des Düsenkörpers 12 nach außen erstrecken und kann einen Außendurchmesser 33 aufweisen, der größer als ein Innendurchmesser 32 der ersten Fläche 101 ist. Obgleich die erste Schulter 102 derart dargestellt ist, dass diese sich im Allgemeinen von der ersten Fläche 101 senkrecht nach außen erstreckt, handelt es sich hierbei nicht um eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung und andere Formen (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf im Wesentlichen verjüngte oder konische Formen) sind ebenso möglich.
Der zweite Retentionsbereich bzw. Rückhaltebereich 24 kann eine zweite Fläche (Kontaktfläche) 105 umfassen, die im Wesentlichen entlang der Längsachse des Düsenkörpers 12 verläuft, sowie eine zweite Schulter 106. Die zweite Schulter 106 kann sich von der zweiten Fläche 105 entlang eines Umfangs des Düsenkörpers 12 im Wesentlichen nach außen erstrecken und kann einen Außendurchmesser 35 aufweisen, der größer als ein Innendurchmesser 34 der zweiten Fläche 105 ist. Obgleich die zweite Schulter 106 dargestellt ist, dass diese sich im Allgemeinen senkrecht von der zweiten Schulter 106 nach außen erstreckt, handelt es sich hierbei nicht um eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung und andere Formen (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf im Wesentlichen verjüngte oder konische Formen) sind ebenso möglich.
Der Düsenkörper 12 kann außerdem einen Spitzenbereich 14 umfassen, der optional mit einem Bereich 40 zusätzlichen Materials ausgebildet sein kann, das zwischen dem zweiten Retentionsbereich 24 und dem Auslass 21 des Spitzendurchgangswegs 16 angeordnet ist. Der Bereich 40 kann während der Herstellung des Düsenkörpers 12 aus demselben Material wie der Düsenkörper 12 ausgebildet werden oder separat hinzugefügt werden. Alternativ kann der Bereich 40 ein Material umfassen, das sich von dem Material des Düsenkörpers 12 unterscheidet und metallurgisch mit diesem kompatibel ist, das nach dem Herstellen des Düsenkörpers 12 hinzugefügt werden kann. Wie dies nachstehend detaillierter beschrieben wird, kann der Bereich 40 nach dem Schweißen des Retentionsrings 30 im Wesentlichen entfernt werden.
Insbesondere in den 4 und 6 ist eine Ausführungsform der Dichtung 8 dargestellt. Obgleich ein illustratives Beispiel einer Ausführungsform einer Dichtung 8 dargestellt ist, kann die Dichtung 8 jedwede Dichtungsausgestaltung aufweisen, die dem Fachmann bekannt ist. Die genaue Größe, Form und Ausgestaltung der Abdichtung 8 kann von der gewünschten Anwendung abhängen und ist Teil des Fachwissens des Fachmanns. Die Dichtung 8 kann eine Innenfläche bzw. Innenseite 103 aufweisen, die einen Innendurchmesser 36 aufweist, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser 32 (5) des ersten Retentionsbereichs bzw. Rückhaltebereichs 22 entspricht, wie dies in 4 dargestellt ist. In der bevorzugten Ausführungsform können die Innenfläche bzw. Innenseite 103 der Dichtung 8 und die Innenfläche bzw. Innenseite 101 (5) des ersten Retentionsbereichs 22 eine Übermaß-Passung (interference fit) ausbilden, wenn diese zusammengesetzt werden.
Die Dichtung 8 kann außerdem eine Außenfläche bzw. Außenseite (Stirnfläche) 104 mit einem Außendurchmesser 38 aufweisen, der größer als der Innendurchmesser 36 der Dichtung 8 ist. Die Außenseite bzw. Außenfläche 104 der Dichtung 8 kann bemaßt und geformt sein, um im Wesentlichen an wenigstens einen Abschnitt der ersten Schulter 102 (5) des ersten Retentionsbereichs 22 anzustoßen, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist, so dass die erste Schulter 102 die Dichtung 8 daran hindert, sich in Richtung der Basis 19 der Düsenspitze 3 zu bewegen.
In den 4 und 7 ist eine Ausführungsform des Retentionsrings bzw. Rückhalterings 30 dargestellt. Der Retentionsring 30 kann aus jedwedem Material hergestellt werden, das schweißkompatibel mit dem Material des Düsenkörpers 12 ist.
Gemäß dieser Beschreibung handelt es sich bei zwei Materialien, die schweißkompatibel sind, um Materialien, die den Schweißstandards (d. h. Spezifikationen, empfohlenen Verfahren, Klassifikationen, Verfahren und Anleitungen) von wenigstens einer der zahlreichen Standardorganisationen entsprechen, wie beispielsweise ASTM International, American Welding Society (AWS), International Organization for Standardization (ISO) und dergleichen. Im Gegensatz dazu handelt es sich im Sinne dieser Beschreibung bei nicht schweißkompatiblen Materialien um Materialien, die nicht wenigstens einem dieser Schweißstandards entsprechen. Obgleich der Retentionsring 30 und der Düsenkörper 12 dasselbe Material umfassen können, können der Retentionsring 30 und der Düsenkörper 12 ebenso unterschiedliche Materialien umfassen, so lange die zwei Materialien schweißkompatibel sind. Obgleich keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung, sofern dies nicht spezifisch beansprucht wird, kann der Retentionsring 30 umfassen, ist jedoch nicht beschränkt auf Kupferlegierungen, einschließlich BeCu (Beryllium-Kupfer), nicht Beryllium enthaltende Kupfer, Aluminium oder auf Aluminium basierende Legierungen, Molybdän oder geeignete Molybdänlegierungen, H13-Werkzeugstahl, Mold-Stahl oder dergleichen.
Der Retentionsring 30 kann Kontaktflächen 107, 108 umfassen. Die erste Kontaktfläche 107 kann einen Innendurchmesser 42 aufweisen, der im Wesentlichen dieselbe Größe wie der Innendurchmesser 34 (5) des zweiten Rückhaltebereichs bzw. Retentionsbereichs 24 aufweist, so dass der Retentionsring 30 über wenigstens einen Abschnitt der zweiten Fläche 105 des zweiten Retentionsbereichs 24 passt, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform können die zweite Oberfläche 105 (5) des zweiten Rückhaltebereichs 24 und die erste Kontaktfläche 107 des Retentionsrings 30 eine Übermaß-Passung (interference fit) ausbilden.
Die zweite Kontaktfläche 108 des Retentionsrings 30 kann außerdem einen Außendurchmesser 44 umfassen, der größer als der Innendurchmesser 36 (6) der Dichtung 8 ist. Gemäß einer Ausführungsform stößt wenigstens ein Abschnitt der zweiten Kontaktfläche 108 des Retentionsrings 30 im Wesentlichen an wenigstens einen Abschnitt der zweiten Schulter 106 (5) des zweiten Rückhaltebereichs 24 an, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. Überdies kann wenigstens ein Abschnitt der zweiten Kontaktfläche 108 bemaßt und geformt sein, um im Wesentlichen an die untere Oberfläche 48 der Dichtung 8 anzustoßen, um somit die Dichtung 8 daran zu hindern, sich in Richtung der Spitze 14 der Düsenspitze 3 zu bewegen. Gemäß einer Ausführungsform ist der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser 42, 44 des Retentionsrings 30 größer und vorzugsweise wesentlich größer als die Dicke 46 (6) des unteren Bereichs 48 der Dichtung 8.
Um die Düsenspitze 3 zusammenzusetzen, kann die Dichtung 8 um den ersten Retentionsbereich 22 des Düsenkörpers 12 angeordnet werden, so dass die Außenseite bzw. Außenfläche 104 (6) der Dichtung 8 im Wesentlichen an die erste Schulter 102 (5) des ersten Rückhaltebereichs bzw. Retentionsbereichs 22 anstößt, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. Die erste Schulter 102 hindert die Dichtung 8 daran, sich in Richtung der Basis 19 der Düsenspitze 3 zu bewegen. Anschließend kann der Retentionsring 30 um den zweiten Retentionsbereich 24 des Düsenkörpers 12 angeordnet werden, so dass die zweite Kontaktfläche 108 des Retentionsrings 30 im Wesentlichen an die untere Oberfläche 48 der Dichtung 8 anstößt, um somit zu verhindern, dass sich die Dichtung 8 in Richtung der Spitze 14 der Düsenspitze 3 bewegt.
Sobald die Dichtung 8 und der Retentionsring 30 an Ort und Stelle sind, wie dies in 4 dargestellt ist, kann wenigstens ein Abschnitt der Schnittstelle 50 zwischen der ersten Kontaktfläche 107 des Retentionsrings 30 und der zweiten Fläche 105 des zweiten Rückhaltebereichs 24 des Düsenkörpers 12 entlang der Richtung des Pfeils A geschweißt werden, wie dies in 8 dargestellt ist. Gemäß einer Ausführungsfom wird der Retentionsring 30 anfänglich sowohl an den Düsenkörper 12 als auch an den Bereich 40 geschweißt. Jedoch kann in der Ausführungsform, bei der die Düsenspitze 3 nicht den Bereich 40 umfasst, der Retentionsring 30 direkt an den Düsenkörper 12 geschweißt werden. Diese Schweißverbindung kann unter Verwendung jedweder bekannten Schweißtechnik ausgebildet werden, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Elektronenschweißen oder Laserstrahlschweißen. Alternativ kann der Retentionsring 30 unter Verwendung einer Löt-Technik oder einer Hartlöt-Technik an den Düsenkörper 12 befestigt werden.
Nachdem der Retentionsring bzw. Rückhaltering 30 an den Düsenkörper 12 geschweißt worden ist, halten die erste Schulter 102 und der angeschweißte Retentionsring 30 die Dichtung 8 in Position, so dass sich die Dichtung 8 im Wesentlichen nicht relativ zu der Düsenspitze 3 bewegen kann. Da der Retentionsring 30 und der Düsenkörper 12/der Bereich 40 schweißkompatibel sind, kann eine starke und zuverlässige Schweißverbindung ausgebildet werden, und zwar im Wesentlichen unabhängig von der Schweißkompatibilität zwischen dem Düsenkörper 12 und der Dichtung 8. Folglich können die für den Düsenkörper 12 und die Dichtung 8 ausgewählten Materialien für die angedachte Anwendung optimiert werden. Da überdies die Dichtung 8 nicht an den Düsenkörper 12 geschweißt werden muss, kann eine Beschädigung der Dichtung 8 (entweder eine physikalische Beschädigung oder eine metallurgische Beschädigung) vermieden werden.
Optional können der Retentionsring 30 und/oder der Bereich 40 des Düsenkörpers 12 nach dem Schweißen abgefräst werden, um das fertige Produkt auszubilden, wie dies in 3 dargestellt ist. Ein Vorteil des Fräsens des Retentionsrings 30 und des Düsenkörpers 12/des Bereichs 40 nach dem Schweißen besteht darin, dass die Schweißverbindung gesäubert werden kann, was zu einer glatteren Außenseite führt. Alternativ können der Retentionsring 30 und der Düsenkörper 12 vor dem Schweißen im Wesentlichen in deren endgültigen Form ausgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform (die sich auf Teile der Erfindung bezieht oder auf Hintergrundinformationen), ist offenbart: eine Düsenspitze 90 (9 und 10). Die Düsenspitze 90 kann einen Körperabschnitt 91 umfassen, der aus einem Material mit einer verhältnismäßig hohen Wärmeleitfähigkeit besteht, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf eine Kupferlegierung oder dergleichen, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Der Körperabschnitt 91 kann einen Retentionsbereich bzw. Rückhaltebereich 93 umfassen. Der Retentionsbereich 93 kann eine Schulter 95 umfassen, die sich im Allgemeinen von der Außenseite 96 des Körperabschnitts 91 nach außen erstreckt.
Die Düsenspitze 90 kann außerdem einen integrierten Verbindungsflansch 92 umfassen, der ausgestaltet ist, zwischen wenigstens einem Abschnitt der Außenseite 96 des Körperabschnitts 91 angeordnet zu werden. Der integrierte Verbindungsflansch 92 kann dazu ausgestaltet sein, eine Verbindung mit dem Düsenkörper (nicht dargestellt) einer Düse auszubilden, und kann ein Material mit verhältnismäßig großer Festigkeit umfassen, wie vorstehend beschrieben (beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Stähle mit hoher Festigkeit oder dergleichen), so dass eine feste Verbindung ausgebildet werden kann.
Der integrierte Verbindungsflansch 92 kann einen Flanschadapter 94 und einen Retentionsring 97 umfassen. Der Flanschadapter 94 kann ein Material mit einer verhältnismäßig hohen Festigkeit aufweisen, wie dies vorstehend beschrieben ist, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf einen Stahl hoher Festigkeit und dergleichen, und kann dazu ausgestaltet sein, um im Wesentlichen an wenigstens einen Abschnitt eines Düsenkörpers (nicht dargestellt) einer Düse anzustoßen.
Ein Harzdurchgang 103 kann durch die Düsenspitze 90 verlaufen, um Harz von der Düse zu kommunizieren, und kann einen verjüngten Einlass 102 aufweisen.
Der integrierte Verbindungsflansch 92 kann optional einen mit einem Gewinde versehenen Bereich (entweder auf der Innenseite oder der Außenseite des integrierten Verbindungsflansches 92) aufweisen, um eine Verbindung mit dem Düsenkörper mittels des Gewindes auszubilden. Alternativ kann der integrierte Verbindungsflansch 92 eine Verbindung mit dem Düsenkörper mittels einer Spitzenrückhalteeinrichtung (tip retainer; nicht dargestellt) ausbilden, wie diese in der US-Patentschrift Nr. 6,609,902 (Blais et al.) beschrieben wird, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
Der Retentionsring 97 kann bemaßt und geformt sein, um im Wesentlichen an wenigstens einen Abschnitt des Retentionsbereichs 93 des Körperabschnitts 91 anzustoßen. Der Retentionsring 97 kann aus jedwedem Material bestehen, das schweißkompatibel mit dem Flanschadapter 94 ist, und kann einen nach innen gerichteten Flansch 98 umfassen, der im Wesentlichen an die Schulter 95 des Retentionsbereichs 93 anstößt. Beispielsweise kann der nach innen gerichtete Flansch 98 einen Innendurchmesser 99 aufweisen, der kleiner als ein Außendurchmesser 100 der Schulter 95 ist. Der Innendurchmesser 99 kann optional im Wesentlichen dem Durchmesser des Schaftbereichs 101 des Körperabschnitts 91 entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Retentionsring 97 (9) an den Flanschadapter 94 geschweißt werden, indem im Wesentlichen in Umfangsrichtung um den integrierten Verbindungsflansch 92 in der Richtung des Pfeils C geschweißt wird. Alternativ kann der Retentionsring 97 (10) an den Flanschadapter 94 geschweißt werden, indem im Wesentlichen in Umfangsrichtung entlang der Längsachse L des integrierten Verbindungsflansches 92 in der Richtung des Pfeils D geschweißt wird. In beiden Ausführungsformen ist, sobald der Retentionsring 97 und der Flanschadapter 94 aneinander geschweißt sind, der Körperabschnitt 91 im Wesentlichen zwischen dem Flanschadapter 94 und dem Retentionsring 97 eingefasst, so dass der integrierte Verbindungsflansch 92 im Wesentlichen permanent an den Körperabschnitt 91 befestigt ist bzw. mit diesem verbunden ist, und der Körperabschnitt 91 kann sich im Wesentlichen nicht relativ zu dem integrierten Verbindungsflansch 92 bewegen. Es sollte bemerkt werden, dass der Retentionsring 97 und der Flanschadapter 94 miteinander verschweißt werden können und dass diese nicht an den Körperabschnitt 91 geschweißt werden müssen. Folglich kann der integrierte Verbindungsflansch 92 aus einem Material bestehen, das mit dem Körperabschnitt 91 nicht schweißkompatibel ist.
Somit offenbart die vorliegende Erfindung ein Formteilsystem (wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf Düsenspitzen und Dichtungen), das Abschnitte/Bereiche umfasst, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, um die gewünschten Materialeigenschaften an den unterschiedlichen Bereichen/Stellen zu optimieren. Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen verlässlichen und/oder kostengünstigen Prozess bereit, um zwei oder mehr Abschnitte von Spritzgusssystemkomponenten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften permanent miteinander zu verbinden bzw. aneinander anzubringen. Obgleich die vorliegende Beschreibung eine Düse betroffen hat, stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Die vorliegende Erfindung kann mit praktisch jedweder Komponente eines Formteilsystems verwendet werden, wo nicht schweißkompatible Materialien miteinander befestigt werden müssen.

Claims

Düse (1) für ein Spritzgießwerkzeug, umfassend: – einen Düsenkörper (12) mit einem Durchflusskanal (6) für Harz, sowie mit einer Außenseite (96), die zwei Schultern (102, 106) und zwei zum Durchflusskanal (6) parallele Kontaktflächen (101, 105) aufweist, wobei sich jede Schulter (102, 106) von der zugehörigen Kontaktfläche nach außen erstreckt, – einen Retentionsring (30), der an der einem Auslass (21) einer Düsenspitze (3) zugewandten Kontaktfläche (105) angebracht ist und sich von dem Düsenkörper (12) nach außen erstreckt, wobei der Retentionsring (30) aus einem Material besteht, das mit dem Düsenkörper (12) schweißkompatibel ist, – eine Schweißverbindung zwischen dem Retentionsring (30) und der Kontaktfläche (105) und/oder der Schulter (106) und – eine Dichtung (8), die aus einem Material besteht, das nicht schweißkompatibel mit dem Düsenkörper (12) ist, wobei die Dichtung (8) auf der von dem Auslass (21) abgewandten Kontaktfläche (101) angebracht ist, wobei die Dichtung (8) an die Schulter (102) und an den Retentionsring (30) anstößt, so dass die Dichtung (8) sich nicht relativ zu dem Düsenkörper (12) bewegen kann.
Düse (1) nach Anspruch 1, wobei die Dichtung (8) und die zugehörige Kontaktfläche (101) des Düsenkörpers (12) eine Übermaß-Passung ausbilden.
Düse (1) nach Anspruch 1, wobei die Schulter (106) ferner umfasst: einen Außendurchmesser (35), der einem Innendurchmesser (34) der Dichtung (8) entspricht.
Düse (1) nach Anspruch 1, wobei der Düsenkörper (12) einen Bereich (40) aus Material umfasst, das um die Außenseite (96) des Düsenkörpers (12) zwischen der dem Auslass (21) der Düsenspitze (3) zugewandten Kontaktfläche (105) und dem Auslass (21) angeordnet ist, wobei der Bereich (40) entfernbar ist, nachdem die Schweißverbindung zwischen dem Retentionsring (30) und dem Düsenkörper (12) ausgebildet worden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Düse für ein Spritzgießwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: Positionieren der Dichtung (8), so dass eine Stirnfläche (104) der Dichtung (8) an die zugehörige Schulter (102) anstößt, Positionieren des Retentionsrings (30), so dass der Retentionsring (30) an die Dichtung (8) anstößt; und Schweißen des Retentionsrings (30) an den Düsenkörper (12).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Dichtung (8) und der Düsenkörper (12) ferner aus nicht schweißkompatiblen Materialien bestehen.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Bereitstellen des Düsenkörpers mit dem Bereich (40) aus Material, und Entfernen wenigstens eines Abschnitts des Bereichs (40) aus Material, nachdem der Retentionsring (30) an den Düsenkörper (12) geschweißt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Entfernen eines Abschnitts des Retentionsrings (30), um eine endgültige Form auszubilden, nachdem der Retentionsring (30) an den Düsenkörper (12) geschweißt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Positionieren des Retentionsrings (30) ferner das Positionieren des Retentionsrings (30) an die Schulter (106) umfasst.