DE1629704A1

DE1629704A1 - Spritzduese fuer Kunststoffe verarbeitende Spritzgiessmaschinen

Info

Publication number: DE1629704A1
Application number: DE19671629704
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing August Albers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-04-13
Filing date: 1967-04-13
Publication date: 1971-02-04
Also published as: GB1220607A

Description

Dr.-Ing. August Albers, 7813 Staufen, den 2o.3.i967

Lindengärten 1o

Spritzdüse für Kunststoffe verarbeitende Spritzgiessmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzdüse für Kunststoffe verarbeitende Spritzgiessmaschinen für die angusslose Herstellung grosser und relativ dickwandiger Formteile ^ als Weiterentwicklung der im Deutschen Bundespatent Nr. 1 195 o41 beschriebenen Erfindung,

Die erfindungsgemässe Spritzdüse steht bei Betriebsbereitschaft mit der Spritzgiessform in ständiger Verbindung, die Angusskammer der Spritzgiessform und der beheizte Düsenkörper sind zu einem Maschinenelement zusammengefasst, bei dem die Düsennadel in Ruhestellung die relativ grosse Düsenbohrung unmittelbar am Spritzgiessteil mit einem zylindrischen kolbenartigen Ansatz verschliesst, bei dem während des Einspritzvorganges die Düsennadel jedoch unter Einwirkung des im Spritzzylinder herrschenden Druckes durch Beaufschlagung auf die der Düsenbohrung zugekehrten Nadel- λ fläche entgegen der Wirkung einer Schliesskraft die Düsenbohrung für den Durchfluss des plastifizieren Kunststoffes freigibt und bei welchem der zylindrische kolbenförmige Ansatz an der Düsennadel während eines Seils der Nachdruckzeit vorzeitig die plastische Kunststoffmasse in der Hauptkammer von der in der Angussbohrung befindlichen Kunststoffmasse abtrennt und diese Kunststoffmenge vor dem Ansatz unter Wirkung der Druckkraft der Düsennadel restlos und ohne Angussansatz in das Formteil presst.

Bekannt ist eine Nadeldüse, bei der die .Düsenbohrung in Ruhestellung mittels einer Düsennadel verschlossen wird.

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Unter Einwirkung des im Spritzzylinder herrschenden Druckes, der die der Düsenbohrung zugekehrte Nadelfläche beaufschlagt, gibt die Düsennadel entgegen der Wirkung beispielsweise einer Feder oder einer hydraulisch betätigten Zuhaltung die Düsenbohrung für den Durchfluss der Schmelze frei. Sobald der Druck im Spritzzylinder wieder auf seinen Ausgangswert abgefallen ist, verschliesst die Düsennadel erneut die Düsenbohrung. Mit dieser Nadeldüse werden Formteile entweder über einen Stangenanguss oder unter Zwischenschaltung einer Vorkammer über einen Punktanguss angespritzt.

Es sind auch Sprit zgiessformen bekannt se «ve rd on, die einen oder mehrere Ji'ormenhohlräume, die durch einander gegenüberliegende Flächen der Formteile gebildet werden, besitzen, wobei zwischen dem Formenhohlräumen und der Spritzdüse eine beheizbare Platte angeordnet ist. Diese Platte weist einen Verteilerkanal zur Aufnahme des plastifiziert en Kunststoffes auf» der einerseits mit der Spritzdüse und andererseits über einen oder mehrere Verbindungskanäle mit den Formenhohlräumen der Spritzform in Verbindung steht. Diese Spritzform trägt von der Einspritzvorrichtung unabhängige, jedoch mit dieser in zeitlicher Beziehung zusammenarbeitende Ventile, welche die Verteilerkanäle nach erfolgter Formfüllung von den Formhohlräumen absperren. Die genannten Ventile, die von Ventilnadeln gebildet werden und in den Verteilerkanälen verschiebbar geführt sind, haben die Aufgabe, bei gegossenen Gegenständen Giessköpfe, Angusstege und Stangenangüsse zu vermeiden und dabei trotzdem die Vorteile einer mehrfachen Einspritzung beizubehalten, bei dieser Vorrichtung macht sieh jedoch nachteilig bemerkbar, dass unabhängig von der Ausbildung der Spritzdüse in der Form zusätzliche Ventilnadeln mit eigenem Antrieb vorzusehen sind, dass zusätzlich Verteilerkanäle und Verbindungskanäle beheizt werden müssen und dass trotzdem weiterhin die Gefahr besteht, dass die in dtn verschiedenen Verteiler- und Verbindungskanälen befindliche Schmelze während des Arbeitaablaufee ungleioh abkühlt.

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Die Schmelze in den teilweise abgekühlten Kanälen fliesst dann langsamer und kann sehliesslich erstarren. Ausserdem gelingt es meist nicht, die durch erheblich unterschiedliche Temperaturen hervorgerufenen Massveränderungen zwischen den verschiedenen Ventilnadeln und den Dichtbohrungen in der gekühlten Formplatte zu beherrschen. Die Temperaturunterschiede führen deshalb zu erheblichen Undichtigkeiten oder zu einem Verklemmen der Ventilnadeln.

Durch diese Erfindung ist es nun gelungen, die genannten Nachteile der bekanntgewordenen. Vorrichtungen unter gleich-

zeitiger Erzielung und Verbesserung der sich beim änguss- ™

losen Spritzgiessen ergebenen Vorteile auszuschalten und auch grosse Formteile mit Wandstärken von 4 bis 10mm und mehr unter dem Aufbringen eines regelbaren Nachdruckes und mit wesentlich verkürzter Fertigungszeit herzustellen.

Die erfindungsgemässe Vereinigung von beheiztem Düsenkörper und Angussbüchse hat unter anderen folgende Vorteile:

Die Herstellung der üblichen besonderen Angussbüchse kann entfallen. Die Düsennadel wird in einer geschlossenen Kannner geführt und vor mechanischer Beschädigung geschützt. Bei den erforderlichen und üblichen hohen Spritzdrücken entsteht kein Abdichtungs- und Zentrierproblem zwischen Düsenkörper und besonderer Vorkammer der Spritzgiessform. {

Die Abdichtung wird dadurch gleichzeitig vom Düsenanlagedruck des betreffenden Maschinentypes unabhängig. Der grösste Teil der Kammer der Angussbüchse kann über wärmeleitung von der Düsenheizung her geheizt werden. Die kräftig ausgeführte Verschlussplatte der Spritzdüse bildet einen Teil des Formwerkzeuginneren und wird durch Anlage an der kaltgehaltenen Form gekühlt. Den erwünschten Wärmeübergang am formseitigen Ende der Düse kann man zum Beispiel dadurch steigern, dass man alle bekannten Hilfsmittel für einen guten Wärmeübergang anwendet, zum Beispiel in diesem Falle diesen Bereich vorzugsweise nicht selbsthemmend grossflächig, teils zylindrisch teils konisch aueführt.

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Dieser Abschnitt der Düse kann dann gleichfalls für die Düsenzentrierung des Spritzzylinders und für das Abfangen der Düsenanlagekraft benutzt werden. Eindrehungen am Übergang zwischen der relativ kalten vorderen Düsenverschlussplatte und der heisseren Düsenkammer bilden zusammen mit einer besonderen Wandstärkenverteilung des Düsenkörpers Wärmeleitungssperren und Luftisolationstaschen. Man erreicht dadurch, dass die Kunsstoffschmelze im.Innern der Kammer während des Betriebes nicht erstarrt und den Öffnungsvorgang der Düsennadel nicht behindert, b Vor dem .Beginn des Spritzgiessens kann man durch ein Abheben der Spritzdüse von der Spritzgussform die gesamte Düse auf Schmelztemperatur aufheizen, sodass bei Arbeitsbeginn das Nadelventil vollständig mit aufgeschmolzener Kunststoffmasse umgeben >ist und reibungslos arbeiten kann.

Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung liegt darin, dass man bei Verwendung der kräftigen Düsenplatte bei Spritzgussteilen mit grosseren Wandstärken von den üblichen kleinen punktförmigen Durchlassbohrungen im Bereich von 0,3 bis 1,3 mm abgehen kann und Je nach Wandstärke des Formteils Bohrungen von 2 bis 20 mm und mehr vorsehen kann. Es liegt im Sinne des Erfindungsgedankens, die Durchlassbohrung bei grossflächigen aber schnell abkühlenden r Spritzgussteilen schlitzförmig auszuführen und eine ent- :--v.-.->i"p_ncl abgeplattete Düsennadelspitze zu verwenden. P<e erj öSen Durchlassbohrungen haben im Vergleich zu den punktartigen Anschnitten folgende Vorteile: sie reduzieren die:;^!Scherbelastung und Erwärmung und damit die Zersetzungsgefahr des Kunststoffes beim Einspritzvorgang. Sie ermöglichen fast ohne Druckverlust ein vielfach schnelleres Einspritzen auch zähviskoser plastischer Massen, wie zum Beispiel Akrylat und Polykarbonat. Sie gestatten auch bei dickwandigen •Spritzteilen von 4 bis 10 mm Wandstärke und mehr das sichere aufbringen eines gesteuerten Nachdruckes bei offenem Nadelventil vom Spritzzylinder her, bei geschlossenem Ventil von dem Kolben an der Nadelspitze her, zur Erzielung formgenauer Teile, das beim Arbeiten mit dem üblichen Punktanschnitt nicht ,mjjslAoiult,.^

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Ein weiteres Kennzeichen dieser Erfindung ist, dass die Düsennadel nicht wie üblich am Ende abgerundet oder im Winkel spitz angeschliffen ist, sondern am formseitigen Ende bei runden Durchlassbohrungen als zylindrischer Kolben in eine entsprechend geformte zylindrische Bohrung in Tiefen von 1 bis 10 mm und mehr eintauchen kann und die eigentliche Abdichtung der Nadel in einen Kegelsitz verlagert ±st» der sich weiter innen in der Düsenkammer im Gebiet der dünnflüssigen Schmelze befindet. Bei dieser Arbeitsweise wird die Tatsache genutzt, dass man die Nachdruckzeit eines Spritzgussteiles in zwei Stufen gliedern kann. In der ersten Stufe, welche etwa ein Drittel " bis ein Viertel der gesamten Naehdruokzeit ausmacht, fliesst während des Erstarrens' der Schmelze noch sehr viel Nachdruckvolumen entsprechend Io bia 2o^ Erstarrungsschrumpf in das Formteil. In der zweiten Stufe, welche etwa zwei Drittel bis drei Viertel der Nachdruckzeit beinhaltet, wird zur Verhinderung von Einfallstellen beim Nachpressen des Schwundes nur noch ca« ein Zehntel dieser Menge gebraucht.

Während für die erste Phase der Nachdruckzeit das Ventil durch äusseren Nachdruck aus dem Spritzzylinder geöffnet bleiben muss, übernimmt in der erfindungsgemässen Anordnung in der zweiten Phase der kolbenförmige Ansatz an der Düsennadel selbsttätig das Nachdrücken des Normteils bis | das gesamte Materialvolumen vor dem Ansatz gerade verbraucht ist. Auf diese Weise erspart man der Plastifiziereinheit der Maschine den grosser en 'feil der Naohdruckzeit als ^v Stillstandszeit und steigert deren ausnutzbare Leistung beträchtlich. i»er Arbeitszyklus wird insgesamt auf einen Bruchteil verkürzt. Das selbsttätige Nachdrücken des kolbenförmigen Ansatzes der Düsennadel auf das Spritzteil kann du>oh Entspannen der Versohlueefeder oder aber auch über 0%xien zusätzlichen Hydraulikzylinder gesteuert erfolgen» Die lacjhdruckhöhe der Düsennadel k*nn über eine Federspann vorrichtung von ausBtn eingestellt werden. Bei dieser Art des Nftohdrückene kühlt sion auoh der kolbenförmige Ansatz

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der Düsennadel auf der Formseite mit ab und verhindert auf diese Weise ein festkleben des Kunststoffes am heisaen Metall» Bei einer hydraulisch betätigten Düsennadel kann die Nadel in Abhänigkeit vom Arbeitsablauf der Spiitzgiessmaschine zwangsweise in beide Eichtungen und . unabhängig vom Spritzdruck gesteuert werden.

Die Erfindung wird .nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigt in Pig* 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung im Schnitt, wobei sich die Düsennadel nach erfolgtem Nachdruck in ftuhestellung

P befindet. Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem beheizten Plastifizierzylinder mit Einspritzvorrichtung 1 und dem darin eingeschraubten Düsenkörper 2. Das Nadelventil besteht beispielsweise aus dem Ventilgehäuse und dem Düsenkopf 4, welcher gleichzeitig die Konturen der Angussbüchse besitzt. Im Ventilgehäuse 3 ist ein Führungskörper 5 angeordnet, in dessen Axialbohrung eine Düsennadel 6 längs verschiebbar geführt ist. Das dem Plastifizierzylinder zugekehrte Ende der Düsennadel 6 liegt an einer federbrücke 7» die in einem J?ührungs schlitz 8 bewegbar ist und an ihren beiden Enden je eine Schulter 9 aufweist, auf denen sich eine Druckfeder 1o abstützt. Die Spannung der Druckfeder 10 kann von aussen beispielsweise über eine Spannmutter 11

fc oder Über einen Hydraulikzylinder (nicht dargestellt) geregelt werden. Die Düsennadel 6, welche mit der Federbrücke 7 festverbunden sein kann, ragt durch die innere hammer 12 bis an das Snde des Düsenkopfes 4 und verschliesst in der Ruhestellung die in den Formenhohlraum 13 mündende zylindrisch»,, sehe Austrittsöffnung 18 soweit, bis die formseitige Fläohe des zylindrisch kolbenförmigen Ansatzes 16 der Düsennadel 6 in einer Ebener.mit der düsenseitigen Oberfläche 17 des Formenhohlraumes 13 liegt. Während die Auswerferseite 14 der Form wie üblich ausgeführt werden kann, erhält die düsenseitige Fläohe 17 der Porm die bisher allgemein übliche Bohrung 19 für die Anguesbüchse für das dirtkt· Anspritstn. *

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Erfindungsgemäss kann zum Zwecke der besseren !Trennung des Düsenkopfes 4 in einen beheizten Abschnitt 2o und . , einen von der Anlage an der Form gekühlten Abschnitt 21 etwa im äueeeren Bereich des kegeligen Ventilsitzes der Düsennadel 22 mit einer besonderen Wandstärkeverteilung beispielsweise einer Eindrehuijg 25 als Wärmesperre versehen werden. Die vorzugsweise konische Ausführung der vorderen äusseren Kontur dee Düsenkopfes 4 dient gleichzeitig zur Zentrierung des Spritzgusszylinders 1 in der düsenseitigen Formhälfte 17. Die Heizung 24des Düsenkopfes r.ollte so weit wie nur möglich in die Form hineinragen. λ

Lediglich im vorderen kegeligen Bereich sind Lufttaschen oder sonptige Isolationsmittel vorgesehen um die erforderliche Trennung des Düsenkopfes 4 in einen beheizten Abschnitt und einen gekühlten Abschnitt 21 zu erreichen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist folgende:

Das Einspritzen des aufgeschmolzenen Kunststoffmaterials wird dadurch eingeleitet₉ dass die Einspritzvorrichtung die Kunststoffmasse im Sainmelraum 26 unter Druck setzt. Dieser Druck pflanzt sich bis in den vorderen Innenraum der Düsenkanmer 12 fort und wird auf die der Austrittsöffnung 18 zugekehrten Nadelfläche 27 der Düsennadel 6 übertragen, sodass diese entgegen der Wirkung der Druckfeder!ο Ι die Austritt^öffnung 18 für den Durchfluss des plastifizierten Kunststoffes freigibt. Wenn der Einspritzvorgang und die erste Stufe des Kashdruekvorganges beendet sind, fällt der Druck im Sammelraum 26 wieder auf seinen Ausgangswert ab % und die Düsennadel 6 beginnt mit ihrem zylindrischen kolbenförmigen Ansatz 16 die gleichfalls zylindrische Austrittsbohrung 18 unter der Wirkung der Druckfeder 1o abzuschließen. In den Figuren 2, 3 und 4 ist der Bereich der Austrittsöffnung 18 im Ausschnitt vergrössert dargestellt. In Figur ist der Augenblick festgehalten, in welchem der kolbenförmige Ansatz 16 mit dem Ende der ersten Uachdruckstufe die plastische Kunststoffmasse in der inneren Düsenkammer 12 von der plastischen Masse von dem kolbenförmigen Ansatz 16 trennt. In diesem Augenblick übernimmt der kolbenförmige

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zylindrische Ansatz 16 der Düsennadel 6 unter Einwirkung des von aussen über die Druckfeder 1o beziehungsweise eines Hydraulikkolbens aufgebrachten Druckes unabhängig von der Spritzeinheit den weiteren Nachdruckvorgang und presst die vor dem kolbenförmigen Ansatz 16 befindliche Kunststoffmasse restlos in den Formenhohlraum 13, ohne dass eine übliche Angussmarkierung am Formteil verbleibt (siehe Figur 3 und 4). Während der letzten Stufe des Nachdruck- und Abkuhlvorganges kann im Plastifizierzylinder die Kunststoffmenge für das nächste Formteil , bereits aufgeschmolzen werden. Auf diese Weise erzielt man einen besonders schnellen Arbeitstakt. Wenn das Formteil in der Formenhöhlung 13 abgekühlt ist, wird es in bekannter Weise ausgeworfen. Der Arbeitszyklus ist somit beendet.

im übrigen ist die Ausführung der erfindungsgemässen Spritzdüse nicht streng an die dargestellte Anordnung gebunden. Die Erfindung umfasst vielmehr auch die konstruktiven Abwandlungen., welche die gleichen Auswirkungen auf die Arbeitsweise haben. Weiterhin erstreckt sich das Anwendungsgebiet der Spritzdüse auf alle Arten von plastischen Massen, bei denen es auf eine genaue Dosierung oder auch auf zeitabhänige Volumenausgleichvorgänge ankommt.

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Claims

Patentanspruch

Spritzdüse für Kunststoffe verarbeitende Spritzgiessmaschinen zur Erzeugung von angusslosen Spritzgiessteilen, die bei Betriebsbereitschaft mit der Spritzgiessform in ständiger Verbindung steht, bei der der Düsenkopf einen Teil der inneren Formwerkzeugoberfläche bildet und bei der die Düsenbohrung unmittelbar am Spritzgiessteil ist und in Ruhestellung mittels einer Düsennadel verschlossen ist, ύ bei der während des Einspritzvorganges die Düsennadel jedoch unter Einwirkung des im Spritzzylinder herrschenden Druckes durch Beaufschlagung der der Düsenbohrung zugekehrten Nadelfläche entgegen der Wirkung einer Schliesskraft die Düsenbohrung für den Durchfluss des plastifizieren Kunststoffes freigibt nach Patent ITr. 1 195 o41 daduroh gekennzeichnet, dass der Düsenkopf mit der Angussbüchse vereinigt ist, der beheizte Düsenkopf bei Anlage am gekühlten Formwerkzeug durch die Wandstärkenverteilung und die Anordnung von Wärmeisoliertaschen formseitig relativ kalt, zylinderseitig relativ heiss gehalten werden kann und die Düsenkopfseite am Spritzgiessteil eine relativ grosse zylindrische Bohrung mit einer weiter innen liegenden Kegeldichtfläche g aufweist und dass die Düsennadel am formseitigen Ende zunächst einen zylindrischen kolbenartigen Ansatz mit einer weiter innen liegenden Kegeldichtfläche besitzt und der zylindrische Ansatz wie ein Presskolben in die Bohrung des Düsenkopfes eintauchen und diese versohliessen kann und der kolbenförmige zylindrische Ansatz an der Düsennadel während des letzten Teils der Nachdruckzeit vorzeitig die plastische Kunststoffmasse in der Hauptkammer von der in der Angussbohrung befindlichen Kunststoffmasse abtrennt und diese Kunststoffmenge vor dem Ansatz unter Wirkung der Druckkraft der Düsennadel restlos und ohne Anguesansatz in das Formteil pressen kann.

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