DE1729335B2 - Heisskanal-Spritzgießwerkzeug zum Spritzgießen thermoplastischer Kunststoffe - Google Patents

Description

teilkanalebene sternförmig, radial auseinanderlaufender Verteilkanäle verzweigte, welche an ihren Enden in je einen in Angußrichtung weiterverlaufenden Verbindungskanal und diese Verbindungskanäle schließlich in je eine in derselben Richtung weiterverlaufenden Einspritzdüse einmündeten. Jedenfalls waren die Einspritzdüsen dabei stets kreisförmig um die Werkzeugachse herum angeordnet; wegen der besonderen Herstellungsweise des Kanalsystems war es unmöglich, sie gleichmäßig über den Formquerschnitt zu verteilen und dadurch die Form voll auszunutzen. Aus der USA.-Patentschrift 3 055 055 ist schließlich noch ein Spritzgießwerkzeug mit ungeheiztem, in der Ebene der Verteilerkanäle geteiltem Block bekannt, weiches einen dem Kanalsystem entsprechenden, aus elektrisch beheizten Rohren gebildeten Einsatz aufweist, durch welchen das Spritzgut zu den Anspritzstellen geleitet wird. Dieser Einsatz nimmt zwar den Druck auf, so daß die Form in der erwähnten Weise geteilt werden kann. Er ist jedoch teuer, in Herstellung und Unterhalt aufwendig und ohnehin nur für Verteilsysteme denkbar, die lediglich Verteiler- und Verbindungskanäle erster Ordnung aufweisen. Damit ist aber dieselbe Beschränkung der Anordnung der Spritzstellen gegeben, wie sie oben für die herkömmliehen Heißkanalwerkzeuge erörtert wurde, nämlich die Beschränkung auf eine kreisförmige Anordnung um die Werkzeugachse herum.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem für Isolierkanalwerkzeuge bekannten Kanalsystem der in der erstgenannten Veröffentlichung beschriebenen Art, ein Heißkanal-Spritzgießwerkzeug zu schaffen, das einerseits eine bessere Form ausnutzung gestattet, andererseits einen Dauerbetrieb mit sehr hohen Einspritzdrücken, d. h. Einspritzdrücken von 1000 bis 1600 kg/cm² und mehr, und extrem lcurzen Spritzzeiten, d. h. solche der Größenordnung 0,3 Sekunden, und entsprechend hohen Schußzahlen gewährleistet, und das schließlich einfach zu fertigen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verteilerkanäle unterschiedlicher Ordnung in getrennten, zur Angußrichtung senkrecht stehenden Ebenen liegen, die durch die in Angußrichtung verlaufenden Verbindungskanäle verbunden sind, und daß der Werkzeugblock gegebenenfalls Teilungen zwischen zwei Verzweigungsebenen parallel zu diesen aufweist.

Mit anderen Worten: Beim erfindungsgemäßen Heißkanal-Spritzgießwerkzeug sind die Verzweigungen des Kanalsystems auf mindestens zwei parallele Ebenen aufgeteilt, wobei jede Ebene nur Verzweigungen derselben Ordnung aufweist und die Verbindungskanäle zwischen den einzelnen Ebenen senkrecht zu diesen verlaufen.

Zweckmäßigerweise sind nicht nur die Gesamtlängen aller Kanäle zwischen der Angußstelle und der betreffenden Einspritzdüse gleich, sondern es weisen darüber hinaus alle in derselben Ebene verlaufenden Verteilerkanäle jeweils gleiche Längen auf. Es sind auch die Durchmesser der Kanäle des Kanalsystems derart bemessen, daß der zu verspritzende Kunststoff im gesamten Kanalsystem die gleiche Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Die letztgenannte Bedingung bedeutet, daß die Durchmesser der Kanäle von der Angußstelle bis zu den Spritzdüsen sukzessive an jeder Verzweigungsstelle abnehmen. Vernachlässigt man die Reibungsverluste, so gilt in erster Annäherung, daß die Summe der Querschnittsflächen aller von einer Verzweigungsstelle wegführenden Kanäle annähernd gleich ist wie der Querschnitt des zu dieser Verzweigungsstelle hinführenden Kanals.

Das erfindungsgemäße Heißkanal-Spritzgießwerkzeug kann als Mehrfach-Spritzgießwerkzeug mit einer oder mehreren Anspritzstellen pro Spritzling oder als Einfach-Spritzgießwerkzeug mit einer Mehrzahl von Anspritzstellen pro Spritzling ausgebildet sein.

Beim Spritzen großer Spritzlinge mittels Einfachformen mit einer Mehrzahl von Einspritzdüsen ist selbst bei gleichen Fließweglängen zwischen der Angußstelle und den einzelnen Einspritzdüsen eine korrekte Füllung der Form meist nur dann gegeben, wenn zusätzlich auch die Füllwege, d. h. die Fließwege im Formhohlraum selbst, bezüglich des jeweiligen Anspritzpunktes für alle Teile des Spritzlings einigermaßen gleich lang sind.

Vorzugsweise besteht der Werkzeugblock von der Angußstelle bis mindestens zu den von der zweiten Ebene wegführenden Verbindungskanälen aus einem Stück.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Heißkanal-Spritzgießwerkzeuges ergibt im Vergleich zu den bekannten Werkzeugen eine Reihe wesentlicher Vorteile:

Es lassen sich bei einem erfindungsgemäßen Mehrfach-Spritzgießwerkzeug bei gegebenen Werkzeugaußenabmessungen mehr Einzelformen unterbringen als mit den herkömmlichen Kanalführungen, oder es lassen sich für dieselbe Anzahl Einzelformen die Werkzeugaußenabmessungen verkleinern. Der Grund dafür ist, daß mit Ausnahme des Zentrums praktisch der ganze Werkzeugquerschnitt ausgenutzt werden kann, da keine Beschränkung auf eine kreisförmige Anordnung der Einzelformen um die Werkzeugachse herum notwendig ist, und daß die gegenseitigen Abstände der Einzelformen nicht durch das Kanalsystem selbst zusätzlich vergrößert werden. Dadurch ergeben sich kleinere Formabmessungen und entsprechend kleinere Formschließkräfte.

Aus der Verkleinerung der Formabmessungen ergibt sich eine direkte Verkleinerung der Fließweglängen. Eine weitere, indirekte Verkleinerung der Fließweglängen ergibt sich daraus, daß die Verbindungskanäle bei einer Aufteilung der Verzweigungen auf verschiedene Ebenen bedeutend kurzer gehalten werden können, als wenn sie zusammen mit den Verteilerkanälen in ein und derselben Ebene liegen würden. Aus beiden zusammen resultiert eine beträchtliche Verminderung des notwendigen Spritzdruckes.

Bei der bisher üblichen Anordnung der Verzweigungen in einer einzigen Ebene wurden die radial nach außen gerichteten Verteilerkanäle der zweiten Ordnung und die mit ihnen verbundenen Formen zuerst und die mit den radial nach innen gerichteten Verteilerkanälen der zweiten Ordnung verbundenen Formen erst danach vollständig gefüllt, wodurch erhebliche Schwankungen des Druckes in den Verteilerkanälen der zweiten Ordnung zum gleichen Zeitpunkt und damit auch unterschiedliche Füllungsgrade der einzelnen Formen auftraten. Demgegenüber erfolgt beim erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeug zur gleichen Zeit eine gleichmäßige Füllung aller mit der Spritzgußmasse zu füllenden Formen, und zwar mit gleichem Druck.

Durch die Verlegung von aufeinanderfolgenden Verteilerkanälen verschiedener Ordnung in aufein-

anderfolgende, zueinander parallele Ebenen und Sind für das Kanalsystem mehr als zwei Ebenen durch die Verbindung der Verteilerkanäle der einen notwendig und kann es dabei aus konstruktiven Ordnung mit den Verteilerkanälen der nächsthöheren Gründen nicht in einem einzigen Block angeordnet Ordnung in der benachbarten Ebene durch senkrecht werden, so besteht die Möglichkeit, das Werkzeug, zu diesen Ebenen verlaufenden Verbindungskanälen 5 wie in F i g. 3 dargestellt, zwischen zwei durch die können selbst komplizierte Kanalsysteme relativ ein- Verteilerkanäle gebildeten Ebenen II, HI zu teilen, fach hergestellt werden, ohne daß der Block des Hierdurch werden nur die Verbindungskanäle 8 geWerkzeuges in der Verzweigungsebene geteilt sein teilt, und zwar senkrecht zu ihrer Achse. Dadurch muß. wird die Abdichtung im Vergleich zu einer Teilung

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es io in der Kanallängsachse erheblich vereinfacht,

erstmals auch, nötigenfalls geteilte Heißkanal-Spritz- Der Ansatzteil 9 des Spritzgießwerkzeuges, welcher

gießwerkzeuge für Spritzdrücke über 1000 kg/cm² die Verteilerkanäle 13 und die Verbindungskanäle 14

und Spritzzeiten der Größenordnung 0,3 Sekunden dritter Ordnung enthält, kann entweder fest mit dem

herzustellen. Die bisherige Notwendigkeit, diese aus oberen Teil 10 verbunden sein oder durch den

einem einzigen Block zu fertigen, hätte der Anzahl 15 Schließdruck der Spritzgießmaschinen auf diesen Teil

der möglichen Einzelformen, ganz abgesehen vom gepreßt werden.

Raumbedarf rasch eine obere Grenze gesetzt; bei Die Einspritzdüsen 2 A sind zweckmäßig, wie in

Aufteilung in zwei oder mehr Teilblöcke ist zum der deutschen Offenlegungsschrift 1 729 333 im Detail

mindesten fertigungstechnisch eine solche Begrenzung beschrieben, als mit Wärmeleitkernen versehene Ein-

nicht mehr gegeben. ^ao fach- oder Mehrfachdüsen ausgebildet.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Er- In den F i g. 4 und 5 ist ein Einfach-Heißkanal-

findung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es Spritzgießwerkzeug mit 32 Anspritzstellen zum

zeigt Spritzen großer, tafelförmiger Gegenstände darge-

F i g. 1 einen Grundriß einer ersten beispielsweisen stellt. Der von der Angußstelle 20 wegführende An-

Ausführungsform eines als Mehrfachwerkzeug aus- 35 gußkanal 21 verzweigt sich in zwei in der ersten

gebildeten Heißkanal-Spritzgießwerkzeuges, Ebene I verlaufende Verteilerkanäle erster Ordnung

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, 22, die in die beiden Verbindungskanäle 23 über-

F i g. 3 ein Detail einer zweiten beispielsweisen gehen. Letztere verzweigen sich in der zweiten

Ausführungsform eines ebenfalls als Mehrfachwerk- Ebene II in je vier, total also acht Verteilerkanäle 24

zeug ausgebildeten Heißkanal-Spritzgießwerkzeuges, 30 zweiter Ordnung, welche wiederum in je einen Ver-

F i g. 4 einen Grundriß einer weiteren beispiels- bindungskanal 25 übergehen. Letztere verzweigen

weisen Ausführungsform eines ais Einfachwerkzeug sich ihrerseits in der dritten Ebene III in je vier,

mit einer Mehrzahl von Anspritzstellen ausgebildeten total also 32 Verteilerkanäle 26 dritter Ordnung,

Heißkanal-Spritzgießwerkzeuges, welche dann in je einen Verbindungskanal 27 dritter

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4. 35 Ordnung übergehen.

In F i g. 1 ist im Grundriß ein Mehrfach-Heiß- Die 32 Einspritzdüsen 28, in welche die Verbinkanal-Spritzgießwerkzeug mit einem zwischen einer dungskanäle 27 einmünden, sind gleichmäßig über Angußstelle 1 und einer Mehrzahl von Einspritzdüsen die ganze Oberfläche des Spritzlings derart verteilt, 2 A vorgesehenen, verzweigten Kanalsystem darge- daß jede einen gleich großen, mindestens annähernd stellt, wobei die Kanallängen zwischen der Anguß- 40 quadratischen Bezirk mit Spritzgußmaterial versorgt, stellet und den einzelnen Einspritzdüsen 2 A gleich in dessen Zentrum sie liegt. Dieses Prinzip gewährlang sind. Die Einspritzdüsen 2 A münden in die leistet, daß nicht nur die Fließweglängen von der An-Formhohlräume 12 ein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, gußstelle 20 bis zu den Einspritzdüsen 28, sondern sind die Verteilerkanäle 3 der ersten Ordnung und auch die Füllwege bezüglich des jeweiligen Anspritzdie Verteilerkanäle 4 der zweiten Ordnung auf zwei 45 punktes für alle Teile des Spritzlings annähernd gleich zueinander parallele Ebenen I und II aufgeteilt, wo- lang sind, und es lassen sich danach nicht nur beliebig bei die in derselben Ebene liegenden Kanäle der großflächige, sondern auch beliebig geformte Spritzgleichen Ordnung gleiche Längen aufweisen. Die Ver- linge in einwandfreier Weise herstellen,
bindungskanäle 5 zwischen den Verteilerkanälen 3 Das in den F i g. 4 und 5 dargestellte Spritzgieß- und 4 der benachbarten Ebenen 1 und II verlaufen 50 werkzeug besteht aus einem zweistückigen Oberteil senkrecht zu den letzteren, so daß die zu verspritzende 17,18 und einem Gegenstück 19.
Kunststoffmasse von den Verteilerkanälen 3 durch die In den F i g. 1 bis 5 ist die an sich bekannte Be-Verbindungskanäle 5 und darauf gleichmäßig in die heizung des Kanalsystems nicht eingezeichnet. Die sternförmig angeordneten Verteilerkanäle 4 und von für das erfindungsgemäße Heißkanal-Spritzgießwerkdiesen durch die Verbindungskanäle 2 zu den Ein- 55 zeug notwendigen Heizelemente zur konstanten spritzdüsen 2 A gelangt. Warmhalrung bzw. Plastifizierung der Spritzgußmasse

Die Herstellung der Kanäle kann in üblicherweise innerhalb des Kanalsystems werden vorzugsweise in

erfolgen, indem man sie von der Außenseite des ebenfalls bekannter Weise so angeordnet, daß sie von

Blockes 6 her radial in diesen hinein bohrt und nach außen her auswechselbar sind, und zwar unter Um-

außen hin mit einem Verschlußstopfen 7 abdichtet. 60 ständen in jeder der verschiedenen Ebenen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Veröffentlichung von W. Mink, Grundzüge der Patentansprüche: Spritzgußtechnik (Speyer 1961), Tafel 3. V, Abb. 7 und 8, und S. 146, Isolierkanal-Spritzgießwerkzeuge

1. Heißkanal-Spritzgießwerkzeug zum Spritz- mit dem erwähnten Kanalsystem beschrieben, bei gießen thermoplastischer Kunststoffe, mit einem 5 denen der von der Angußstelle wegführende Angußzwischen einer Angußstelle und einer Mehrzahl kanal sich in eine Mehrzahl von Verteilerkanälen von Einspritzdüsen vorgesehenen verzweigten erster Ordnung verzweigt, welche an ihren Enden in Kanalsystem, in welchem die Gesamtlängen aller je einen Verbindungskanal erster Ordnung überKanäle zwischen der Angußstelle und der be- gehen, und jeder Verbindungskanal erster Ordnung treffenden Einspritzdüse gleich sind, wobei der m sich seinerseits in eine Mehrzahl von Verteilerkanälen von der Angußstelle wegführende Angußkanal zweiter Ordnung verzweigt, welche ihrerseits an ihren sich in eine Mehrzahl von Verteilerkanälen erster Enden in je einen Verbindungskanal zweiter Ordnung Ordnung verzweigt, welche an ihren Enden in je übergehen, und das Kanalsystem sich gegebenenfalls einen Veibindungskanal erster Ordnung über- in analoger Weise ein- oder mehrmals weiterverzweigt, gehen, und jeder Verbindungskanal erster Ord- 15 indem jeweils jeder Verbindungskanal (n-l)-ter Ordnung sich seinerseits in eine Mehrzahl von Ver- nung sich in eine Mehrzahl von Verteilerkanäle n-ter teilerkanälen zweiter Ordnung verzweigt, welche Ordnung verzweigt, welche ihrerseits an ihren Enden ihrerseits an ihren Enden in je einen Verbin- in je einen Verbindungskanal /i-ter Ordnung überdungskanal zweiter Ordnung übergehen, und das gehen, wobei schlußendlich die Verbindungskanäle Kanalsystem sich gegebenenfalls in analoger 20 der letzten vorkommenden Ordnung in die Einspritz-Weise ein- oder mehrmals weiterverzweigt, indem düsen einmünden. Das gesamte Kanalsystem liegt jeweils jeder Verbindungskanal (n-l)-ter Ord- dabei in ein und derselben Ebene. Dadurch ergeben nung sich in eine Mehrzahl von Verteilerkanälen sich einerseits sehr lange Fließwege; ferner ist die /i-ter Ordnung verzweigt, welche ihrerseits an Ausnutzung des Formquerschnitts durch die Führung ihren Enden in je einen Verbindungskanal n-ter 25 des Kanalsystems in einer einzigen Ebene stark beOrdnung übergehen, wobei schlußendlich dis schränkt.

Verbindungskanäle der letzten vorkommendem Bei Isolierkanalwerkzeugen ist es zur Erzeugung

Ordnung in die Einspritzdüsen einmünden, da- derartiger Kanalsysteme üblich, den Werkzeugblock durch gekennzeichnet, daß die Verteiler- in einer Vertikalebene in zwei Formplatten aufzukanäle unterschiedlicher Ordnung (3, 4, 13, 22, 30 teilen und die Verteilkanäle von der Trennfläche her 24, 26) in getrennten, zur Angußrichtung senk- spanabhebend in die eine oder in beide Formplatten recht stehenden Ebenen (I, II, III) liegen, die einzuarbeiten; anschließend werden die beiden Formdurch die in Angußrichtung verlaufenden Verbiri- platten mittels Bolzen oder durch Hartlöten verbur:- dungskanäle (2, S, 8, 14, 23, 25, 27) verbunden den (W. Mink, a. a. Ο., Tafel 3.1V, Abb. 1 bis 6). sind, und daß der Werkzeugblock gegebenenfalls 35 In den Veröffentlichungen Modern Plastics (Juni Teilungen zwischen zwei Verzweigungsebenen 1952), S. 101 bis 103, und E. Moslo, Runnerless parallel zu diesen aufweist. Molding (New York, 1960), S. 104 bis 107, wurde

2. Heißkanal-Spritzgießwerkzeug nach An- zwar vorgeschlagen, dieses Prinzip auch bei Heißspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle in kanal-Spritzgießwerkzeugen anzuwenden. Konstrukderselben Ebene verlaufenden Verteilerkanäle 40 tionen dieser Art sind jedoch bei Heißkanal-Spritzjeweils gleiche Längen aufweisen. gießwerkzeugen infolge der höheren Drücke in der

3. Heißkanal-Spritzgießwerkzeug nach An- Praxis, wenn überhaupt, nur mit sehr großen Einspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schränkungen einsatzfähig, da solch große Trennebe-Werkzeugblock von der Angußstelle (1) bis min- nen nur äußerst schwer abzudichten sind. Jedenfalls destens zu den von der zweiten Ebene (II) weg- 45 sind keine Fälle bekannt, wo sich Heißkanal-Spritzführenden Verbindungskanälen (8) aus einem gießwerkzeuge mit in der Verteilkanalebene geteiltem Stück besteht (F i g. 3). Werkzeugblock, gleichgültig, ob die beiden Formplatten nach Art der an zweitletzter Stelle genannten

Veröffentlichung mittels Bolzen oder nach Art der an

5° letzter Stelle genannten Veröffentlichung durch Hartlöten verbunden waren, bei Einspritzdrücken von

Bekanntlich ist es beim Bau sowohl von Mehrfach- mehr als 1000 kg/cm² und Spritzzeiten der Größen-Heißkanal-Spritzgießwerkzeugen als auch von Ein- Ordnung 0,3 Sekunden in der Praxis als brauchbar f ach-Heißkanal-Spritzgießwerkzeugen mit einer Mehr- erwiesen hätten.

zahl von Einspritzdüsen wichtig, daß die Fließwege 55 Demzufolge war man bisher gezwungen, Heißder Spritzgußmasse von der Angußstelle bis zu den kanal-Spritzgießwerkzeuge, welche für Einspritzeinzelnen Einspritzdüsen für die herzustellenden drücke von mehr als 1000 kg/cm² bestimmt sind, aus Spritzlinge gleich lang sind, d. h., die Kanallänge der dem ungeteilten, vollen Block zu arbeiten, indem man Verteilkanäle soll von der Angußstelle bis zu den die Verbindungskanäle in axialer Richtung von der einzelnen Einspritzdüsen möglichst gleich lang sein. 60 Anspritzseite und der Abspritzseite sowie die Ver-Die gleiche Länge der Verteilkanäle bedeutet teilerkanäle in radialer Richtung von der Peripherie weitestgehende Übereinstimmung des Einspritzdruckes des Werkzeugblockes her bohrte. Dies hatte zur an den Einspritzdüsen und gleichzeitig auch praktisch Folge, daß bei Heißkanalwerkzeugen überhaupt, oder gleiche Temperaturverhältnisse der Einspritzmasse an zum mindesten mit vernünftigem Aufwand, nur Verden Einspritzdüsen für die einzelnen Spritzlinge bzw. 65 teiler- und Verbindungskanäle erster Ordnung hereinzelnen Teile des Spritzlings. stellbar waren. In der Praxis wurden daher die Mehr-Spritzgießwerkzeuge, welche ein solches Kanal- fach-Heißkanalwerkzeuge in der Regel so ausgebildet, system aufweisen, sind bereits bekannt. So sind in der daß sich der Angußkanal in eine Anzahl in der Ver-