DE19717381B4

DE19717381B4 - Spritzgießventil mit Kopf- und Halsbereich

Info

Publication number: DE19717381B4
Application number: DE19717381A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bauer
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: DE19717381A1; CA2175634A1; CA2175634C; US5695793A

Abstract

Spritzgießvorrichtung mit einem ventilbetätigten Anguss (16), der sich durch eine Gießform (20) zu einem Hohlraum (18) erstreckt und mit einer beheizten Düse (14), die in die Gießform (20) eingesetzt ist, wobei die Düse (14) ein hinteres Ende (48), ein vorderes Ende (50) und eine Schmelzebohrung (52), die sich von dem hinteren Ende (48) zu einem vorderen Ende (50) in Ausrichtung mit dem Anguss (16) erstreckt, aufweist, wobei ein langgestrecktes Ventilteil (86) ein vorderes Ende (94) mit einem Kopfbereich und einem Halsbereich aufweist und sich zentral in der Schmelzebohrung (52) durch die Düse (14) erstreckt, und eine das Ventilteil betätigende Einrichtung (96) mit dem Ventilteil (86) verbunden ist, wodurch das Ventilteil (86) sich zwischen einer zurückgezogenen offenen Position, in der die Schmelze von der Schmelzebohrung (52) durch den Anguss (16) in den Hohlraum (18) fließt, und einer vorderen, geschlossenen Position, in der das Vorderende (94) des Ventilteils (86) in dem Anguss...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießvorrichtung mit einem ventilbetätigten Anguss nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Spritzgießgerät mit einem ventilbetätigten Anguss ist ausreichend bekannt. Gewöhnlich besitzt das Ventilteil ein zylindrisches oder konisch zulaufendes Vorderende und bewegt sich zwischen einer zurückgezogenen offenen Position und einer vorderen geschlossenen Position, in der das Vorderende in den Einlauf eingesetzt ist, hin und her. Ein Beispiel hierzu ist in der US 4,013,393 A dargestellt. Wenn der Ventilstift bzw. die Ventilnadel nach vorne zu der geschlossenen Position hin angetrieben bzw. betätigt wird, muss ein gewisser Teil der Schmelze, der durch den Ventilstift verschoben wird, nach hinten um den Ventilstift fließen, um ein Schließen zu ermöglichen. Während Ventilteile, die ein zylindrisches oder konisches Vorderende besitzen, für viele Anwendungen zufriedenstellend sind, besitzen sie den Nachteil, dass ein Rückfluss zwischen dem Vorderende des Ventilteils und dem umgebenden Anrusskanal stark beschränkt ist. Dies führt zu einem Aufbau eines Gegendrucks in der Schmelze, wenn das Ventilteil nach vorne bewegt wird. Es ist sehr schwierig, die richtige Zeitabstimmung eines Schließens des Ventilteils zu finden, insbesondere dann, wenn kristalline Materialien verarbeitet werden, die sich viel schneller verfestigen als amorphe Materialien. Falls die Zeitabstimmung nicht korrekt ist, kann das Ventilteil ähnlich einer Einspritzeinrichtung bzw. eines Injektors wirken und Material in ein halb verfestigtes Teil hineindrücken, was zu einem Produkt führt, das mit Spannung behaftet ist und daher ein Ausschussteil darstellt. Ein Verbessern des Schmelzenrückflusses, wenn sich das Ventilteil zu der geschlossenen Position vorschiebt, gestaltet die exakte Zeitabstimmung des Schließens weniger kritisch und vermeidet dieses Problem etwas. Auch verhindert in einigen Fallen der Aufbau eines Gegendrucks in der Schmelze, dass sich das Ventilteil so weit vorschiebt, dass es vollständig in den Einlauf eingesetzt ist, und liefert demzufolge nicht ein gespritztes Produkt mit einer kosmetisch sauberen Angussmarkierung. Wahrend eine zusätzliche Kraft auf das Ventilteil aufgebracht werden kann, um zu versuchen, das Problem des Gegendrucks zu beseitigen, führt dies zu einer Erhöhung der Abnutzung und zu einer Fehlfunktion des Betätigungsmechanismus.
In einigen Anwendungen funktioniert das Ventilteil in der umgekehrten Richtung und schließt sich in der zurückgezogenen Position. Ein Beispiel hierfür ist in der US 4,521,179 A dargestellt. Während dieses ein Ventilteil mit einem Kopf- und einem Halsbereich darstellt, muss der Kopf lang genug sein, um sich gänzlich durch den Hohlraum in dieser Anwendung mit einem Kernringeinlauf zu erstrecken, und dies würde in der vorliegenden Anmeldung nicht von Vorteil sein. Ein anderes Beispiel eines umgekehrt kontrollierten Einlaufs ist in der US 5,002,480 A dargestellt. Dieses stellt ein Ventilteil mit einem Kopf dar, der sich konisch zu einer scharfen Kante verjüngt und sich demzufolge nicht wie in der vorliegenden Anmeldung selbst ausrichten könnte.
Weiter beschreibt die Druckschrift DE 32 37 924 A1 eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine mit einer durch einen Ventilstift verschließbaren Düse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mindestens teilweise die Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden durch das Bereitstellen eines Geräts mit einem ventilbetätigten Anguss, das ein Ventilteil besitzt, das einen Kopf- und einen Halsbereich umfasst, die einen Schmelzenrückfluss erleichtem, wenn das Ventilteil nach vorne zu der geschlossenen Position bewegt wird.
Die Aufgabe wird durch eine Spritzgießvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die anhand der beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs eines Spritzgießsystems mit Vielfach-Hohlraum mit einem Ventil gesteuerten Anguss gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit einem in der geschlossenen Position dargestellten Ventilteil.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereichs des in 1 dargestellten Systems, die das Ventilteil in einer teilweise geschlossenen Position darstellt,
3 zeigt eine isometrische Ansicht des Vorderendes des Ventilteils, wie es in 1 zu sehen ist, 4 zeigt eine isometrische Ansicht des Vorderendes eines Ventilteils gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
5 zeigt eine isometrische Ansicht des Vorderendes eines Ventilteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
6 zeigt eine Querschnittsansicht, entnommen entlang der Linie 6-6 in 5.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird zuerst Bezug auf 1 genommen, die einen Bereich eines Spritzgießsystems mit Vielfach-Hohlraum mit einem ventilgesteuerten Anguss bzw. Einlauf einen Schmelzekanal 10, der sich durch einen Schmelze-Stahlverteiler 12 und verschiedene Stahldüsen 14 erstreckt, um unter Druck gesetzte Schmelze zu jeweiligen Einläufen 16 zu befördern, die zu verschiedenen Hohlräumen 18 in einer Gießform 20 führen, zeigt. Der Verteiler 12 besitzt einen zylindrischen Einlassbereich 22 und wird durch ein integrales Heizelement 24 beheizt. Während die Gießform 20 abhängig von der Anwendung gewöhnlich eine größere Anzahl von Platten besitzt, sind in diesem Fall zur Vereinfachung der Darstellung dargestellt nur eine Hohlraumplatte 26, eine Zylinderplatte 28 und eine Gegenplatte 30, die mit Schrauben 32 miteinander gesichert sind. Die Gießform 20 wird durch das Pumpen von Kühlwasser durch die Kühlkanäle 34 gekühlt. Der Schmelze-Verteiler 12 ist zwischen der Hohlraumplatte 26 und der Zylinderplatte 28 durch einen zentralen Lokalisierungsring 36 und dichtenden Hülsen 38 befestigt. Jede dichtende Hülse 38 ist durch Schrauben 40 in einem passenden Sitz 42 in dem Verteiler 12 gesichert und besitzt einen mit Flansch versehenen Bereich 44, der sich gegen die Zylinderplatte 28 legt. Demzufolge wird ein isolierender Luftraum 46 zwischen dem beheizten Verteiler 12 und der umgebenden, gekühlten Gießform 20 geschaffen.
Jede Düse 14 besitzt ein hinteres Ende 48, ein vorderes Ende 50 und eine zentrale Schmelzebohrung 52, die sich von dem hinteren Ende 48 zu dem vorderen Ende 50 erstreckt. Ein mit Gewinde versehener Nippel an dem hinteren Ende 48 ist in den Verteiler 12 eingeschraubt, um die Düsen 14 an der vorderen Fläche 56 des Verteilers 12 zu sichern. Die Düse 14 wird durch ein elektrisches Heizelement 58 beheizt, das einen Spiralbereich 60, der sich um die Schmelzenbohrung 52 erstreckt, und einen externen Anschluss 62, an dem eine Energieversorgung verbunden ist, besitzt. Die Düse 14 ist in einem Schacht 64 in der Hohlraumplatte 26 mit einem zylindrischen Flanschbereich 66, der in einem kreisförmigen Lokalisierungssitz 68 in dem Schacht 64 aufgenommen ist, eingesetzt. Dies schafft einen isolierenden Luftraum 70 zwischen der beheizten Düse 14 und der umgebenden, gekühlten Hohlraumplatte 26. Ein Thermoelement 72 erstreckt sich durch diesen Luftraum 70 und in das vordere Ende 50 der Düse 14 hinein, um die Betriebstemperatur zu überwachen.
Wie am besten in 2 zu sehen ist, ist das vordere Ende 50 der Düse 14 akkurat durch eine zweiteilige Düsendichtung 74 angeordnet, die sich über diesen Luftspalt 70 um den Einlauf 16 herum erstreckt. Ein hohles, inneres Teil 76 ist an seiner Stelle durch ein entfernbares, hohles, äußeres Teil 78 gesichert, das in einen Sitz 79 in dem vorderen Ende 50 der Düse 14 eingeschraubt ist. Das äußere Teil 78 erstreckt sich in einen passenden zylindrischen Sitz 80 um den Einlauf 16 herum, um eine akkurate Ausrichtung beizubehalten. Das innere Teil 76 ist aus einem hoch thermisch leitenden Material, wie beispielsweise einer Beryllium-Kupfer-Legierung, hergestellt und das äußere Teil 78 ist aus einem weniger leitfähigen Material, wie beispielsweise einer Titan-Legierung, hergestellt. Das innere Teil 76 besitzt eine innere Oberfläche 82, die nach innen konisch zuläuft, um die Schmelzebohrung 52 durch die Düse 14 mit dem Einlauf 16 zu verbinden. Während es schwierig ist, dies in dieser Ausführungsform darzustellen, besitzen ein vorderer Bereich 84 der inneren Oberfläche 82 und der Einlauf 14 beide eine leicht nach innen konische Form von ungefähr 4°.
Ein langgestrecktes Ventilteil 86 erstreckt sich durch eine Bohrung in der dichtenden Hülse 38 und eine Bohrung durch den Verteiler 12 zentral in die ausgerichtete Schmelzenbohrung 52 durch die Düse 14. Gemäß dieser Ausführungsform dieser Erfindung besitzt das Ventilteil ein vergrößertes hinteres Ende 92 und ein vorderes Ende 94, das in der vorderen, geschlossenen Position in dem Einlauf 16 aufgenommen wird. Das hintere Ende 92 des Ventilteils 86 ist mit einem pneumatischen Betätigungsmechanismus verbunden, der einen Kolben 96 umfasst, der in einen Zylinder 98 in der Zylinderplatte 28 eingesetzt ist. Ein kontrollierter Luftdruck wird auf entgegengesetzte Seiten des Kolbens 96 über Luftkanäle 100, 102 aufgebracht, die sich durch die Gegenplatte 30 hindurch erstrecken, um das Ventilteil zwischen einer zurückgezogenen offenen Position und der vorderen geschlossenen Position, wie dies in 1 dargestellt ist, hin- und herzubewegen. Wahrend ein pneumatischer Betätigungsmechanismus zur Vereinfachung der Darstellung dargestellt ist, werden für viele Anwendungen natürlich hydraulische Betätigungsmechanismen verwendet.
Wie am besten in den 2 und 3 zu sehen ist, besitzt das langgestreckte Ventilteil 86 einen zylindrischen Kopfbereich 104, der mit einem zylindrischen Schaftbereich 106 durch einen Halsbereich 108 verbunden ist. Der Kopfbereich 104 besitzt so einen Durchmesser, um in den Einlauf 16 hineinzupassen, wobei in dieser Ausführungsform die Durchmesser des Kopfbereichs 104 und des Schaftbereichs 106 dieselben sind. Wie nachfolgend beschrieben ist, ist der Kopfbereich 104 kurz und der Halsbereich 108 hat eine wesentlich kleinere Querschnittsfläche als der Kopfbereich 104, um den Rückfluss der Schmelze zu erleichtern, wenn sich das Ventilteil 86 schließt. In der in den 1-3 dargestellten Ausführungsform ist der Halsbereich 108 im Querschnitt kreisförmig und besitzt eine äußere Oberfläche 110 mit einem Bereich 112, der sich derart nach außen konisch verjüngt, so dass er denselben Durchmesser wie der Kopfbereich 104, wo sich der Halsbereich 108 und der Kopfbereich 104 miteinander verbinden, hat.
Bei der Benutzung wird das Spritzgießsystem so zusammengebaut, wie dies in 1 dargestellt ist. Während nur ein einzelner Hohlraum 18 zur Vereinfachung der Darstellung dargestellt worden ist, wird ersichtlich werden, dass der Schmelze-Verteiler 12 normalerweise sehr viel mehr Schmelzkanalverzweigungen besitzt, die sich zu zahlreichen Hohlräumen 18 erstrecken, und zwar in Abhängigkeit von der Anwendung. Elektrische Energie wird an das Heizelement 24 in dem Verteiler 12 und an die Heizelemente 58 in den Düsen 14 angelegt, um sie auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur anzuheizen. Heiße, unter Druck gesetzte Schmelze wird dann von einer Schmelzmaschine (nicht dargestellt) in den Schmelzekanal 10 durch einen zentralen Einlass 114 entsprechend einem vorbestimmten Zyklus in einer herkömmlichen Art und Weise eingespritzt. Der Schmelzekanal verzweigt sich nach außen in dem Verteiler 12 zu jeder Düse 14, wo er sich durch die zentrale Bohrung 52 erstreckt und dann durch die ausgerichtete Öffnung in der zweiteiligen Düsendichtung 74 zu dem jeweiligen Einlauf 16. In dieser Ausführungsform wird über Luftkanäle 100, 102 kontrollierter pneumatischer Druck auf die Zylinder 98 aufgebracht, um eine Betätigung der Kolben 96 und der Ventilteile 86 entsprechend einem vorbestimmten Zyklus in einer herkömmlichen Art und Weise zu kon trollieren bzw. zu steuern. Wenn sich die Ventilteile 86 in der offenen Position, weiter zurückgezogen, als dies in 2 dargestellt ist, befinden, fließt die unter Druck gesetzte Schmelze durch den Schmelzekanal 10 und die Einläufe 16, bis die Hohlräume 18 voll sind. Wenn die Hohlräume 18 voll sind, wird der Einspritzdruck momentan gehalten, um zu verdichten. Der pneumatische Druck wird dann umgekehrt, um das Ventilteil 86 zu der vorderen, geschlossenen Position umzukehren, in der der Kopfbereich 104 jedes der Ventilteile 86 in einem der Einläufe 16 eingesetzt ist. Es wird nun Bezug auf 2 genommen, die das sich nach vorne bewegende Ventilteil 86 in der teilweise geschlossenen Position darstellt. Wenn das Ventilteil 86 nach vorne angetrieben wird, baut sich in dem Hohlraum 18 ein Druck auf. Es ist herausgefunden worden, dass eine Verwendung eines Ventilteils 86 mit einem kleineren Halsbereich 108, der zu einem kurzen zylindrischen Kopfbereich 104 führt, eine Rückwärtsströmung der Schmelze um den Kopfbereich 104 erhöht und den Aufbau eines Gegendrucks in dem Hohlraum 18 beträchtlich vermindert. Während der Kopfbereich 104 länger sein muss als der Spalt 118 vor dem inneren Teil 76 der Düsendichtung 74 ist er vorzugsweise kürzer als die Hälfte seines Durchmessers, um die Länge der Schmelzenströmungseinschnürung um ihn herum einzuschränken. Nachdem die Einlaufe 16 geschlossen sind, wird Einspritzdruck freigegeben, und nach einer kurzen Kühlperiode wird die Gießform zum Auswurf geöffnet. Nach dem Auswurf wird die Gießform geschlossen, der pneumatische Druck wird angelegt, um die Ventilteile zu der offenen Position zurückzuziehen, und der Schmelzeinspritzdruck wird wieder aufgebracht, um die Hohlräume 18 wieder zu füllen. Dieser Zyklus wird kontinuierlich alle paar Sekunden mit einer Frequenz in Abhängigkeit von der Anzahl und der Größe der Hohlräume und dem Typ des Materials, das gegossen werden soll, wiederholt.
Die Ausführungsform der Erfindung, die in 4 zu sehen ist, ist dieselbe wie diejenige, die vorstehend beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die äußere Oberfläche 110 des Halsbereichs 108 leicht bzw. glatt gekrümmt ist. Dies liefert eine etwas gleichmäßigere Strömung der Schmelze um sie herum und reduziert demzufolge Spannung bzw. Stress beim Gießen eines Materials, bei dem eine Spannung von Belang ist.
Die Ausführungsform, die in den 5 und 6 dargestellt ist, ist wesentlich von denjenigen, die vorstehend beschrieben sind, dahingehend unterschiedlich, dass der Halsbereich 108 durch eine Anzahl von sich längs erstreckenden Rillen bzw. Rinnen 120, die gleichmäßig um das Ventilteil 86 herum beabstandet sind, erstrecken. Wie am besten In 6 zu sehen ist, bilden die Rinnen 120 eine gleiche Anzahl von Stegen 122, die sich dazwischen erstrecken. Während die Rinnen 120 dem Halsbereich 108 eine kleinere Querschnittsfläche als dem Kopfbereich 104 geben, versehen die Stege 122 das Ventilteil 86 mit einer zusätzlichen Festigkeit und stellen sicher, dass keine Ausrichtungsprobleme in dem Einlauf 16 vorhanden sind. In dieser Ausführungsform besitzen die Rinnen 120 einen konkaven Querschnitt, um die Rückströmung der Schmelze durch sie während eines Schließens des Ventilteils 86 zu verstärken. Obwohl das Ventilteil 86 so dargestellt ist, dass es drei Rinnen 120 und drei Stege 122 besitzt, kann die Anzahl in anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein.

Claims

Spritzgießvorrichtung mit einem ventilbetätigten Anguss (16), der sich durch eine Gießform (20) zu einem Hohlraum (18) erstreckt und mit einer beheizten Düse (14), die in die Gießform (20) eingesetzt ist, wobei die Düse (14) ein hinteres Ende (48), ein vorderes Ende (50) und eine Schmelzebohrung (52), die sich von dem hinteren Ende (48) zu einem vorderen Ende (50) in Ausrichtung mit dem Anguss (16) erstreckt, aufweist, wobei ein langgestrecktes Ventilteil (86) ein vorderes Ende (94) mit einem Kopfbereich und einem Halsbereich aufweist und sich zentral in der Schmelzebohrung (52) durch die Düse (14) erstreckt, und eine das Ventilteil betätigende Einrichtung (96) mit dem Ventilteil (86) verbunden ist, wodurch das Ventilteil (86) sich zwischen einer zurückgezogenen offenen Position, in der die Schmelze von der Schmelzebohrung (52) durch den Anguss (16) in den Hohlraum (18) fließt, und einer vorderen, geschlossenen Position, in der das Vorderende (94) des Ventilteils (86) in dem Anguss (16) eingesetzt ist, hin- und herbewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich am Vorderende (94) des langgestreckten Ventilteils (86) als kurzer zylindrischer Kopfbereich (104) mit einem gleichförmigen Durchmesser ausgebildet ist und der Halsbereich (108) sich von dem Kopfbereich nach hinten erstreckt, wobei der Halsbereich (108) eine kleinere Querschnittsfläche als der Kopfbereich (104) aufweist und der Kopfbereich (104) eine Länge hat, die geringer als die Hälfte des Durchmessers des Kopfbereichs (104) ist.
Spritzgießvorrichtung mit einem ventilbetätigten Anguss (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halsbereich (108) im Querschnitt kreisförmig ist mit einem Durchmesser, der sich graduell zu dem Kopf hin erhöht, so dass der Querschnitt denselben Durchmesser wie der Kopfbereich (104) aufweist, dort wo sich der Halsbereich (108) und der Kopfbereich (104) verbinden.
Spritzgießvorrichtung mit einem ventilbetätigten Anguss (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilteil (86) einen zylindrischen Schaftbereich (106) besitzt, der mit dem Kopfbereich (104) durch den Halsbereich (108) verbunden ist, wobei der Schaftbereich (106) einen gleichförmigen Durchmesser im Wesentlichen gleich zu dem Durchmesser des Kopfbereichs (104) besitzt.
Spritzgießvorrichtung mit einem ventilbetätigten Anguss (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilteil (86) einen gleichförmigen Durchmesser mit einem Halsbereich (108) besitzt, der durch eine Vielzahl von sich längs erstreckenden Rinnen (120) gebildet ist, die gleichmäßig um den Halsbereich (108) herum beabstandet sind, um eine Vielzahl von sich längs erstreckenden Stegen (122) zu schaffen, die sich zwischen den Rinnen (120) erstrecken.