DE19915682C2

DE19915682C2 - Spritzgußdüse

Info

Publication number: DE19915682C2
Application number: DE19915682A
Authority: DE
Inventors: Itsuo Shibata; Shigeo Wada; Hitoshi Toki; Hiroyuki Iida
Original assignee: Japan Steel Works Ltd; JU OH Inc
Current assignee: JU-OH INC., HIRATSUKA, KANAGAWA, JP
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: DE19915682A1; US6234783B1; JPH11291290A; JP3991340B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgußdüse für eine Heißkanal-Spritzgußeinrichtung, welche zum Spritzgießen von Harz oder geschmolzenem Metall verwendet werden kann.

Bekannte Düsen, Düsenhauptkörper und Ventilstifte, die zum Spritzgießen verwendet werden, sind typischerweise aus Metall, wie z. B. Werkzeugstahl, hergestellt und können da her nicht für Glasfasern, Kohlefasern, Harz mit Füllmaterialien und geschmolzenem Metall verwendet werden.

Bekannte aus Metall hergestellte Spritzgußdüsen haben mehrere Probleme. Das Metall verfügt über eine niedrige Härte und ist chemisch unstabil, so daß das Strömungsmittel, wel ches in den Spalt zwischen die Spritzgußdüse und den Ventilstift eintreten kann, durch die Temperatur und den Druck des einzuspritzenden Materiales dazu führen kann, daß der Ventil stift festgesetzt wird. Die Biegbarkeit des Metalles kann dazu führen, daß sich der Ventilstift verbiegt, wobei die Koaxialität zwischen dem Ventilstift und der Düsenmündung verloren gehen kann. Das Metall hat einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so daß es schwierig ist, ein hohes Maß an Bearbeitungsgenauigkeit während des Herstellungsverfahrens aufrechtzuerhalten.

Aus der DE 39 39 017 A1 ist eine induktiv erhitzte Vorrichtung für Kunststoffextruder bekannt, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse aus Stahl hat, das durch Induktion erhitzt wird. Das Spritzgußmaterial, das in diesem Fall Kunststoff ist, wird durch einen direkten Wärme übergang von dem Gehäuse auf das Material erhitzt, das heißt ohne Zwischenschaltung einer weiteren Materialschicht. Daher hat diese Vorrichtung die oben erwähnten Nachteile von Spritzgußdüsen aus Metall.

Aus der EP 0662361 A1 ist eine Spritzgußmaschine bekannt, bei der eine Spritzguß kammer vorgesehen ist, durch die das Spritzgußmaterial in die Spritzgußform eingespritzt wird. Die Kammer umfaßt einen inneren Zylinder, der mit Keramik beschichtet sein kann, und einen äußeren Zylinder aus nichtmagnetischem, austenitischem, rostfreiem Stahl, in dem Kühlkanäle vorgesehen sind. Eine Induktionsspule ist um den äußeren Zylinder herum ange ordnet. Der äußere Zylinder wird auf eine Betriebstemperatur von etwa 100°C gekühlt, und die induktive Beheizung wirkt direkt auf das Spritzgußmaterial, in diesem Fall Metall, um dieses Material induktiv zu erhitzen. Mit anderen Worten kann in dieser Spritzgußmaschine nur solches Material verarbeitet werden, welches sich direkt induktiv aufheizen läßt, also kein Kunststoff.

Aus Keramische Zeitschrift 49/1997, 2, Seiten 88 bis 96 sind zwei Betriebsweisen für die induktive Beheizung von Materialproben bekannt. Wenn die zu erwärmende Materialpro be ein elektrischer Leiter mit einem geringen elektrischen Widerstand ist, entsteht die Jou le'sche Wärme durch induzierten Stromfluß direkt in der Probe. Viele Werkstoffe, die im Hochtemperaturbereich eingesetzt werden, können nicht direkt induktiv aufgeheizt werden, da sie einen zu großen elektrischen Widerstand aufweisen. Deshalb muß in der zweiten Be triebsweise ein Suszeptor mit niedrigem Widerstand verwendet werden, in dem ein Stromfluß induziert werden kann, der dann wie ein Heizelement Wärme auf das Gut überträgt. Das "Gut" ist in diesem Fall die Materialprobe. Für die Suszeptoren bei indirekter induktiver Be heizung werden dann prinzipiell die gleichen Materialien wie für elektrische Widerstands- Heizelemente verwendet.

Aus der DE 39 25 328 A1 ist eine Heizkanal-Spritzgießeinrichtung mit einer Ventilna del bekannt. Die Düse dieser Spritzgießeinrichtung hat ein elektrisches Heizelement, das inte gral in die Düse eingegossen ist. Über das Material des Düsenkerns ist in der DE 39 25 348 A1 keine Aussage getroffen, jedoch läßt die Tatsache, daß die Heizelemente zur Beheizung der Düse am oberen Bereich der Düse angeordnet sind und die Düse über einen großen Bereich unterhalb der Heizelemente keine Beheizung aufweist, nur den Schluß zu, daß die Düse, wie beim Stand der Technik üblich, aus Metall besteht. Auch die in der Düse ange ordnete Hülse, die den Spritzgußkanal durch die Düse umgibt, ist aus rostfreiem Stahl gefer tigt, so daß sich die oben erwähnten Nachteile von Spritzgußdüsen aus Metall ergeben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzgußdüse anzugeben, die sich sowohl für die Verarbeitung von Harz als auch von geschmolzenem Metall eignet, eine hohe Härte hat und chemisch stabil ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Spritzgußdüse nach dem Hauptan spruch gelöst.

Das Material des Kerns hat einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizi enten, wodurch es einfach ist, ein hohes Maß an Bearbeitungsgenauigkeit während des Her stellungsverfahrens beizubehalten. Das Material des Kerns ist korrosionsbeständig und hat daher eine Innenfläche, die nicht korrodiert, was eine hohe Standzeit ergibt. Die für die Er wärmung des Gießmaterials erforderliche Wärme wird an der Metallhülse erzeugt und von der Metallhülse durch den Kern hindurch auf das Gießmaterial übertragen, sodass sowohl Harz als auch Metall als Gießmaterial in Frage kommt. Schließlich wird bei der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse durch den geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kerns eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit bei Spritzgießen und ein hohes Maß an Oberflächenebenheit des Produkts erreicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse ist in Anspruch 2 gekennzeichnet. Bei dieser Spritzgußdüse kann sich der Ventilstift nicht verbiegen oder ver formen, da er in einer Keramikhülse geführt ist. Auch kann wegen fehlender Korrosion das Strömungsmittel, welches in den Spalt zwischen der Spritzgußdüse und den Ventilstift ein treten kann, den Ventilstift unabhängig von der Temperatur und dem Druck des einzusprit zenden Materiales nicht blockieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse ist im Anspruch 3 gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden de taillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen gilt:

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Spritzgußvorrichtung, die eine erste Ausführungsform der erfingungsgemäßen Spritzgußdüse enthält;

Fig. 2 ist eine schematische Vertikalquerschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spritzgußdüse;

Fig. 3 ist eine schematische Horizontalquerschnittsansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausfüh rungsform, aufgenommen entlang Linie III-III;

Fig. 4 ist eine schematische Vertikalquerschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer erfingungsgemäßen Spritzgußdüse;

Fig. 5 ist eine schematische Horizontalquerschnittsansicht der in Fig. 4 gezeigten Ausfüh rungsform, aufgenommen entlang Linie V-V;

Fig. 6 ist eine schematische Vertikalquerschnittsansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse;

Fig. 7 ist eine schematische Horizontalquerschnittsansicht der in Fig. 6 gezeigten Ausfüh rungsform, aufgenommen entlang Linie VII-VII;

Fig. 8 ist eine schematische Vertikalquerschnittsansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse;

Fig. 9 ist eine schematische Horizontalquerschnittsansicht der in Fig. 8 gezeigten Ausfüh rungsform, aufgenommen entlang Linie IX-IX;

Fig. 10 ist eine schematische Vertikalquerschnittsansicht eines unteren Abschnittes des Ventil stiftes der fünften Ausführungsform;

Fig. 11 ist eine schematische Vertikalquerschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse; und

Fig. 12 ist eine schematische Horizontalquerschnittsansicht der in Fig. 11 gezeigten Ausfüh rungsform, aufgenommen entlang Linie XII-XII.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Unter Bezugnah me auf Fig. 1 umfaßt die Spritzgußdüse 10 einen Kern 12, der eine Ventilstiftöffnung 16 ent hält, welche einen diesbezüglichen Durchtritt eines Ventilstiftes 14 ermöglicht, und der eine Düsenmündung 17 an dem Frontende davon aufweist. Der Kern 12 der Spritzgußdüse 10 ist in eine Metallhülse 20 aufgeschrumpft. Ein Harzpfad 21 ist zwischen der Metallhülse 20 und dem Kern 12 ausgebildet. Eine elektromagnetische Induktionsspule 26 ist um die Metallhülse 20 aufgepaßt. Ein Verteiler 18 ist mit einem Harzverteilerpfad 28 versehen, der mit dem Harzpfad in Verbindung steht. Ein Temperatursensor 22 ist vorgesehen.

Der Kern 12 ist aus Aluminiumoxid hergestellt mit einer Vickers-Härte von 2300 Hv, wobei die Metallhülse 20 aus extrudiertem Stahl hergestellt ist, während der Ventilstift aus Siliciumnitrit hergestellt ist, mit einer Vickers-Härte von 1400 Hv. Die Metallhülse 20 wird durch ein stationäres Formenteil 32 einer stationären Metallformhälfte über einen Isolations ring 30 gestützt, wobei das Formenteil 32 mit einem beweglichen Formenteil 34 einer beweg lichen Metallformhälfte in Wechselwirkung tritt, um einen Form-Hohlraum 40 zu bilden.

Eine Pneumatikzylindereinheit 50 oder eine hydraulische Zylindereinheit (nicht darge stellt) ist oberhalb des Verteilers angeordnet, um den Ventilstift 14 hin- und herbeweglich an zutreiben, um die Düsenmündung 17 zu öffnen bzw. zu schließen.

Fig. 2 und 3 zeigen schematisch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ist der Kern 112 der Spritzgußdüse 110 der zweiten Ausführungsform aus einem keramischen Material, wie z. B. Siliciumnitrit, hergestellt und verfügt über eine Ventilstiftöffnung 116, welche den Durchtritt eines Ventil stiftes 114 diesbezüglich ermöglicht. Der Kern 112 der Spritzgußdüse 110 ist fest in eine Metallhülse 120 aufgeschrumpft. Die Metallhülse 120 hat einen Kanal 121, welcher in solch einer Weise angeordnet ist, daß dessen Horizontalquerschnitt jenen des Kerns 112 überlappt. Die Metallhülse 120 wird durch ein stationäres Formenteil 132 einer stationären Metallform hälfte über eine Isolationslage aus Harz (Ring) 130 gestützt. Eine Düsenmündung 117 ist an dem unteren Ende des stationären Formenteiles 132 ausgebildet.

Fig. 4 und 5 zeigen schematisch eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Spritzgußdüse. Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 hat der Kern 212 der Spritzgußdüse 210 gemäß der dritten Ausführungsform eine Ventilstiftöffnung 216, durch welche ein Ventilstift 214 hindurchtritt, wobei eine Düsenmündung 217 an dem Frontende des Ventilstiftes 216 ausgebildet ist. Der Kern 212 der Spritzgußdüse 210 ist fest in eine Me tallhülse 220 aufgeschrumpft. Die Metallhülse 220 weist einen Kanal 221 auf, der in solch einer Weise angeordnet ist, daß dessen horizontaler Querschnitt jenen des Ventilstiftes 216 überlappt.

Fig. 6 und 7 zeigen schematisch eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgußdüse. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 weist der Kern 312 der Spritzgußdüse 310 der vierten Ausführungsform eine Ventilstiftöffnung 316 auf, welche den Durchtritt eines Ventilstiftes 314 erlaubt, wobei eine Düsenmündung 317 an dem Frontende des Ventilstiftes 316 ausgebildet ist. Der Kern 312 der Spritzgußdüse 310 ist durch eine Metallhülse 320 be deckt. Der Kern 312 weist einen Kanal 321 auf, der in solch einer Weise angeordnet ist, daß dessen horizontaler Querschnitt jenen des Ventilstiftes 316 überlappt.

Fig. 8, 9 und 10 zeigen schematisch eine fünfte Ausführungsform der erfindungsge mäßen Spritzgußdüse. Unter Bezugnahme auf die Fig. 8, 9 und 10 weist der Kern 412 der Spritzgußdüse 410 der fünften Ausführungsform eine Ventilstiftöffnung 416 auf, welche den Durchtritt eine Ventilstiftes 414 diesbezüglich erlaubt. Der Kern 412 der Spritzgußdüse 410 ist fest in eine Metallhülse 420 aufgeschrumpft. Die Metallhülse 420 weist einen Kanal 421 auf, welcher in solch einer Weise angeordnet ist, daß dessen horizontaler Querschnitt jenen des Kerns 412 überlappt. Eine Düsenmündung 417 ist an dem unteren Ende des Kerns 412 ausgebildet. Der Ventilstift 414 ist durch Schrumpfpassung eines oberen Metallstiftgliedes 440 gebildet, welches mit einer Luftzylindereinheit (nicht dargestellt) zu kombinieren ist, wo bei ein zwischengelagertes keramisches Stiftglied 442 in der Ventilstiftöffnung 416 angeord net ist, und wobei ein unteres keramisches Stiftglied 444 mit der Düsenmündung 414 zu kom binieren ist.

Fig. 11 und 12 zeigen schematisch eine sechste Ausführungsform der erfindungsge mäßen Spritzgußdüse. Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 weist der Kern 512 der Spritzgußdüse 510 der sechsten Ausführungsform einen Harzpfad 516 auf. Der Kern 512 der Spritzgußdüse 510 ist fest in eine Metallhülse 520 aufgeschrumpft.

Claims

1. Spritzgußdüse für eine Heißkanal-Spritzgußeinrichtung zum Spritzgießen von Harz oder geschmolzenem Metall, mit
einem Kern (12, 212, 312, 412, 512), der vollständig aus einem Keramikmaterial herge stellt ist,
einem Spritzgußkanal (21, 221, 321, 421, 516), der in dem Kern (12, 212, 312, 412, 512) ausgebildet ist,
einer Metallhülse (20, 220, 320, 420, 520) aus Stahl zur Induktionsheizung, die außer halb des Kerns (12, 212, 312, 412, 512) angeordnet ist, und
einer elektromagnetischen Induktionsspule (26) zum Beheizen der Metallhülse (20, 220, 320, 420, 520) durch Induktion, die außen um die Metallhülse (20, 220, 320, 420, 520) gewickelt ist.

2. Spritzgußdüse für eine Heißkanal-Spritzgußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgußdüse (10, 210, 310, 410) einen Ventilstift (14, 214, 314, 442) aufweist, der in dem Kern (12, 212, 312, 412) gleitbar angeordnet ist.

3. Spritzgußdüse für eine Heißkanal-Spritzgußeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstift (14, 214, 314, 442) wenigstens zum Teil aus einem Kera mikmaterial hergestellt ist.