DE19956215A1 - Nadelverschluß-Düse mit einem Antrieb zum Verstellen der Verschlußnadel - Google Patents

Abstract

Eine Nadelverschlußdüse (1) für Spritzgießformen (2), die bei einer Mehrfachform auch mehrfach vorhanden sein kann, weist zum Verstellen der Verschlußnadel (5) einen Antrieb aus, der als elektrisch angetriebener Positioniermotor (6) ausgebildet ist und somit Längentoleranzen der Verschlußnadeln (5) bei deren Einstellung in Öffnungs- und vor allem in Schließposition berücksichtigen und auch Zwischenpositionen einstellen und fixieren kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nadelverschluß-Düse für Spritzgießformen mit einer Verschlußnadel und mit einem Antrieb zum Verstellen der Verschlußnadel in Schließposition und in Öffnungsposition, in welcher das Gießmaterial in eine Form einspritzbar ist.

Eine derartige Nadelverschluß-Düse ist aus DE 42 06 319 C2 und aus EP 0 558 931 B1 bekannt. Als Antrieb zum Verstellen der Ver­ schlußnadel dient dabei ein Kolbentrieb. Dies hat sich bewährt, weil es sich um einen einfachen und preiswerten Antrieb handelt und ein Druckmedium für einen solchen Kolbentrieb in aller Regel zur Verfügung steht.

Schwierigkeiten können jedoch auftreten, wenn die nicht selten eine beachtliche axiale Länge aufweisende Verschlußnadel von dem eigentlich erwünschten Idealmaß geringfügig abweicht. Ist die Nadel etwas zu lang, ergibt sich an dem Gießteil später ein entsprechender Eindruck, ist sie zu kurz, entsteht an dem Gießteil ein kleiner Noppen.

Es ist deshalb bekannt, solche Abweichungen der Länge der Verschlußnadel von dem Idealmaß durch mehrere Probespritzungen und mit Hilfe von Unterlegscheiben und deren Nachbearbeitung mit wiederum weiteren Probespritzungen zu beseitigen. Dabei muß dies bei praktisch jedem Spritzgießwerkzeug durchgeführt werden, weil immer wieder entsprechende Fertigungstoleranzen mit entsprechenden Maßabweichungen an den Verschlußnadeln auftreten können.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Nadelverschlußdüse der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher ein Nacharbeiten der Nadel oder von an ihr angeordneten Unterlegscheiben vermieden werden kann, selbst wenn die Verschlußnadel von dem Idealmaß etwas abweicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Nadelverschluß-Düse der eingangs genannten Art vorgesehen, daß als Antrieb für die Verstellung der Verschlußnadel ein elektrisch angetriebener Positioniermotor vorgesehen ist. Damit ist es nicht nur möglich, die Öffnungs- und Schließbewegung der Verschlußnadel zu bewirken, wie dies auch mit einem Kolbenantrieb geschieht, sondern die Verschlußnadel kann mit Hilfe dieses Positioniermotors auch in eine jeweils erforderliche präzise Position gebracht und dort festgelegt, also so positioniert werden, daß bei der Fertigung des Werkzeuges, der Verschlußnadel oder der Düse entstandene Toleranzunterschiede mit Hilfe des Positioniermotors ausgeglichen werden können. Aufwendige Nacharbeiten an Unterlegscheiben oder an der Ver­ schlußnadel oder sonstige Nacharbeiten können also auf einfache Weise vermieden werden. Demgemäß kann auch die Anzahl von Probespritzungen erheblich vermindert werden.

Günstig ist es, wenn der Positioniermotor mit der Verschlußnadel mechanisch, insbesondere über ein Getriebe verbunden ist. Dadurch kann die Antriebsbewegung des Positioniermotors beispielsweise untersetzt und dadurch in eine entsprechend präzise Verstellbewegung umgewandelt werden. Insbesondere lassen sich dadurch auch die an sich schon sehr kleinen Schritte eines als Positioniermotor dienenden Schrittmotors noch weiter verkleinern, so daß eine praktisch kontinuierliche und beliebige Längsverstellung der Verschlußnadel auch mit einem Schrittmotor möglich wird.

Die Verschlußnadel kann einen Spindeltrieb aufweisen, der mit dem Positioniermotor direkt oder über ein Getriebe gekuppelt ist. Dies ermöglicht eine präzise Verstellbewegung auch mit kleinen Wegen, da Spindeltriebe praktisch spielfrei ausgeführt sein können. Gleichzeitig läßt sich auf diese Weise eine entsprechende Untersetzung vorsehen, was die Präzision der Positionierbewegung weiter erhöhen kann.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann dabei darin bestehen, daß an einer mit der Nadel einstückigen oder in koaxialer Richtung verbundenen Spindel eine Spindelmutter angreift, die an ihrer Außenseite als Zahnrad, Kegelrad oder Schneckenrad gestaltet ist, welches mit einem mit dem Positioniermotor verbundenen Getriebe­ gegenstück gekuppelt ist oder kämmt. Somit kann der Positioniermotor seitlich von der Verschlußnadel platzgünstig an der Spritzgießform angeordnet werden.

Der Positioniermotor kann ein Servomotor oder Schrittmotor sein. Solche Motoren haben sich beim präzisen Positionieren und Verstellen von Maschinenteilen bewährt und stehen deshalb im Handel in unterschiedlichsten Größen und mit unterschiedlichsten Leistungen zur Verfügung, so daß sie preiswert bezogen werden können.

Die Erfindung betrifft im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen Nadelverschluß-Düse auch eine Mehrfachform mit mehreren Nadelver­ schluß-Düsen der eingangs genannten Art, die zur Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet sein kann, daß mehrere oder alle Ver­ schlußnadeln mit einem gemeinsamen elektrisch angetriebenen Positioniermotor über Getriebe verbunden und gemeinsam verstellbar sind. Somit können mehrere Nadelverschluß-Düsen mit ihren Verschluß- oder Düsennadeln zusammengefaßt werden, um mit einem einzigen Antrieb mehrere Kavitäten einer Mehrfachform anzusteuern.

Dabei ist es günstig, wenn zur Verbindung der einzelnen Ver­ schlußnadeln mit einem gemeinsamen Positioniermotor eine an ihnen angreifende Zahnstange oder ein Zahnriemen vorgesehen ist, dessen in Querrichtung erfolgende Bewegung vorzugsweise in eine Drehbewegung zum Beispiel eines Spindeltriebes umsetzbar ist, wie er dann an den einzelnen Verschlußnadeln angreifen kann.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung sowohl der Nadelverschluß-Düse als auch der Mehrfachform mit mehreren Nadelverschluß-Düsen kann darin bestehen, daß die Verschlußnadel(n) mittels ihres elektrischen Antriebes in beliebige Zwischenstellungen innerhalb des größt­ möglichen Nadelhubes einstellbar ist (sind). Üblicherweise ist es mit dem bekannten Verstellsystem mit Hilfe eines Kolbentriebes nur möglich, zwei Endpositionen der Verschlußnadel einzustellen, die über einen Festanschlag begrenzt sein können. Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen präzise arbeitenden elektrischen Positionierantrieb läßt sich durch Festlegung der exakt bestimmbaren Position über einen im Antrieb integrierten, zum beispiel optischen Impulsgeber jede beliebige Position innerhalb des festgelegten Nadelhubes anfahren. Dadurch ist es auch möglich, Anfahr- beziehungsweise Bremsrampen während der Hubbewegung durchzuführen, wodurch ein sanfteres und entsprechend verschleißärmeres Schließen der Nadelverschluß-Düse ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil der Positioniergenauigkeit besteht darin, daß ein besonders für thermoplastische Elastomere notwendiger Scherspalt innerhalb der Nadelverschluß-Düse oder Heißkanal-Düse hergestellt werden kann. Je nach positionierter Lage der Verschlußnadel ergibt sich ein Ringspalt definierter Größe, der zu einer zusätzlichen Schererwärmung der plastischen Kunststoffmasse während des Einspritzvorganges genutzt werden kann.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil schematisierter Darstellung:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Nadelverschluß-Düse, deren Verschlußnadel sich in Schließstellung befindet und einen Spindelantrieb mit einem Positioniermotor aufweist,

Fig. 2 mehrere parallele Nadelverschluß-Düsen für eine Mehr­ fachform mit Verschlußnadeln, die über einen Zahnriemen mit einem gemeinsamen Positionier- oder Antriebsmotor für ihre Längsverstellung verbunden sind,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, bei welcher der gemeinsame Antriebsmotor mit den Verschlußnadeln und deren Spindeltrieb über eine Zahnstange verbunden ist,

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab die Mündung der Nadelverschluß- Düse mit dem größtmöglichen Nadelhub, wobei sich die Verschlußnadel in Offenstellung befindet und einen größtmöglichen Scherspalt freigibt, der durch eine Verstellung der Verschlußnadel in Richtung zu der Düsenöffnung hin verkleinern läßt, sowie

Fig. 5 ein Bewegungsdiagramm einer Verschlußnadel mit einem elektrischen Positionierantrieb, wobei der Nadelhub über die Zeit aufgetragen ist.

Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Nadelverschluß-Düse befindet sich gemäß Fig. 1 in einer Spritzgießform 2 und wird über einen Heißkanalverteiler 3 und einen darin befindlichen Kanal 4 mit Gießmaterial beschickt. Die Nadelverschluß-Düse 1 weist eine Verschlußnadel 5 auf, die in den Fig. 1 bis 3 jeweils in Schließstellung, in Fig. 4 aber in Offenstellung dargestellt ist. Die Verschlußnadel 5 kann also in eine Schließposition und in eine Öffnungsposition, in welcher das Gießmaterial in eine Kavität einer Form einspritzbar ist, verstellt werden und hat dazu einen Antrieb.

Als Antrieb für diese Verstellung der Verschlußnadel 5 ist ein elektrisch angetriebener Positioniermotor 6 vorgesehen, mit welchem eine sehr präzise Verstellbewegung der Verschlußnadel 5 und auch ein Ausgleich von Längentoleranzen möglich ist, da ein solcher Positioniermotor 6 die Verschlußnadel 5 in beliebige Positionen bringen kann, also sie in etwas zurückgezogener Position halten kann, wenn die Verschlußnadel 5 etwas zu lang wäre, oder sie etwas weiter in Richtung der Düsenmündung verstellen kann, wenn sie etwas zu kurz wäre. Darüber hinaus können beliebige Zwischenpositionen gewählt werden.

Der Positioniermotor 6 ist mit der Verschlußnadel 5 mechanisch über ein Getriebe 7 verbunden, wobei die Verschlußnadeln 5 in allen Ausführungsbeispielen einen Spindelantrieb aufweisen, der das Getriebe 7 bilden oder enthalten kann.

Beispielsweise kann an einer mit der Nadel 5 in deren rückwärtigem, über die Nadelverschlußdüse 1 überstehenden Bereich einstückigen oder fest verbundenen Spindel in nicht näher dargestellter Weise eine Spindelmutter angreifen, die an ihrer Außenseite als Zahnrad, Kegelrad oder Schneckenrad gestaltet ist, welches mit einem mit dem Positioniermotor 6 verbundenen Getriebegegenstück gekuppelt ist oder kämmt, so daß sich also eine Kombination eines Getriebes mit einem Spindeltrieb ergibt. Auf diese Weise kann der Positionier­ motor 6 mit seiner Abtriebswelle quer oder rechtwinklig zu der Längserstreckung der Verschlußnadel 5 platzsparend angeordnet sein, wie es in den Ausführungsbeispielen dargestellt ist, weil er seitlich angeordnet oder sogar etwas eingefügt sein kann.

Der Positioniermotor 6 kann dabei ein Servomotor oder ein Schrittmotor sein, womit jeweils sehr präzise Positionierbewegungen, aber auch genaue Hin- und Herverstellbewegungen zum Öffnen und Schließen der Verschlußnadel 5 möglich sind, so daß entweder in üblicher Weise die Verschlußnadel 5 aus einer Schließposition in eine Offenstellung und wieder in die in Fig. 1 dargestellte Verschlußposition verstellt werden kann, aber auch Zwischenstellungen dazwischen und zwischen der in Fig. 4 dargestellten größtmöglichen Öffnungsposition eingestellt werden können, um den Scherspalt an der Düsenmündung zu variieren.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Mehrfachform mit mehreren Nadelverschluß-Düsen 1 der vorbeschriebenen Art dargestellt, wobei alle Verschlußnadeln 5 mit einem gemeinsamen elektrischen angetriebenen Positioniermotor 6 über Getriebe verbunden und gemeinsam verstellbar sind. Zur Verbindung der einzelnen Ver­ schlußnadeln 5 mit dem gemeinsamen Positioniermotor 6 ist dabei gemäß Fig. 3 eine an diesen Verschlußnadeln 5 und deren Spindeln angreifende Zahnstange 8 oder gemäß Fig. 2 ein Zahnriemen 9 vorgesehen, so daß eine in Querrichtung erfolgende Bewegung der Zahnstange 8 oder des Zahnriemens 9 in eine Drehbewegung des jeweiligen Spindeltriebes 7 umgewandelt werden kann, was dann zu einer gemeinsamen Verstellung der Verschlußnadeln 5 führt. Es genügt somit ein einziger Antriebs- oder Positioniermotor 6, um die Verschlußnadeln 5 einer Mehrfachform gemeinsam zu positionieren, was mit einem pneumatischen oder hydraulischen Kolbentrieb zum Verstellen der Verschlußnadeln nicht möglich ist.

Der Positioniermotor 5 erlaubt eine Verstellung der Verschlußnadel über die Zeit, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, also über eine Öffnungsrampe beziehungsweise über eine Schließrampe, was zu einer schonenden und entsprechend verschleißarmen Verstellbewegung führt.

Die Nadelverschlußdüse 1 für Spritzgießformen 2, die bei einer Mehrfachform auch mehrfach vorhanden sein kann, weist zum Verstellen der Verschlußnadel 5 einen Antrieb aus, der als elektrisch angetriebener Positioniermotor 6 ausgebildet ist und somit Längentoleranzen der Verschlußnadeln 5 bei deren Einstellung in Öffnungs- und vor allem in Schließposition berücksichtigen und auch Zwischenpositionen einstellen und fixieren kann.

Claims (8)

1. Nadelverschluß-Düse (1) für Spritzgießformen (2) mit einer Verschlußnadel (5) und mit einem Antrieb zum Verstellen der Verschlußnadel in Schließposition und in Öffnungsposition, in welcher das Gießmaterial in eine Form einspritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für die Verstellung der Verschlußnadel (5) ein elektrisch angetriebener Positio­ niermotor (6) vorgesehen ist.

2. Nadelverschluß-Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positioniermotor (6) mit der Verschlußnadel (5) mechanisch, insbesondere über ein Getriebe (7) verbunden ist.

3. Nadelverschluß-Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verschlußnadel (5) einen Spindeltrieb aufweist, der mit dem Positioniermotor (6) direkt oder über ein Getriebe (7) gekuppelt ist.

4. Nadelverschluß-Düse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an einer mit der Nadel (5) einstückigen oder fest verbundenen Spindel eine Spindelmutter angreift, die an ihrer Außenseite als Zahnrad, Kegelrad oder Schneckenrad gestaltet ist, welches mit einem mit dem Positioniermotor (6) verbundenen Getriebegegenstück gekuppelt ist oder kämmt.

5. Nadelverschluß-Düse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Positioniermotor (6) ein Servomotor oder Schrittmotor ist.

6. Mehrfachform mit mehreren Nadelverschluß-Düsen gemäß Ober­ begriff des Patentanspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Verschlußnadeln (5) mit einem gemeinsamen elektrisch angetriebenen Positioniermotor (6) über Getriebe (7) verbunden und gemeinsam verstellbar sind.

7. Mehrfachform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der einzelnen Verschlußnadeln (5) mit einem gemeinsamen Positioniermotor (6) eine an ihnen angreifende Zahnstange (8) oder ein Zahnriemen (9) vorgesehen ist, dessen in Querrichtung erfolgende Bewegung vorzugsweise in eine Drehbewegung zum Beispiel eines Spindeltriebes (7) umsetzbar ist.

8. Nadelverschluß-Düse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel(n) (5) mittels ihres elektrischen Antriebes in beliebige Zwischenstellungen innerhalb des größtmöglichen Nadelhubes einstellbar ist (sind).