DE202005020815U1

DE202005020815U1 - Maschinendüse

Info

Publication number: DE202005020815U1
Application number: DE202005020815U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2015-04-30

Abstract

Maschinendüse, bestehend aus einer Düsenspitze (3) und einem Düsenschaft (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (2) aus einer Stahllegierung mit hoher Härte, hoher Schlag- und Stoßfestigkeit, vorzugsweise aus gehärtetem Werkzeugstahl, der Düsenschaft aus einer hochwärmeleitenden Legierung, vorzugsweise einer hochwertigen Kupferlegierung mit höchster Wärmeleitfähigkeit und hoher Härte, besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschinendüse für Spritzgießmaschinen für die Verarbeitung von Kunststoffe durch Spritzgießverfahren, bestehend aus einer harten, schlag- und stoßfesten Düsenspitze, vorzugsweise aus gehärtetem Werkzeugstahl, und einem hochwärmeleitenden Düsenschaft, bestehend aus einem Werkstoff mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit, vorzugsweise einer hochwertigen Kupferlegierung, wobei für die Herstellung des Roherzeugnisses, die Rohdüse, das Zwischenerzeugnis Düsenspitze mit dem Zwischenerzeugnis Düsenschaft, ohne Zusatzstoffe im Vakuum durch Elektronenstrahl unlösbar und absolut dicht verschweißt wird.
Die Aufgabe einer Maschinendüse besteht darin, die im Extruder einer Spritzgießmaschine auf eine bestimmte Prozesstemperatur aufbereitete Kunststoffmasse von dem Extruder über die gesamte Länge der Maschinendüse bis in das Spritzgießwerkzeug isotherm zu transportieren.
Verfahrensbedingt sollte eine Maschinendüse eine harte, stoß- und schlagfeste Düsenspitze vorweisen, um die mit jedem Schuss auftretende hohe Düsenanlegekraft an das Spritzgießwerkzeug über eine lange Zeitspanne unbeschädigt zu gewährleisten.
Außerdem sollte der Düsenschaft eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, um einen isothermen Transport des Kunststoffes vom Extruder zum Spritzgießwerkzeug auch über eine längere Fließstrecke sicherzustellen, wenn mit einer verlängerten Maschinendüse gearbeitet werden muss.
Solche Maschinendüsen wurden im Jahre 2001 entwickelt. Der Aufbau einer solchen Maschinendüse ist beispielweise in dem Zeitschriftenartikel „Optimalere Prozessbedingungen" aus der Zeitschrift „Werkzeug- und Formenbau", April 2001, bekannt. Die Düsenspitze ist vorzugsweise aus gehärtetem Werkzeugstahl ausgebildet, da sie hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Der Düsenschaft besteht vorzugsweise aus einer hochwertigen Kupferlegierung. Hochwertige Kupferlegierungen sind besonders bei verlängerten Maschinendüsen von Vorteil, da dieselben eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dadurch wird die Temperaturdifferenz der Kunststoffschmelze über die gesamte Länge der Maschinendüse fast konstant gehalten und die erforderliche Prozesstemperatur der aufbereiteten Kunststoffmasse in einem funktionierenden Prozessbereich stabilisiert.
Die für den Spritzgießprozess erforderliche Prozesstemperatur der Maschinendüse wird über die Kontaktflächen zum Extruderanschluss und dadurch indirekt über die maschinenseitige Extruderbeheizung eingebracht.
Dadurch, dass keine nennenswerte Abkühlung der aufbereiteten Kunststoffmasse zwischen der Anschlussfläche der Maschinendüse am Extruder und der davon entfernt befindlichen Düsenspitze der Maschinendüse eintritt, wird auch die Bildung von Kalten Pfropfen in der Düsenaustrittsöffnung unterbunden. Kalte Pfropfen verursachen nicht nur kostspielige Produktionsunterbrechungen, sondern auch Qualitätsmängel an den Spritzgießteilen und Ausschuss.
Maschinendüsen aus Werkzeugstahl gelten als Standard. Diese weisen zwar den Vorteil auf, eine harte Düsenspitze zu besitzen, haben jedoch den großen Nachteil der niedrigen Wärmeleitfahigkeit, was zu der Notwendigkeit führt, diese mitunter auch sehr kurzen normalen Maschinendüsen mit einer zusätzlichen Beheizung bestücken zu müssen, um die notwendigen Prozessbedingungen zu gewährleisten.
Normale Maschinendüsen aus Werkzeugstahl weisen ein Durchmesser/Längen-Verhältnis D/L von etwa 1:3,5 auf. Innerhalb dieses Bereiches spricht man in der Fachwelt nur von einer Maschinendüse, ohne das D/L-Verhältnis ausdrücklich zu erwähnen. Übersteigt jedoch das D/L-Verhältnis diesen Wert, spricht man von verlängerten Maschinendüsen, die dann zum Einsatz kommen, wenn die Maschinendüse aus konstruktiven Gründen für den Spritzgießvorgang in das Spritzgießwerkzeug eintauchen muss. Deshalb wird eine Maschinendüse mitunter auch als „Tauchdüse" bezeichnet.
Verlängerte Maschinendüsen aus Werkzeugstahl müssen für alle Anwendungen mit einer zusätzlichen Beheizung bestückt werden. Die zusätzliche Beheizung, die im Regelfall am Umfang der Maschinendüse installiert wird, erfordert jedoch in den meisten Fällen einen wesentlich größeren Außendurchmesser mit dem entsprechenden Freiraum im Spritzgießwerkzeug. In vielen Fällen kann aber eine solche Maschinendüse aus konstruktiven Gründen nicht akzeptiert werden, weil zum einen für den Freiraum der erforderliche Platz im Sprituzgießwerkzeug nicht zur Verfügung steht und zum anderen aus verfahrenstechnischen Gründen nicht, weil eine Regelung der Prozesstemperatur nicht sicher gewährleistet werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maschinendüse zu entwickeln, die sowohl als normale Maschinendüse, bevorzugt jedoch als verlängerte Maschinendüse verwendet werden kann, eine harte, schlag- und stoßfeste Düsenspitze, einen Düsenschaft mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist, die als normale Maschinendüse überhaupt keine zusätzliche Beheizung benötigt und als verlängerte Maschinendüse für die Verarbeitung von einer Vielzahl der üblicherweise verarbeiteten Kunststoffe ebenfalls keine zusätzliche Beheizung braucht, um so eine Maschinendüse als normale Maschinendüse oder als verlängerte Maschinendüse mit verlängerter Standzeit bei optimalen Prozessbedingungen ohne Zusatzheizung zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß kann bei der beanspruchten Maschinendüse durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Düsenschaftes aus einer hochwertigen Kupferlegierung auch bei verlängerten Maschinendüsen bei der Verarbeitung von vielen Kunststofftypen auf eine zusätzliche Beheizung verzichtet werden, weil die Temperatur der aufbereiteten Kunststoffschmelze in einem verfahrenstechnisch akzeptablen Prozessbereich gehalten wird.
Besonders lange Maschinendüsen können hergestellt werden, wenn der Düsenschaft aus einer hochwertigen Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von < 217 W/m°K, vorzugsweise =< 260 W/m°K, hergestellt wird.
Die Standzeit der fertigen Maschinendüse kann weiterhin dadurch erhöht werden, dass der Düsenschaft aus einer hochwertigen Kupferlegierung mit einer Härte von < 210 HB, vorzugsweise =< 260–285 HB hergestellt wird.
Die Standzeit kann weiterhin dadurch erhöht werden, dass die Düsenspitze aus, vorzugsweise pulvermetallurgisch hergestelltem Werkzeugstahl, insbesondere mit einem Härtegrad von < 40 HRC, vorzugsweise 46–48 HRC, hergestellt wird.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Maschinendüse, bestehend aus einer Düsenspitze und einem Düsenschaft, wobei innerhalb der Maschinendüse eine Heizvorrichtung vorgesehen ist. Aufgrund dieser Heizvorrichtung kann auf eine zusätzliche Beheizung der Maschinendüse von außen verzichtet werden. Dies ist insbesondere bei langen Ma schinendüsen in Spritzgießwerkzeugen, bei denen kein Platz für eine Zusatzheizung am Umfang der Maschinendüse gegeben ist und bei der Verarbeitung von technischen Kunststoffen mit einem sehr engen Prozessfenster von großem Vorteil.
Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel des Roherzeugnisses darstellt, wird die Erfindung näher beschrieben.
In 1 ist das Roherzeugnis 1 dargestellt, wie es für die Herstellung einer fertigen Maschinendüse verwendet wird. Das Roherzeugnis 1 besteht aus einem Zwischenerzeugnis 2. Das Zwischenerzeugnis 2 bildet den Düsenschaft der Maschinendüse. Weiterhin besteht das Roherzeugnis 1 aus einem Zwischenerzeugnis 3, aus einer gehärteten Düsenspitze 3. Bezugszeichen 4 bezeichnet die Schweißfläche zwischen dem Zwischenerzeugnis 2 und dem Zwischenerzeugnis 3. Das Roherzeugnis besteht aus Vollmaterial ohne Innenbohrung.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Roherzeugnis 1 im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Durch einen 360 Grad rundum Schweißvorgang wird das Zwischenprodukt 2 mit dem Zwischenprodukt 3 ohne Zusatzstoffe im Vakuum durch Elektronenstrahl verschweißt. Wie in 1 dargestellt ist, überlappt das Zwischenprodukt 2 das Zwischenprodukt 3 vor dem Schweißvorgang seitlich mittels eines Ringkranzes 5. Das Roherzeugnis 1 kann auch in quadratischer Ausführung gestaltet sein, vorzugsweise für eine Serienfertigung, wobei dann die Zwischenerzeugnisse stirnseitig kontaktieren, einzeln nebeneinander gespannt und ohne Überlappung ohne Zusatzstoffe im Vakuum durch Elektronenstrahl verschweißt werden.

1: Roherzeugnis Maschinendüse
2: Zwischenerzeugnis Düsenschaft
3: Zwischenerzeugnis Düsenspitze
4: Spalt, Schweißfläche
5: Ringkranz

Claims

Maschinendüse, bestehend aus einer Düsenspitze (3) und einem Düsenschaft (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (2) aus einer Stahllegierung mit hoher Härte, hoher Schlag- und Stoßfestigkeit, vorzugsweise aus gehärtetem Werkzeugstahl, der Düsenschaft aus einer hochwärmeleitenden Legierung, vorzugsweise einer hochwertigen Kupferlegierung mit höchster Wärmeleitfähigkeit und hoher Härte, besteht.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (3) aus einer Stahllegierung mit hoher Härte, hoher Schlag- und Stoßfestigkeit, vorzugsweise aus gehärtetem Werkzeugstahl, der Düsenschaft (2) aus einer hochwärmeleitenden Legierung, vorzugsweise einer hochwertigen Kupferlegierung mit höchster Wärmeleitfähigkeit und hoher Härte, ohne Zusatzstoffe im Vakuum mittels Elektronenstrahl zum Roherzeugnis (1) verschweißt werden.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenschaft (2) zylinderförmig ausgebildet ist und an einem Ende einen Ringkranz (5) aufweist, der die Düsenspitze (3) umfangseitig umschließt.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenschaft (2) die Düsenspitze (3) überlappend ausgebildet ist.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (3) zylinderförmig ausgebildet ist und an einem Ende einen Ringkranz (5) aufweist, der den Düsenschaft (2) umfangseitig umschließt.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (3) den Düsenschaft (2) überlappend ausgebildet ist.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenschaft (2) zylinderförmig ausgebildet ist und an einem Ende einen Ringkranz (5) aufweist, der die Düsenspitze (3) umfangseitig umschließt.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (3) zylinderförmig ausgebildet ist und an einem Ende einen Ringkranz (5) aufweist, der den Düsenschaft (2) umfangseitig umschließt.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (3) und der Düsenschaft (2) quadratisch ausgebildet ist.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenschaft (2) aus einer hochwertigen Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 217 W/m°K, vorzugsweise gleich oder größer 260 W/m°K, hergestellt wird.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenschaft (2) aus einer hochwertigen Kupferlegierung mit einem Härtegrad von größer 210 HB, vorzugsweise gleich oder größer 260–285 HB, hergestellt wird.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze (3) aus, vorzugsweise polmetallurgisch hergestell tem, Werkzeugstahl, insbesondere mit einem Härtegrad von größer 40 HRC, vorzugsweise 46–48 HRC, hergestellt wird.
Maschinendüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Maschinendüse eine Heizvorrichtung vorgesehen ist.
Maschinendüse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die konische Innenbohrung einschließlich der Geometrie der Düsenaustrittsbohrung an der fertigen Maschinendüse durch Erodieren eingebracht wird.