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Die
Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zur Führung von Schmelzemasse in
einer Kunststoffspritzgießform,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 10 2004
032 336 B3 ist eine solche Einspritzdüse bekannt. Die Einspritzdüse ist mit einer
als Rohrheizkörper
ausgebildeten Heizung sowie zum Regeln der Heizung mit einem Messfühler versehen,
welcher die Temperatur an einem an der Einspritzdüse angebrachten
Messring aufnimmt. Eine am Kern befestigte Düsenspitze hat die Aufgabe,
die Schmelze zum Anspritzpunkt zu führen.
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Damit
bei einem Defekt der Messeinrichtung ein schnelles Auswechseln möglich ist,
ist der Messring in einem vorderen Bereich des Düsenkerns auf die Außenfläche des
Düsenkerns
aufgeschoben. Zwischen dem Messring und der Düsenspitze ist ein Spalt ausgebildet.
Der Spalt hat den Zweck, einen direkten Wärmeübergang zwischen Düsenspitze
und Messring zu verhindern, weil dieser das Messergebnis verfälschen würde. Aufgrund
des Formzyklus ist die Düsenspitze
Temperaturschwankungen ausgesetzt.
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Es
hat sich in der Praxis herausgestellt, dass der Messring sich unbeabsichtigt
axial nach vorne bewegen kann und auf diese Weise in Kontakt mit der
Düsenspitze
gerät.
Es ist dann ein Wärmeübergang
zwischen Düsenspitze
und Messring möglich. Dieser
Wärmeübergang
führt zu
einer Verfälschung des
Messwerts, der zur Folge hat, dass die Düsentemperatur falsch gesteuert
wird. Aus der Fehlsteuerung der Düse kann mangelnde Produktqualität des Spritzgießteils resultieren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die Düse der Werkzeugform derart
auszubilden, dass ein Austausch des Messrings bei einem Defekt leicht
durchführbar
und eine genauere Messwertermittlung gewährleistet ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere mit den kennzeichnenden
Merkmalen.
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Das
wesentliche Prinzip der Erfindung besteht darin, dass der Messring
eine axiale Bewegungssicherung aufweist, die mittelbar oder unmittelbar
eine axiale Bewegung des Messrings verhindert.
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Eine
mindestens mittelbar wirkende Axialsicherung im Sinne der Erfindung
bedeutet, dass die Fixiereinrichtung z. B. eine unmittelbare axiale
Bewegung des Messrings verhindert. Alternativ kann die Fixiereinrichtung
z. B. eine Drehbewegung oder eine Bewegung verhindern, die zugleich
rotatorische als auch axiale Bewegungsanteile aufweist.
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Erfindungsgemäß ist die
Fixiereinrichtung zwischen Messring und Düsenkern vorgesehen. Im Sinne
der Erfindung bedeutet dies, dass die Fixiereinrichtung zwischen
Messring und Düsenkern
wirkt, also den Messring auf dem Düsenkern fixiert.
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Düsenspitze
im Sinne der Erfindung ist ein Düsenbestandteil,
welcher mit Austrittsöffnungen
zur Abgabe der Schmelze versehen ist. Die Düsenspitze ist aufgrund des
zyklischen Spritzgießvorgangs
Temperaturschwankungen unterworfen. Sie kann daher in Bereichen
eine vom Düsenkern
unterschiedliche Temperatur aufweisen.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ist es
möglich,
den Messring in einem vorderen Bereich des Düsenkerns anzuordnen, ohne dass
die Gefahr besteht, dass der Messring in Kontakt zur Düsenspitze
gelangt und damit eine den Messwert verfälschende Wärmeübertragung stattfinden kann.
Die Anordnung des Messrings in einem vorderen Bereich des Düsenkerns
hat den Vorteil, dass bei einem Defekt der Messeinrichtung Letztere
samt Messring schnell und auf einfache Weise auswechselbar ist.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist zwischen Messring und Düsenspitze
eine unmittelbar wirkende Fixiereinrichtung vorgesehen. Eine unmittelbar
wirkende Fixiereinrichtung kann bedeuten, dass eine unmittelbare
Bewegung des Messrings in axialer Richtung verhindert wird und nicht
z. B. eine Drehbewegung, die eine axiale Bewegung zur Folge hat,
wie es der Fall wäre,
wenn der Messring auf dem Düsenkern
mittels eines Gewindes aufgeschraubt wäre.
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Einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist die Fixiereinrichtung
von Formschlussmitteln gebildet. Derartige Formschlusselemente können z.
B. federnde Rastelemente oder andere korrespondierende Formen an
Messring und Düsenkern sein,
die eine Axialbewegung des Messrings verhindern, wie z. B. ein in
fluchtenden Bohrungen von Messring und Düsenkern angeordneter Stift.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind die Formschlussmittel von einem am Messring oder am Düsenkern
wenigstens mittelbar angeordneten Vorsprung gebildet, der in eine
am Düsenkern
oder am Messring angeordnete Hinterschneidung eingreift. Der Vorsprung
kann beispielsweise einem am Düsenkern
angeordneten Hebel oder einem federbelastetem verschwenkbaren Element
zugeordnet sein, welches eine Hinterschneidung des Messrings hintergreift.
Alternativ kann der Vorsprung z. B. dem Messring zugeordnet sein
und eine Hinterschneidung des Düsenkerns
hintergreifen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Vorsprung als Steg und die Hinterschneidung als Nut ausgebildet.
Der Steg kann z. B. dem Messring und die Nut dem Düsenkern
zugeordnet sein. Alternativ ist es z. B. ebenfalls möglich, dass
der Steg dem Düsenkern
und die Nut dem Messring zugeordnet ist. Der Steg kann in jedem
Fall in Form von einem oder mehreren Stegabschnitten oder als wenigstens
teilweise umlaufender Ringsteg ausgebildet sein. Die Nut kann korrespondierend
in Form von einem oder mehreren Nutabschnitten oder als wenigstens
teilweise umlaufende Ringnut ausgebildet sein.
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Einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist die Fixiereinrichtung
als Rastvorrichtung ausgebildet. Beispielsweise kann der Düsenkern Rastelemente
aufweisen, die, wenn der Messring in seinem Sitz auf dem Düsenkern
angeordnet ist mit korrespondierenden Rastelementen des Düsenkerns,
eine Axialbewegung des Messrings verhindernd, verrastet ist. Zur
Verrastung können
dem Messring und/oder dem Düsenkern
Federelemente zugeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann
die Verrastung mittels der federelastischen Rückstellkraft eines oder mehrerer
Rastelemente vorgenommen werden. Beispielsweise kann der Messring
als Ringabschnitt ausgebildet sein. Die Verrastung kann dann durch
die federelastische Rückstellkraft
der freien Ringenden erfolgen.
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Der
Messring ist gemäß einer
weiteren Ausführungsform
mit mindestens einem Schlitz versehen. Dies hat den Vorteil, dass
der Messring leichter montierbar ist, weil er entweder z. B. aus
zwei aneinander zu befestigenden Teilringen besteht oder bei einteiliger
Bauform aufgespreizt werden kann. Darüber hinaus kann der Messring
mit einem bezüglich der korrespondierenden
Außenfläche des
Düsenkerns
leichtem Untermaß ausgebildet
sein. Er kann dann umlaufend ohne Spiel an der Außenfläche des Düsenkerns
anliegen, wodurch ein direkter Wärmeübergang
zwischen Düsenkern
und Messring möglich ist.
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Einer
weiteren Ausführungsform
gemäß ist der
Messring von einem hoch wärmeleiffähigen Material,
insbesondere von einer Kupferberyllium-Legierung gebildet. Aufgrund des hoch
wärmeleitfähigen Materials
findet ein guter Wärmeübergang
zwischen Düsenkern
und Messring statt. Darüber
hinaus verteilt sich die Wärme
in kurzer Zeit gleichmäßig innerhalb
des Messrings. Es kann somit eine genaue Temperaturaufnahme am Messring
stattfinden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Messring und Düsenspitze
ein Luftspalt ausgebildet. Der Luftspalt kann z. B. zwischen einem
umlaufenden Kragen der Düsenspitze und
dem Messring ausgebildet sein. Er kann z. B. 0,5 mm betragen.
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Die
Innenfläche
des Messrings und ein mit der Innenfläche des Messrings korrespondierender Bereich
der Außenfläche des
Düsenkerns
sind gemäß einer
weiteren Ausführungsform
zumindest teilweise konisch ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung erleichtert
die Montage des Messrings. Der Messring kann z. B. auf einfache
Weise von der Düsenspitzenseite
auf den Düsenkern
aufgeschoben werden. Insbesondere wenn der Messring als Ringabschnitt
ausgebildet ist und zur Verrastung aufgespreizt werden muss, ist
die Montage mittels dieser Ausführungsform
einfacher. Zudem ist es nicht erforderlich, den Messring kraftaufwendig
auf dem Düsenkern
zu verschieben, während
Messring und Düsenkern
sich bereits in Kontakt befinden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung
von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
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1 einen
Axialschnitt der erfindungsgemäßen Düse mit axial
gesichertem Messring,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des mit II gekennzeichneten Ausschnittes in 1,
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3 einen
Axialschnitt einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Düse mit axial gesichertem
Messring, und
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des mit IV bezeichneten Ausschnittes in 3.
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Eine
nicht dargestellte Werkzeugform weist zum Einspritzen der Schmelze
in den nicht dargestellten Formhohlraum eine Düse auf, die insgesamt mit der
Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Gleiche Bezugsziffern in
den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
bezeichnen analoge Teile.
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Die
Düse 10 ist
gemäß der 1 und 2 mit
einer Heizvorrichtung 11 sowie einer Messeinrichtung 12 versehen.
Die Düse 10 weist
einen Düsenkern 13 sowie
eine Düsenspitze 14 auf.
Die Längsachse
des Düsenkerns
ist mit I bezeichnet. Der Düsenkern 13 sowie
die Düsenspitze 14 sind
z. B. aus Stahl gefertigt.
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Im
Düsenkern 13 ist
eine Bohrung 15 vorgesehen, in welcher die Düsenspitze 14 verschraubt
ist. Hierfür
weist die Düsenspitze
ein Außengewinde 16 auf,
das mit einem Innengewinde 17 des Düsenkerns 13 korrespondiert.
Der Düsenkern 13 ist
von einem Schmelzekanal 18 durchsetzt, welcher in einen Schmelzekanal 19 der
Düsenspitze 14 mündet. Endseitig
verzweigt sich der Schmelzekanal 19 der Düsenspitze 14 in
mehrere Teilkanäle 20. Über Austrittsöffnungen 21 wird
die Schmelze in einen nicht dargestellten Formhohlraum oder eine
formseitige Vorkammer abgegeben. Die Austrittsöffnungen 21 umgebend
ist ein Dichtring 22 an einem Bereich 24 der Düsenspitze 14 angeordnet,
der aus einem Material niedriger Wärmeleiffähigkeit, z. B. aus Titan, gebildet ist.
Der Dichtring 22 hat die Aufgabe, die Düse 10 bezüglich der
Form abzudichten.
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Eine
Außenmantelfläche 23 des
Düsenkerns 13 ist
von der Heizvorrichtung 11 umgeben, die als Rohrheizkörper R ausgebildet
ist. Mittels der Heizvorrichtung 11 kann der Düsenkern 13 auf
einer konstanten Temperatur gehalten werden, die erforderlich ist,
um einen zuverlässigen
Prozessablauf zu gewährleisten.
Zur Regelung dieser Temperatur weist das Werkzeug eine Steuer- und
Regelvorrichtung auf.
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Die
Steuer- und Regelvorrichtung umfasst eine Messeinrichtung 11 mit
einem Messfühler 26. Ein
Endbereich des Messfühlers 26 ist
in einer Ausnehmung eines Messrings 25 angeordnet und z.
B. durch Verlöten
oder Verstemmen befestigt. Der Messring 25 besteht aus
einem hoch wärmeleiffähigen Material,
wie z. B. einer Kupferberyllium-Legierung. Die Wärme wird daher vom Düsenkern 13 aufgenommen
und innerhalb des Messrings 25 in kurzer Zeit gleichmäßig verteilt.
Es ist somit am Messring 25 eine Ermittlung der Temperatur
des Düsenkerns 13 möglich.
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Ist
die Düsenspitze 14 vollständig in
die Bohrung 15 eingeschraubt, so dass eine rückwärtige Fläche 40 eines
Endes 33 der Düsenspitze 14 an
einer Bohrungsinnenfläche 29 anschlägt, ist
zwischen einer Außenfläche 41 eines
Kragens 30 der Düsenspitze 14 und
einer Außenfläche 42 des
Messrings 25 ein Spalt 32 ausgebildet, dessen
Funktion im Folgenden erläutert
wird.
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Aufgrund
des Spritzgießzyklus
unterliegt die Düsenspitze 14 Temperaturschwankungen,
so dass sich die Temperatur eines Endes 34 der Düsenspitze 14 von
der Temperatur des Düsenkerns 13 unterscheiden
kann. Mittels des Spalts 32 wird eine direkte Wärmeübertragung,
welche durch Kontakt zwischen Düsenspitze 14 und
Messring 25 auftreten würde, und
eine damit einhergehende Messwertverfälschung bezüglich der Temperatur des Messrings 25, verhindert.
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Als
Fixiereinrichtung F weist der Messring 25 einen Ringsteg 36 auf,
welcher in eine Ringnut 37 des Düsenkerns 13 eingreift.
Der Messring 25 ist damit axial fixiert und kann sich nicht
ungewollt lösen. Mit
dieser Ausgestaltung wird eine axiale Bewegung des Messrings 25 in
Richtung x des Kragens 30 und somit ein Kontakt zwischen
der Außenfläche 42 des Messrings 25 und
der Außenfläche 41 des
Kragens 30, unmittelbar verhindert.
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Zur
leichteren Montage des Messrings 25 sind eine Außenfläche 27 eines
Endbereichs 31 des Düsenkerns 13 sowie
eine Innenfläche 28 des
Messrings 25 konisch ausgebildet. Der Messring 25 ist
mit einem Schlitz 35 versehen und kann auf diese Weise aufgespreizt
werden. Zur Montage wird der Messring 25 auf den Düsenkern 13 aufgeschoben
werden, bis der Ringsteg 36 des Messrings 25 in
die Ringnut 37 des Düsenkerns 13 einrastet.
Aufgrund der konischen Ausbildung der Außenfläche 27 und der Innenfläche 28 spreizt
sich der Messring 25 beim Aufschieben automatisch auf.
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Der
Innendurchmesser des Messrings 25 weist bezüglich des
Außendurchmessers
des Düsenkerns 13 ein
Untermaß auf.
Die Rückstellkraft
der dem Schlitz 35 benachbarten aufgespreizten freien Enden
des Messrings 25 bewirkt ein enges Anliegen der Innenfläche 28 des
Messrings 25 an die Außenfläche 27 des
Düsenkerns 13.
Durch die enge Anlage kann ein großflächiger Wärmeübergang zwischen Messring 25 und
Düsenkern 23 stattfinden.
Bei einem geschlossenen Messring würde dieser Effekt nicht auftreten,
da immer ein Spiel zwischen Messring 25 und Düsenkern 14 vorhanden
wäre, welches die
Wärmeübertragung
behindern würde.
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Bei
einem Defekt der Messeinrichtung 12 müssen der Messring 25 sowie
der Messfühler 26 von
der Düse 10 demontiert
werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die Düsenspitze 14 aus der
Bohrung 15 herausgeschraubt wird.
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Zur
Demontage des Messrings 25 ist zunächst die Düsenspitze 14 vom Düsenkern 13 durch Herausschrauben
zu trennen. Danach kann der Messring 25 in axialer Richtung
x vom Düsenkern 13 abgezogen
werden. Der Messring 25 kann aufgespreizt und der Ringsteg 36 aus
der Ringnut 37 des Düsenkerns 13 entfernt
werden. Trotz der axialen Sicherung des Messrings 25 ist
somit eine einfache Demontage gewährleistet.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 und 4 weist
alternativ zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2 der
Messring 25 eine Ringnut 38 auf, welche mit einem
Ringsteg 39 des Düsenkerns 13 formschlüssig zusammenwirkt
und dabei eine axiale Bewegung des Messrings 25 in Richtung
x verhindert.