DE202007011623U1 - Nozzle insert for a hot runner nozzle - Google Patents

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Abstract

Düseneinsatz für eine Heißkanaldüse (1), welcher an einer Außenseite zumindest eine Düsenöffnung (4) aufweist und aus einem Metall mit mehr als 98 Gew.-% Mo hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite zumindest in einem die Düsenöffnung (4) enthaltenden Abschnitt mit einer im CVD-Verfahren hergestellten Diamantschicht (5) beschichtet ist.nozzle insert for one Hot runner nozzle (1), which on an outside at least one nozzle opening (4) and made of a metal having more than 98% by weight of Mo. is, characterized in that the outside at least in one the nozzle opening (4) containing Section with a diamond layer produced by the CVD process (5) is coated.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Düseneinsatz für eine Heißkanaldüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a nozzle insert for one Hot runner nozzle after the preamble of claim 1.

Eine Heißkanaldüse, welche aus einem Düsenträger mit einem darin eingesetzten Düseneinsatz gebildet ist, ist beispielsweise aus dem Prospekt "HPS III Heißkanaldüsen, 203 V außenbeheizt" der Firma EWIKON Heißkanalsysteme GmbH & Co. KG aus 01/2005 bekannt.A Hot runner nozzle, which from a nozzle carrier with a nozzle insert inserted therein is formed, for example, from the prospectus "HPS III hot runner nozzles, 203 V externally heated "of the company EWIKON Heißkanalsysteme GmbH & Co. KG 01/2005 known.

Die bekannten Düseneinsätze haben den Nachteil, dass insbesondere bei der Verarbeitung von mit Fasern oder keramischen Partikeln gefüllten Kunststoffen ein hoher Abrieb an deren Spitze auftritt. Zur Verminderung des Abriebs ist es aus Fo-Kus-Newsletter 2/2001, Seite 15 bekannt, Spritzgusswerkzeuge mit einer unter der Marke "SICON®" angebotenen Antihaftschicht zu versehen, die aus amorphem Kohlenstoff hergestellt ist. Ein damit beschichteter Düseneinsatz weist zwar verbesserte tribologische Eigenschaften auf. Den praktischen Anforderungen genügen jedoch auch diese verbesserten tribologischen Eigenschaften nicht.The known nozzle inserts have the disadvantage that, especially in the processing of plastics filled with fibers or ceramic particles, high abrasion occurs at the tip thereof. In order to reduce the abrasion, it is of Fo-Kus newsletter 2/2001, page 15 known to provide injection molds with an offered under the trademark "SICON ®" anti-adhesion layer, which is made of amorphous carbon. Although a nozzle insert coated therewith has improved tribological properties. However, even these improved tribological properties do not meet the practical requirements.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Düseneinsatz für eine Heißkanaldüse mit verbesserten tribologischen Eigenschaften bereitgestellt werden.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. It is intended in particular a nozzle insert for a hot runner nozzle with improved tribological properties are provided.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11.These The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of Invention emerge from the features of claims 2 to 11th

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Außenseite zumindest in einem die Düsenöffnung enthaltenden Abschnitt mit einer im CVD-Verfahren hergestellten Diamantschicht beschichtet ist. – Der vorgeschlagene Düseneinsatz weist gegenüber herkömmlichen Düseneinsätzen eine mehrfach verlängerte Lebensdauer auf. Das gilt auch dann, wenn mit dem Düseneinsatz mit Fasern oder keramischen Partikeln gefüllte Kunststoffe verarbeitet werden. Die erfindungsgemäß mittels CVD-Verfahren hergestellte Diamantschicht bindet im Gegensatz zu den nach dem Stand der Technik bekannten amorphen Kohlenstoffschichten kovalent an das Metall an. Es bildet sich eine besonders feste und dauerhafte Verbindung zwischen der Diamantschicht und dem Metall. Auch bei langen Standzeiten kommt es nicht zu einer Ablösung der Diamantschicht. Der geringe tribologische Verschleiß einer erfindungsgemäß beschichteten Heißkanaldüse wird infolgedessen durch die mit anderen Materialien nicht erreichbaren tribologischen Eigenschaften von Diamant bestimmt.To proviso The invention provides that the outside at least in one containing the nozzle opening Section with a diamond layer produced by the CVD process is coated. - Of the proposed nozzle insert has across from usual Nozzle inserts one extended several times Life on. This is true even if with the nozzle insert processed with fibers or ceramic particles filled plastics become. The inventively produced by CVD method Diamond layer binds in contrast to those known in the art amorphous carbon layers covalently attached to the metal. It forms a particularly strong and lasting connection between the Diamond layer and the metal. Even with long service life comes it does not lead to a replacement the diamond layer. The low tribological wear of a coated according to the invention Hot runner nozzle is as a result by the non-accessible with other materials tribological Properties of diamond are determined.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Diamantschicht eine Dicke im Bereich von 2 bis 25 μm, vorzugsweise 4 bis 10 μm, auf. Diamantschichten mit den vorgeschlagenen Dicken zeichnen sich durch eine besonders feste Bindung am Metall aus. Damit können einerseits die tribologischen Eigenschaften dauerhaft erheblich verbessert und andererseits ein durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Substrat und Diamantschicht bedingtes, unerwünschtes Ablösen der Diamantschicht sicher und zuverlässig vermieden werden.To An advantageous embodiment of the invention, the diamond layer a thickness in the range of 2 to 25 microns, preferably 4 to 10 microns, on. diamond layers with the proposed thicknesses are characterized by a particularly firm bond to the metal. On the one hand, the tribological Properties permanently improved significantly and on the other hand by different coefficients of expansion of substrate and Diamond layer conditional, unwanted supersede the diamond layer can be safely and reliably avoided.

Als besonders geeignet zur Herstellung einer mit der Diamantschicht versehenen Düse haben sich Metalle erwiesen, die bei 20°C eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 110 W/(mK) aufweisen. Ferner haben sich Metalle als besonders geeignet erwiesen, die bei 20°C einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizient von weniger als 5,4 × 10–6 m/(mK), vorzugsweise weniger als 5,3 × 10–6 m/(mK), aufweisen.Particularly suitable for producing a nozzle provided with the diamond layer, metals have been found, which have a thermal conductivity of more than 110 W / (mK) at 20 ° C. Furthermore, metals have proven to be particularly suitable, which at 20 ° C, a linear thermal expansion coefficient of less than 5.4 × 10 -6 m / (mK), preferably less than 5.3 × 10 -6 m / (mK), exhibit.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Metall eine Mo(= Molybdän)-Legierung, welche zumindest eines der folgenden Elemente bzw. Verbindungen enthält: Ti, Zr, W, Hf, C, CeO2, La2O3, Y2O3, Rh. Die Mo-Legierung kann insbesondere 0,1 bis 1,0 Gew.-% Ti, 0,04 bis 0,16 Gew.-% Zr und 0,01 bis 0,08 Gew.-% C enthalten. Eine derartige Mo-Legierung ist auch unter der Abkürzung "TZM" bekannt. Die vorgeschlagene Legierung lässt sich besonders einfach mittels CVD-Verfahren beschichten. Es ist insbesondere nicht erforderlich, zur Verbesserung des Anbindens der Diamantschicht besondere Zwischenschichten auf dem Metall aufzubringen.According to a particularly advantageous embodiment, the metal is a Mo (= molybdenum) alloy containing at least one of the following elements or compounds: Ti, Zr, W, Hf, C, CeO 2 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 In particular, the Mo alloy may contain 0.1 to 1.0 wt% Ti, 0.04 to 0.16 wt% Zr, and 0.01 to 0.08 wt% C. Such a Mo alloy is also known by the abbreviation "TZM". The proposed alloy is particularly easy to coat by CVD method. In particular, it is not necessary to apply special intermediate layers on the metal in order to improve the bonding of the diamond layer.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Mo-Legierung auch 0,01 bis 1,0 Gew.-% La2O3 enthalten. Auch eine solche Legierung eignet sich besonders gut zur Herstellung tribologisch hoch widerstandsfähiger Diamantschichten.According to a further embodiment of the invention, the Mo alloy may also contain 0.01 to 1.0 wt .-% La 2 O 3 . Such an alloy is also particularly suitable for producing tribologically highly resistant diamond layers.

Ein erstes Ende des Düseneinsatzes kann einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung an einem Düsenträger und ein zweites Ende eine zu Dichtungszwecken vorgesehene Spitze aufweisen. Der Düseneinsatz kann also für Heißkanaldüsen mit Spitzendichtung verwendet werden. Gerade bei solchen Düseneinsätzen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Spitze mit einem Radius von 0,2 bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm, zu versehen. Im Falle des Vorsehens des vorgeschlagenen Radius kann eine erheblich verbesserte Haftfestigkeit der Diamantschicht im Bereich der Spitze erreicht werden. Daneben hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zur weiteren Verbesserung der Anbindung der Diamantschicht die Oberfläche des Metalls vor der Diamantbeschichtung mittels Sandstrahlen aufzurauen. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass eine insoweit sich ergebende raue Oberfläche der Diamantschicht die für das Spritzgießen maßgeblichen Eigenschaften der Heißkanaldüse nicht negativ beeinflusst.A first end of the nozzle insert may include a mounting portion for attachment to a nozzle carrier and a second end provided for sealing purposes tip. The nozzle insert can therefore be used for hot runner nozzles with tip seal. Especially with such nozzle inserts, it has proven to be particularly advantageous to provide the tip with a radius of 0.2 to 2.0 mm, preferably 0.3 to 0.7 mm. In the case of providing the proposed radius, a significantly improved adhesion of the diamond layer in the region of the tip can be achieved. In addition, it has proven expedient to roughen the surface of the metal before the diamond coating by means of sandblasting to further improve the connection of the diamond layer. Surprisingly, it has been shown that a insofar as the resulting rough surface of the diamond layer does not adversely affect the characteristics of the hot runner nozzle which are decisive for injection molding.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der, vorzugsweise ein Gewinde aufweisende, Befestigungsabschnitt nicht mit der Diamantschicht versehen ist. Eine durch eine z. B. klemmende Befestigung bedingte Beschädigung der Diamantschicht wird damit vermieden.To A further embodiment provides that, preferably a threaded, attachment portion not with the diamond layer is provided. One by a z. B. clamping attachment conditional damage the diamond layer is avoided.

Nachfolgend wird anhand der einzigen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.following is an embodiment of the invention with reference to the single drawing described in more detail.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Schnittansicht eines allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Düseneinsatzes, dessen eines Ende einen Befestigungsabschnitt 2 und dessen anderes Ende eine Spitze 3 aufweist. Ein zwei Düsenöffnungen 4 aufweisender Abschnitt einer Außenseite des Düseneinsatzes 1 ist mit einer Diamantschicht 5 beschichtet. Die Diamantschicht 5 erstreckt sich abschnittsweise in einen, sich zu den Düsenöffnungen 4 hin verzweigenden Kanal 6. Der Befestigungsabschnitt 2 ist hier nicht mit der Diamantschicht 5 beschichtet. Es ist aber auch möglich, den Befestigungsabschnitt 2 mit der Diamantschicht 5 zu versehen. Ein Radius R der Spitze 3 beträgt etwa 0,4 bis 0,6 mm.The single figure shows schematically a sectional view of a generally with the reference numeral 1 designated nozzle insert, one end of a mounting portion 2 and its other end a bit 3 having. One two nozzle openings 4 having portion of an outside of the nozzle insert 1 is with a diamond coating 5 coated. The diamond layer 5 extends in sections into one, to the nozzle openings 4 branching channel 6 , The attachment section 2 is not here with the diamond layer 5 coated. But it is also possible, the attachment section 2 with the diamond layer 5 to provide. A radius R of the tip 3 is about 0.4 to 0.6 mm.

Der Düseneinsatz 1 kann beispielsweise aus TZM hergestellt sein, d. h. einer Mo-Legierung mit 0,5 Gew.-% Ti, 0,08 Gew.-% Zr und 0,01 bis 0,04 Gew.-% C. Eine solche Legierung zeichnet sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit von mehr als 110 W/(mK) bei gleichzeitig hoher Verschleißbeständigkeit aus. Sie ist damit zur Herstellung beheizter Düseneinsätze 1 besonders geeignet. Diamant zeichnet sich durch eine Wärmeleitfähigkeit von 2000 W/(mK) aus. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Diamantschicht 5 bewirkt keinerlei Beeinträchtigung der Wärmeleitfähigkeit.The nozzle insert 1 may for example be made of TZM, ie a Mo alloy with 0.5 wt .-% Ti, 0.08 wt .-% Zr and 0.01 to 0.04 wt .-% C. Such an alloy is characterized by a high thermal conductivity of more than 110 W / (mK) with simultaneous high wear resistance. It is thus used for the production of heated nozzle inserts 1 particularly suitable. Diamond is characterized by a thermal conductivity of 2000 W / (mK). The diamond layer proposed according to the invention 5 causes no impairment of the thermal conductivity.

Die Dicke der Diamantschicht 5 beträgt beispielsweise 4 bis 10 μm.The thickness of the diamond layer 5 is for example 4 to 10 microns.

Die Diamantschicht 5 kann mittels herkömmlicher CVD-Verfahren hergestellt werden. Dabei kommt vorzugsweise ein hot filament CVD-Verfahren zum Einsatz. Dabei wird auf einem aus TZM hergestellten Düseneinsatz 1 mit Spitzendichtung, bei dem zuvor ein Radius R an der Spitze 3 im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm hergestellt worden ist, aus einer Gasphase, die zu etwa 99 Vol.-% aus Wasserstoff und zu etwa 1 Vol.-% aus einer Kohlenstoffquelle, beispielsweise Methan gebildet ist, die Diamantschicht 5 abgeschieden. Um eine Beschichtung im Bereich des Befestigungsabschnitts 2 zu verhindern, kann der Düseneinsatz 1 in diesem Bereich mit einer Schutzhülse abgedeckt sein.The diamond layer 5 can be prepared by conventional CVD methods. In this case, preferably a hot filament CVD method is used. This is done on a nozzle insert made of TZM 1 with tip seal, where previously a radius R at the top 3 has been made in the range of 0.3 to 0.7 mm, from a gas phase, which is about 99 vol .-% of hydrogen and about 1 vol .-% of a carbon source, such as methane is formed, the diamond layer 5 deposited. To a coating in the area of the attachment section 2 can prevent the nozzle insert 1 be covered in this area with a protective sleeve.

11
Düseneinsatznozzle insert
22
Befestigungsabschnittattachment section
33
Spitzetop
44
Düsenöffnungnozzle opening
55
Diamantschichtdiamond layer
66
Kanalchannel
RR
Radiusradius

Claims (11)

Düseneinsatz für eine Heißkanaldüse (1), welcher an einer Außenseite zumindest eine Düsenöffnung (4) aufweist und aus einem Metall mit mehr als 98 Gew.-% Mo hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite zumindest in einem die Düsenöffnung (4) enthaltenden Abschnitt mit einer im CVD-Verfahren hergestellten Diamantschicht (5) beschichtet ist.Nozzle insert for a hot runner nozzle ( 1 ), which on an outer side at least one nozzle opening ( 4 ) And of a metal having more than 98 wt .-% Mo is produced, characterized in that the outer side of at least one nozzle opening ( 4 ) containing a diamond layer produced by the CVD method ( 5 ) is coated. Düseneinsatz nach Anspruch 1, wobei die Diamantschicht (5) eine Dicke im Bereich von 2 bis 25 μm, vorzugsweise 4 bis 10 μm, aufweist.Nozzle insert according to claim 1, wherein the diamond layer ( 5 ) has a thickness in the range of 2 to 25 μm, preferably 4 to 10 μm. Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall bei 20°C ein Wärmeleitfähigkeit von mehr als 110 W/(mK) aufweist.nozzle insert according to one of the preceding claims, wherein the metal at 20 ° C, a thermal conductivity of more than 110 W / (mK). Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall bei 20°C einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizient von weniger als 5,4 × 10–6 m/(mK), vorzugsweise weniger als 5,3 × 10–6 m/(mK), aufweist.Nozzle insert according to one of the preceding claims, wherein the metal at 20 ° C has a linear thermal expansion coefficient of less than 5.4 × 10 -6 m / (mK), preferably less than 5.3 × 10 -6 m / (mK), having. Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall eine Mo-Legierung ist, welche zumindest eines der folgenden Elemente bzw. Verbindungen enthält: Ti, Zr, W, Hf, C, CeO2, La2O3, Y2O3, Rh.Nozzle insert according to one of the preceding claims, wherein the metal is a Mo alloy containing at least one of the following elements or compounds: Ti, Zr, W, Hf, C, CeO 2 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Rh. Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mo-Legierung 0,1 bis 1,0 Gew.-% Ti, 0,04 bis 0,16 Gew.-% Zr und 0,01 bis 0,08 Gew.-% C enthält.nozzle insert according to any one of the preceding claims, wherein the Mo alloy 0.1 to 1.0 wt% Ti, 0.04 to 0.16 wt% Zr and 0.01 to 0.08 wt% C contains. Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei die Legierung 0,01 bis 1,0 Gew.-% La2O3 enthält.A nozzle insert according to any one of the preceding claims, wherein the alloy contains from 0.01 to 1.0% by weight of La 2 O 3 . Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Ende einen Befestigungsabschnitt (2) zur Befestigung an einem Düsenträger und ein zweites Ende eine zu Dichtungszwecken vorgesehene Spitze (3) aufweist.A nozzle insert according to any one of the preceding claims, wherein a first end comprises a mounting portion (Fig. 2 ) for attachment to a nozzle carrier and a second end provided for sealing purposes tip ( 3 ) having. Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spitze (3) mit einem Radius (R) von 0,2 bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm, versehen ist.Nozzle insert after one of the preceding the claims, wherein the tip ( 3 ) is provided with a radius (R) of 0.2 to 2.0 mm, preferably 0.3 to 0.7 mm. Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Diamantschicht (5) auf einer mittels Sandstrahlen aufgerauten Oberfläche des Metalls aufgebracht ist.Nozzle insert according to one of the preceding claims, wherein the diamond layer ( 5 ) is applied to a sandblasted surface of the metal. Düseneinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der, vorzugsweise ein Gewinde aufweisende, Befestigungsabschnitt (2) nicht mit der Diamantschicht (5) versehen ist.Nozzle insert according to one of the preceding claims, wherein the, preferably threaded, mounting portion ( 2 ) not with the diamond layer ( 5 ) is provided.
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