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Die
Erfindung betrifft eine Nadelverschlussdüse zum Injizieren
von flüssigem Kunststoffmaterial in einen Schmelzgutverteiler
einer Kunststoffspritzgussform gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Auf
dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung werden zur Herstellung von
Kunststoffformteilen Nadelverschlussdüsen eingesetzt, mit
denen durch Erhitzen verflüssigter Kunststoff in eine Spritzgussform injiziert
wird. Üblicherweise ist die Düsenöffnung
einer Nadelverschlussdüse, durch welche flüssiger Kunststoff
bzw. Schmelzgut ausgetragen wird, durch eine Verschlussnadel verschließbar.
Hierzu ist die Verschlussnadel innerhalb eines Düsenkanals
axial von einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung bewegbar.
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Aus
der
DE 20 2008
000 318 U1 ist es bereits bekannt, die Verschlussnadel über
einen Schwenkhebel zu betätigen. Der Schwenkhebel ist hierzu durch
einen Aktuator betätigbar, wobei der Aktuator an einem
ersten freien Ende des Schwenkhebels angreift und die Verschlussnadel
von einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung
verfährt. Der Schwenkhebel ist hierzu um eine Drehachse
drehbar gelagert, die zwischen dem ersten und einem zweiten Ende
des Schwenkhebels angeordnet ist.
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Aus
der
DE 20 2008
000 318 U1 ist es insbesondere bekannt, den Schwenkhebel
derart auszugestalten, dass er das Düsengehäuse,
den Düsenkanal und die Verschlussnadel gabelförmig
umgibt. Hierzu weist der Schwenkhebel zwei Gabelabschnitte auf,
in welchen zwei Rollenelemente aufgenommen sind. Zur Übertragung
der Kräfte des Schwenkhebels auf die Verschlussnadel wirken
die Rollenelemente mit einem Druckring und einem Zugring zusammen.
Für das Einleiten von Kräften in die Verschlussnadel
sind der Druckring und der Zugring über sich quer durch
den Düsenkanal erstreckende Verbindungsstege mit der Verschlussnadel
verbunden.
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Bei
diesem Aufbau ist nachteilig, dass die Gabelabschnitte einen großen
Bauraum erfordern, nämlich das Düsengehäuse
erheblich verbreitern und erhöhen, da sie das Düsengehäuse
von außen umgreifen.
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Des
Weiteren ist nachteilig, dass durch die Verbindungsstege Gabelbrücken
innerhalb des Düsenkanals erzeugt werden, die dessen Durchmesser reduzieren.
Um eine ausreichende Menge an flüssigem Kunststoff zuverlässig
zu fordern, muss der Düsenkanal daher einen relativ großen
Durchmesser aufweisen. Sobald ein Kunststoff allerdings relativ große
Volumina durchlaufen muss, kann sich dies nachteilig auf dessen
Farbwechselverhalten auswirken.
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Vor
diesem Hintergrund ist auch nachteilig, dass durch die konstruktive
Ausgestaltung des Stands der Technik im Düsenkanal im Bereich
der Verschlussnadel Ringflächen ausgebildet sind, welche
die Verschlussnadel bewegen. Die Ringflächen führen
ebenfalls zu einer Reduzierung des Volumens des Düsenkanals.
Außerdem kann das Schmelzgut, welches üblicherweise
unter einem Druck von 3000 bar steht, unerwünschte Kräfte
auf diese Ringflächen und damit die Verschlussnadel ausüben.
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Demgemäß ist
es eine Aufgabe der Erfindung, eine Nadelverschlussdüse
zur Herstellung eines Spritzgussteils bereit zu stellen, die nur
einen geringen Bauraum benötigt, bei der das Schmelzgut
in Durchtrittsräumen mit geringem Volumen geführt wird
und bei der die Verschlussnadel problemlos mit ausreichender Kraft
präzise und definiert bewegbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Erfindungsgemäß ist
zunächst erkannt worden, dass ein seitlicher Zugang zu
einer Verschlussnadel, um diese anzusteuern, immer zu einer Verbreiterung
des Düsengehäuses und damit zu einer Erhöhung
der Volumina der Zuführkanäle für das Schmelzgut
führt. Darauf ist erkannt worden, dass die Flächen,
die vom Schmelzgut druckbeaufschlagt werden, reduziert werden müssen.
Schließlich ist erkannt worden, dass die Nachteile des
Stands der Technik überkommen werden können, wenn
die Verschlussnadel eine in diese eingebrachte Ausnehmung aufweist,
durch die sich der Schwenkhebel hindurch erstreckt, wobei am Schwenkhebel
ein balliger Abschnitt angeordnet ist, welcher beim Verschwenken
des Hebels an einer der Form des balligen Abschnitts angepassten
Innenfläche der Ausnehmung entlang gleitet. Erfindungsgemäß greift
der Schwenkhebel nicht seitlich an der Verschlussnadel an, sondern
greift durch diese hindurch.
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Durch
den Verzicht auf seitliche Anbauten kann die Breite des Düsengehäuses
erheblich reduziert werden. Des Weiteren wird auf einen gabelförmigen
Aufbau verzichtet, der das Düsengehäuse durch
einen Überbau erhöht. Durch die Ausnehmung in
der Verschlussnadel, welche vorzugsweise in diese hinein erodiert
ist, können die Volumina der Durchtrittsräume
für das Schmelzgut erheblich verkleinert werden. Dies wirkt
sich einerseits positiv auf das Farbwechselverhalten des Schmelzguts
aus, andererseits können auch Flansche zum Anbinden des Düsenkopfs
geringer dimensioniert werden. Erfindungsgemäß werden
auch Ringflächen reduziert bzw. vermieden. Hierdurch werden
unerwünschte Rückstellkräfte auf die
Verschlussnadel erheblich verringert. Insoweit kann auch der Aktuator
kleiner dimensioniert werden, nämlich einen kleineren Zylinder
aufweisen. Durch die ballige Ausgestaltung des balligen Abschnitts
und der Innenfläche der Ausnehmung kann die Verschlussnadel
präzise und nahezu spielfrei gleitend geführt
werden. Folglich ist eine Nadelverschlussdüse zur Herstellung
eines Spritzgussteils bereit gestellt, die nur einen geringen Bauraum benötigt,
bei der das Schmelzgut in Durchtrittsräumen mit geringem
Volumen geführt wird und bei der die Verschlussnadel problemlos
mit ausreichender Kraft präzise und definiert bewegbar
ist.
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Der
Schwenkhebel ist vorteilhaft mit einem weiteren balligen Abschnitt
versehen, der auf der dem ersten balligen Abschnitt gegenüber
liegenden Seite der Ausnehmung derart angeordnet ist, dass ein spielfreies
axiales Vor- und Zurückbewegen der Verschlussnadel beim
Verschwenken des Schwenkhebels erfolgt. Durch das spielfreie axiale
Vor- und Zurückbewegen der Verschlussnadel kann flüssiger Kunststoff
bzw. Schmelzgut in kleinen Portionen nahezu verlustfrei gefördert
werden. Durch den weiteren, zweiten balligen Abschnitt wird der
Schwenkhebel von zwei Seiten geführt und in seiner Bewegung stabilisiert.
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In
einer weiteren Ausführung ist der Schwenkhebel um eine
Schwenkachse verschwenkbar, die zwischen der Verschlussnadel und
dem Aktuator auf der Außenseite des Düsengehäuses
im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Verschlussnadel
verläuft, wobei das freie Ende des Schwenkhebels einen
insbesondere kugelkopfartigen Endabschnitt aufweist, der in die
Ausnehmung eingreift. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist der Schwenkhebel
relativ kurz ausgebildet. Hierdurch ragt der Schwenkhebel nur in
geringem Maße in das Düsengehäuse oder
den Düsenkörper hinein. Durchtrittsräume
für das Schmelzgut können bei dieser Ausgestaltung
besonders gering dimensioniert werden. Der Kugelkopf des kugelkopfartigen
Endabschnitts wird von der Verschlussnadel umgriffen, so dass quasi
ein Kugelgelenk geschaffen ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Schwenkhebel vorteilhaft zur
Verringerung der Betätigungskräfte um eine Schwenkachse
verschwenkbar, die sich auf der dem Aktuator gegenüberliegenden
Seite der Ausnehmung befindet. Bei dieser Ausgestaltung ist der
Schwenkhebel derart lang ausgebildet, dass der Aktuator zwar relativ
klein und schmal bauend dimensioniert werden kann, aber dennoch
die Verschlussnadel problemlos bewegen kann.
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Vorteilhaft
ist das Düsengehäuse über eine Spannmutter
mit einem extruderseitigen Gewindeanschluss gekoppelt, wobei die
Spannmutter einen ersten, rechtsgängigen Gewindeabschnitt
aufweist, der mit einem am Gewindeanschluss vorgesehenen Außengewindeabschnitt
zusammenwirkt, wobei die Spannmutter einen zweiten, dem ersten rechtsgängigen
Gewindeabschnitt gegenüberliegenden linksgängigen
Gewindeabschnitt umfasst, welcher in einen ihm zugeordneten Innengewindeabschnitt
eingebracht ist, welcher auf der dem Gewindeanschluss zugewandten
Seite des Düsengehäuses in dieses eingebracht
ist, und wobei durch Lösen der Spannmutter das Düsengehäuse
in Umfangsrichtung gegenüber dem Gewindeanschluss in eine
Position verdrehbar und nach Anziehen der Spannmutter in dieser
Position fixierbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann die Nadelverschlussdüse
in einer gewünschten Position zunächst in einen
Extruder eingesetzt und an diesem fixiert werden. Durch Lösen
der Spannmutter kann der Düsenkopf in Richtung eines Schmelzgutverteilers
axial bewegt und ausgerichtet werden. Durch Anziehen der Spannmutter
wird das Düsengehäuse in der axial gewünschten
Position betriebstauglich fixiert, wobei Anlageflächen
am Düsenkörper an Anlageflächen der Spannmutter
zur Anlage kommen. Durch das Vorsehen einer Spannmutter kann der
Durchmesser bzw. die Breite der Nadelverschlussdüse deutlich
reduziert werden, da auf Flansche verzichtet wird, die üblicherweise
einen radial ausladenden Materialkranz oder -wulst zur Fixierung benötigen.
Besonders vorteilhaft erlaubt die Verwendung einer Spannmutter durch
den Verzicht auf ausladende Flansche eine achsnahe Anlage eines
Aktuators in Bezug auf die Achse der Verschlussnadel. Der Aktuator
kann aufgrund seiner achsnahen Position einen relativ kleinen Zylinder
aufweisen und schmal bauen, da die von ihm aufzubringenden Kräfte
durch seine achsnahe Position vorteilhaft reduzierbar sind. Ein
geringer radialer Abstand des Aktuators vom Düsenkanal
führt vorteilhaft zu kleineren Bewegungsradien des Schwenkhebels.
Daher können in Maschinenaufspannplatten relativ kleine
Aussparungen vorgesehen werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Verschlussnadel im Bereich
des Düsenkanals einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser
auf und im Bereich des extruderseitigen Endes des Düsenkanals
eine ringkonusartige umlaufende Verdickung, die einen umlaufenden
ringförmigen Anschlag definiert, welcher sich in der Öffnungsstellung
der Verschlussnadel an einer im Düsengehäuse aufgenommenen
ringförmigen Nadelführung abstützt, welche einen
weiteren abgeschrägten ringförmigen Abschnitt
aufweist, der sich an einem von der Form her angepassten innenkonischen
Abschnitt des Düsengehäuses abstützt.
Die Abstützung der Nadelführung erfolgt in der
Weise, dass sich der Innendurchmesser der ringförmigen
Nadelführung verringert, wenn die Verschlussnadel durch
den Druck des einströmenden flüssigen Kunststoffmaterials
in Richtung zum extruderseitigen Ende des Düsengehäuses
gedrängt wird. Hierdurch wird ein Anschlag für
die Verschlussnadel ausgebildet und der Schwenkhebel wird vor einer
zu weiten Auslenkung geschützt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand
zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Nadelverschlussdüse,
wobei der Schwenkhebel einen kugelkopfartigen Endabschnitt aufweist,
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2 eine
Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Nadelverschlussdüse,
wobei der Schwenkhebel um eine Drehachse schwenkbar ist, die sich
auf der dem Aktuator gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung
der Verschlussnadel befindet, und
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3 eine
Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 2,
wobei sich die Verschlussnadel in einer Öffnungsstellung
befindet.
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1 zeigt
eine Nadelverschlussdüse 1 zum Injizieren von
durch einen nicht gezeigten Extruder bereit gestelltem flüssigem
Kunststoffmaterial in einen ebenfalls nicht gezeigten Schmelzgutverteiler
einer Kunststoffspritzform. Die Nadelverschlussdüse 1 umfasst
ein Düsengehäuse 2 mit einem Düsenkörper 3 und
einem am Düsenkörper 3 angeordneten Düsenkopf 4,
in welchen eine Verschlussnadel 5 zum Öffnen und
Schließen einer im Düsenkopf 4 angeordneten
Düsenöffnung 6 axial durch einen Schwenkhebel 7 und
einen auf den Schwenkhebel 7 wirkenden, außerhalb
des Düsengehäuses 2 angeordneten Aktuator 8,
insbesondere einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, verschiebbar
ist. Der Düsenkanal 9 ist über einen
an einem Extruder anordenbaren Gewindeanschluss 10 mit
einer darin geformten Zufuhrbohrung 11 mit flüssigem
Schmelzgut, nämlich mit flüssigem Kunststoff,
beaufschlagbar.
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Die
Verschlussnadel 5 weist eine in diese eingebrachte Ausnehmung 12 auf,
durch die sich der Schwenkhebel 7 hindurch erstreckt, wobei
am Schwenkhebel 7 ein balliger Abschnitt 7a angeordnet ist,
welcher beim Verschwenken des Schwenkhebels 7 an einer
der Form des balligen Abschnitts 7a angepassten Innenfläche 12a der
Ausnehmung 12 entlang gleitet. Hierdurch wird der Schwenkhebel 7 materialschonend
präzise an der Verschlussnadel 5 geführt.
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Der
Schwenkhebel 7 ist mit einem weiteren balligen Abschnitt 7b versehen,
der auf der dem ersten balligen Abschnitt 7a gegenüber
liegenden Seite der Ausnehmung 12 derart angeordnet ist,
dass ein spielfreies axiales Vor- und Zurückbewegen der
Verschlussnadel 5 beim Verschwenken des Schwenkhebels 7 erfolgt.
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Der
Schwenkhebel 7 ist um eine Schwenkachse 13 verschwenkbar,
die zwischen der Verschlussnadel 5 und dem Aktuator 8 auf
der Außenseite des Düsengehäuses 2 im
Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Verschlussnadel 5 verläuft, wobei
das freie Ende des Schwenkhebels 7 einen insbesondere kugelkopfartigen
Endabschnitt 14 aufweist, der in die Ausnehmung 12 eingreift.
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Das
Düsengehäuse ist über eine Spannmutter 15 mit
einem extruderseitigen Gewindeanschluss 10 gekoppelt, wobei
die Spannmutter 15 einen ersten, rechtsgängigen
Gewindeabschnitt 16 aufweist, der mit einem am Gewindeanschluss
vorgesehenen Außengewindeabschnitt 17 zusammenwirkt
und wobei die Spannmutter 15 einen zweiten, dem ersten, rechtsgängigen
Gewindeabschnitt 16 gegenüberliegenden linksgängigen
Gewindeabschnitt 18 umfasst, welcher in einen ihm zugeordneten
Innengewindeabschnitt 19 eingebracht ist, welcher auf der
dem Gewindeanschluss 10 zugewandten Seite des Düsengehäuses 2 in
dieses eingebracht ist. Durch Lösen der Spannmutter 15 ist
das Düsengehäuse 2 in Umfangsrichtung
gegenüber dem Gewindeanschluss 10 in eine Position
verdrehbar und nach Anziehen der Spannmutter 15 in dieser
Position fixierbar.
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Der
erste Gewindeabschnitt 16 der Spannmutter ist nach außen
hin sechskantförmig ausgestaltet und kann problemlos mit
einem Schraubenschlüssel erfasst werden. An den Außengewindeabschnitt 17 des
Gewindeanschlusses 10 schließt sich axial benachbart
in Richtung des nicht gezeigten Extruders ein Sechskantabschnitt 20 des Gewindeanschlusses 10 an.
Dieser kann ebenfalls problemlos mit einem Schraubenschlüssel
erfasst werden.
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Die
Verschlussnadel 5 weist im Bereich des Düsenkanals 9 einen
im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf und besitzt im Bereich
des extruderseitigen Endes des Düsenkanals 9 eine
ringkonusartige umlaufende Verdickung 21, die einen umlaufenden
ringförmigen Anschlag definiert, welcher sich in der Öffnungsstellung
der Verschlussnadel 5 an einer im Düsengehäuse 2 aufgenommenen
ringförmigen Nadelführung 22 abstützt.
Die ringförmige Nadelführung 22 weist
einen weiteren abgeschrägten ringförmigen Abschnitt 23 auf,
der sich wiederum an einem von der Form her angepassten innenkonischen
Abschnitt 24 des Düsengehäuses 2 in
der Weise abstützt, dass sich der Innendurchmesser des ringförmigen
Abschnitts 23 bedingt durch den hohen Überdruck
der Kunststoffschmelze im Düsenkanal 9
verringert
und die Innenflächen des ringförmigen Abschnitts 23 dichtend
auf die Außenumfangsoberfläche der Verschlussnadel 5 gepresst
werden.
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2 und 3 zeigen
eine Nadelverschlussdüse 1' mit im Wesentlichen
gleichem Aufbau wie die Nadelverschlussdüse 1 gemäß 1.
Dabei kennzeichnen in den 1 bis 3 gleiche
Bezugszeichen gleiche konstruktive Merkmale bzw. Bauteile.
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Bei
der Nadelverschlussdüse 1' gemäß 2 ist
der Schwenkhebel 7' zur Verringerung der Betätigungskräfte
um eine zweite Schwenkachse 13' verschwenkbar, die sich
auf der dem Aktuator 8 gegenüberliegenden Seite
der Ausnehmung 12 befindet.
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2 zeigt
die Verschlussnadel 5 in einer Schließstellung. 3 zeigt
die Verschlussnadel 5 in einer Öffnungsstellung.
Die Verschlussnadel 5 weist in gleicher Weise wie bei der
in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung
im Bereich des Düsenkanals 9 einen im Wesentlichen
konstanten Durchmesser auf und besitzt im Bereich des extruderseitigen Endes
des Düsenkanals 9 eine ringkonusartige umlaufende
Verdickung 21, die einen umlaufenden ringförmigen
Anschlag definiert, welcher sich in der Öffnungsstellung
der Verschlussnadel 5 an einer im Düsengehäuse 2 aufgenommenen
ringförmigen Nadelführung 22 abstützt.
Die ringförmige Nadelführung 22 weist
einen weiteren abgeschrägten ringförmigen Abschnitt 23 auf,
der sich wiederum an einem von der Form her angepassten metallenen
innenkonischen Abschnitt 24 des Düsengehäuses 2 in
der Weise abstützt, dass sich der Innendurchmesser des
ringförmigen Abschnitts 23 verringert und die
Innenflächen des ringförmigen Abschnitts 23 dichtend
auf die Außenumfangsoberfläche der Verschlussnadel 5 gepresst
werden, wenn der ringförmige Abschnitt 23 mit dem
hohen Druck der Kunststoffschmelze beaufschlagt und durch diesen
geringfügig in Längsrichtung der Verschlussnadel 5 verschoben
wird.
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Die
Schwenkhebel 7, 7' der Nadelverschlussdüsen 1, 1',
die in den 1 bis 3 dargestellt
sind, sind jeweils mit einem aktuatorseitigen Ende 25 schwenkbar
an einem im Aktuator 8 axial verfahrbaren Zylinder 26 festgelegt.
Die Schwenkhebel 7, 7' sind in einem im Querschnitt
im Wesentlichen trapezförmigen oder kegelstumpfförmigen
Verfahrraum aufgenommen. Die Schwenkhebel 7, 7', welche
die Ausnehmung 12 in der Verschlussnadel 5 durchgreifen,
bewegen die Verschlussnadel 5 beim Verfahren des Zylinders 26,
indem sie um ihre jeweilige Schwenkachse 13, 13' verschwenkt
werden. Sie beaufschlagen dabei die Verschlussnadel 5 mit
Kraft und gleiten an deren angepasster Innenfläche 12a kugelgelenkartig.
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In
den 2 und 3 ist beispielhaft dargestellt,
dass die Düsenöffnung 6 verschlossen
wird, wenn der Zylinder 26 in Richtung des Düsenkopfs 4 verfahren
wird.
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Die
Düsenöffnung 6 wird freigegeben, wenn der
Zylinder 26 in Richtung des Extruders bzw. der Spannmutter 15 verfahren
wird.
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Der
Zylinder 26 ist bevorzugt als Pneumatik- oder Hydraulikzylinder
ausgestaltet, kann aber auch ein elektrisch betätigbarer
Aktuator sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1,
1'
- Nadelverschlussdüse
- 2
- Düsengehäuse
- 3
- Düsenkörper
- 4
- Düsenkopf
- 5
- Verschlussnadel
- 6
- Düsenöffnung
- 7,
7'
- Schwenkhebel
- 7a
- erster
balliger Abschnitt
- 7b
- weiterer
balliger Abschnitt
- 8
- Aktuator
- 9
- Düsenkanal
- 10
- Gewindeanschluss
- 11
- Zufuhrbohrung
- 12
- Ausnehmung
- 12a
- angepasste
Innenfläche
- 13,
13'
- Schwenkachse
- 14
- kugelkopfartiger
Endabschnitt
- 15
- Spannmutter
- 16
- erster,
rechtsgängiger Gewindeabschnitt
- 17
- Außengewindeabschnitt
- 18
- zweiter,
linkgsgängiger Gewindeabschnitt
- 19
- Innengewindeabschnitt
- 20
- Sechskantabschnitt
- 21
- ringkonusartige
umlaufende Verdickung
- 22
- ringförmige
Nadelführung
- 23
- abgeschrägter
ringförmiger Abschnitt
- 24
- innenkonischer
Abschnitt
- 25
- aktuatorseitiges
Ende
- 26
- Zylinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202008000318
U1 [0003, 0004]