DE2519932A1

DE2519932A1 - Spritzgussvorrichtung fuer kunststoff

Info

Publication number: DE2519932A1
Application number: DE19752519932
Authority: DE
Inventors: Masanori Kato; Toshio Saito; Osamu Sakurai
Original assignee: SAITO TORAZO
Current assignee: SAITO TORAZO
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1975-05-05
Publication date: 1976-01-15
Also published as: FR2276161A1; DE2519932C2; CH590725A5; JPS51125160A; CA1072280A; NL7507689A; FR2276161B1; GB1484753A; US4010903A

Description

PATENTANWÄLTE 2 51 99 3 Z

DipL-Ing. P.WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dlpl.-Ing. G. DANNENBERG ■ Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

281134 6 FRANKFURTAM MAIN

; 287014 GB. ESCHENHEIMER STRASSE 38

2. Mai 1975

Da/-mr- 72 764

Torazo Saito
7-12-12 Ikegami
Ota-ku, Tokio,
Japan

Spritzgussvorrichtung für Kunststoff

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff in einen Hohlraum einer Form und insbesondere betrifft die Erfindung eine Düse des Zapfentyps mit einem Stegventil für angussfreies Formen von thermoplastischen Material/i en.'

Bisher gab es auf dem Gebiet der Spritzgussformung von thermoplastischen Materialien keine geeignete Einspritzdüse, deren Steg deutlich öffnet und schliesst. Mit der üblichen Spritzgussdüse sickert oft geschmolzener Kunststoff am Steg durch und bildet Tropfen oder Fäden, wenn der Steg schliessen sollte. Um Erzeugnisse guter Qualität zu erhalten, wurden daher besondere Teile wie Angusskanäle erforderlich, um ein momentanes Einspritzen zu ermöglichen oder den durchg"—

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sickerten Kunststoff zu beseitigen„ Solche mit Angusskanälen geformten Erzeugnisse erfordern zusätzliche Nachbearbeitung durch Abgraten oder stirnseitiges Fräsen,,¹ Es ist jedoch ausserordentlich schwierig, ein solches Nachbearbeiten vollständig und bei geringen Kosten automatisch durchzuführen.

Verschiedene Versuche, ohne Angusskanäle auszukommen, waren ohne den gewünschten Erfolg. Dabei wurde mit zwei Typen von Spritzgussvorrichtungen ohne Angusskanäle gearbeitet; nämlich dem sog. Heisstegtyp und dem Ventilstegtyp.

Beim Heißstegtyp wird der Kunststoff um den Steg d.urch Steuerung der Temperatur verfestigt oder geschmolzen unter Verwendung von Kühlwasser oderelektrischer Beheizung oder dgl., so dass der Steg öffnet und schliesst. Dieser Vorrichtungstyp erfordert eine exakte Temperatursteuerung und verhindet nicht das Durchsickern von Kunststoff am Steg mit Tropfen- oder Fadenbildung, insbesondere, wenn Kunststoffe geringer Viskosität wie Nylon-6 verwendet werden.

Beim Ventilsteg-Typ öffnet und schliesst eine Nadel den Steg mechanisch. Diese Bauart erfordert eine aufwendige Antriebskraft, wie eine Öldruckeinrichtung ausserhalb der Düse, um das Nadelventil zu betätigen. Es sind Versuche gemacht worden, ohne eine solche äussere Antriebskraft auszukommen, indem ein Stegventil verwendet wurde, das automatisch unter dem Druck des geschmolzenen Kunststoffs arbeitet. Diese Art von Stegventil erfordert jedoch eine sehr starke Feder, um ..den hohen Einspritzdruck von 500 - 5000 kg/cm auszuhalten«. Daher wird die Düse notwendigerweise so umständlich} dass es unmöglich wird, damit sehr kleine Erzeugnisse herzustellen«

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Neuerdings wurdenverschiedene InjekiJonsdüsen des Einsatzzapfentyps (plug-in type) entwickelt, um die Ausführung des Pormhohlraums zu vereinfachen. Diese Düsentypen gehören jedoch entweder zur Bauart mit Heißsteg oder mit Ventilsteg. Sie sind daher nicht in der Lage, die oben angeführten Nachteile zu vermeiden.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Vorrichtung für Spritzguss thermoplastischen Materials in einer Bauart ohne Angusskanäle, die ohne Materialverlust arbeitet, so dass der gesamte Kunststoff in Erzeugnisse umgewandelt werden kann.

Auch bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Injektionsdüse die zwischen einer Spritzgussmaschine und einen Formhohlraum eingeschaltet werden kann,c5hne dass Tropfen- oder Fadenbildung auftritt.

Vielter bezweckt die Erfindung einen Ventilsteg für Spritzguss von thermoplastischem Material zu schaffen, der automatisch lediglich durch den Druck des geschmolzenen Kunststoffs von einer Spritzgussmaschine arbeitet, ohne dass eine äussere Antriebskraft oder ein äusserer Synchronisierungsmechanismus erforderlich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer kompakten Düse für Spritzguss von thermoplastischen Materialien.

Die Erfindung ermöglicht die Schaffung einer standardisierten Düse des Einsatzzapfen-Typs, die leicht und ohne aufwendige Einstellarbeit mit einem beliebigen Formhohlraum und einer beliebigen Spritzgussraaschine verbunden v/erden kann,

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Weiter wird durch die Erfindung ein komplettes System einschliesslich der vorerwähnten Düse geschaffen, das geeignet ist, in einen Formhohlraum eingesetzt zu werden, um genau geformte Erzeugnisse guter Qualität zu ergeben.

Die Erfindung mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher beschrieben, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die das Prinzip der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform; Fig. 3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform; Fig. 4 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform;

Fig. 5 in auseinander gezogener Darstellung die dritte Ausführungsform; und

Fig. 6 einen Teilschnitt der dritten Ausführungsform an einem Formhohlraum befestigt und im Schnitt längs der Achse der Düse.

In der hier folgenden Beschreibung der Zeichnungen sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Fig. 1 zeigt das Prinzipder Erfindung. Eine Injektionsdüse 20 weist einen Zylinder 22, einen bewegbaren Differential-

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kolben 24 und eine Feder 26 auf. In dieser Beschreibung sind die Wörter "vorn" und "hinten" auf die Fliessrichtung des geschmolzenen Kunststoffs bezogen. Das Innere des Zylinders 22 bildet eine zylindrische Kolbenkammer 32. Ein Einlass 28 ist durch das hintere Ende des Zylinders 22 gebohrt. Der Einlass 28 wird an eine übliche, in Fig₀ 1 nicht gezeigte, Spritzgussmaschine angeschlossen, um geschmolzenen Kunststoff in die Kolbenkammer 32 einzuführen. Eine Stegöffnung 30 ist durch das vordere Ende des Zylinders 22 gebohrt und liegt in der Zylinderachse. Die Öffnung 22 ist an einen, in Fig. 1 nicht gezeigten, Formhohlraum angeschlossen, um geschmolzenen Kunststoff einzuspritzen. Der Differentialkolben 24 ist in der Kolbenkammer 32 in Axialrichtung des Zylinders 22 gleitbar gelagert. Der Differentialkolben 24 teilt die Kolbenkammer 32 in einen vorderen Teil 42 und einen hinteren Teil 44. Das vordere Ende des Kolbens 24 bildet einen Vorderkolben 34, und das hintere Ende einen Hinterkolben 36. Beide Einzelkolben 34 und 36 sind durch eine Kolbenstange 38 verbunden. Eine Nadel 40 erstreckt sich längs der Zylinderachse vom Vorderkolben 34 nach vorn. Wenn der Differentialkolben 24 sich in seiner vorderen Stellung befindet, steht die Nadel 40 mit der Stegöffnung 30 in Eingriff. Wenn der Kolben sich in seiner hinteren Stellung befindet, ist die Nadel 40 von der Stegöffnung 30 entfernt. Der Vorderteil 42 der Kolbenkammer 32 und der hintere Teil 44 dieser Kammer sind durch einen Kanal 46,der aussen am Zylinder 22 entlanggeführt ist, verbunden. Die Feder 26 befindet sich im hinteren Teil 44 der Kolbenkammer 32 und drückt gegen das hintere Ende des Hinterkolbens 36.

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Wenn geschmolzener Kunststoff von einer angeschlossenen Spritzgussmaschine über den Einlass 30 zugeführt wird, füllt dieser den hinteren Teil 44 der Kolbenkammer 32, den Kanal 46 und den Vorderteil 42 der Kolbenkammer. Auf den Differentialkolben 24 wirken gleichzeitig zwei entgegengesetzte Kräfte. Mit anderen Worten wird der Hinterkolben 36 vorwärtsgestossen, während der koaxial angeordnete Vorderkolben rückwärts, gestossen wird. Der auf den Vorderkolben 34 wirkende Druck des geschmolzenen Kunststoffs wird auf dem gleichen Wert gehalten, wie der auf den Hinterkolben 36 wirkende Druck des Kunststoffs. Der Kopf des Vorderkolbens 34 nimmt jedoch einen etwas grösseren Bereich ein als der des Hinterkolbens 36. Wenn daher von einer Spritzgusamaschine geschmolzener Kunststoff mit einem Druck abgegeben wird, der höher liegt als ein vorbestimmter Wert, bewirkt die Differenz der entgegengesetzten Kräfte, dass der Differentialkolben 24 entgegen der Kraft der Feder 26 rückwärts gleitet. Infolgedessen öffnet sich der Steg 30 automatisch, um den Kunststoff aus der Kolbenkammer 32 in den Hohlraum der Form einzuspritzen. Dieses Einspritzen setzt sich mit der kontinuierlichen Zufuhr von neuem geschmolzenem Kunststoff in den Hohlraum fort. Wenn der Druck des geschmolzenen Kunststoffs nachlässt,schliesst sich der Steg 30 automatisch.

Besondere Sorgfalt sollte auf die Bestimmung der Bereiche des Vorderkolbens 34, des Hinterkolbens 36 und der Stärke der Feder 26 in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Druck zum Öffnen des Stegs 30 verwendet werden. Hier ist bei Betrachtung der exakt wirksamen Bereiche des Vorderkolbens 34 und des Hinterkolbens 36 für den Vorderkolben nicht der mit dem Steg 30 in Eingriff stehende Bereich einzubeziehen und für den Hinterkolben 36 nicht der in Berührung mit der Feder 26

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stehende Bereich. Diese Ausnahmebereiche sind in Betracht zu ziehen, bei der Auslegung der verschiedenen .Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, obwohl sie, verglichen mit den gesamten wirksamen Bereichen, in den meisten Fällen fast vernachlässigbar klein sind.

Figo 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Die Düse 20 weist einen Zylinder 22, einen Differentialkolben 24 und eine Feder 26 auf. Das Innere des Zylinders 22 bildet eine vorne offene Kolbenkammer 32. Ein Einlass 28 ist in der Zylinderachse durch das hintae Ende des Zylinders 22 zum Einführen geschmolzenen Kunststoffs von einer Spritzgussmaschine zur Kolbenkammer 32 gebohrt. Eine konische Zylinderkappe 50 ist am Vorderende des Zylinders 22 mittels Gewinde 48 am Umfang des Vorder ende s des Zylinders 22 und an der Innenfläche des rückwärtigen Endes der Kappe 50 befestigt. Ein Steg 30 ist in der Achse des Zylinders 22 mit einer Bohrung durch das vordere Ende der Kappe 50 versehen, um geschmolzenen Kunststoff aus der Kolbenkammer 32 in den Hohlraum einer, in Fig. 2 nicht gezeigten ,Form einzuspritzen. Der Differentialkolben 24 ist in der KoTbenkammer 32 längs der Achse des Zylinders 22 gleitbar gelagert. Der DJEferentialkolben 24 teilt die Kammer 32 in einen vorderen und einen hinteren Teil. In Abhängigkeit von der Gleitbewegung des Zylinders 24 wird die Bohrung im Steg 30 durch die Nadel 40 geöffnet und geschlossen. Eine Anzahl von Durchlässen 46 sind durch den Kolben 24 etwa parallel zur Achse des Zylinders 22 gebohrt und verbinden den vorderen Teil mit dem hinteren Teil der Kolbenkammer 32. Von einer Maschine gelieferter, geschmolzener Kunststoff fliesst durch den Einlass 28, die Durchlässe 46 und den Steg 30. Eine Feder 26 befinset sich im hinteren Teil der Kolbenkammer 32. Die Feder 26 drückt den Differentialkolben 24 vorwärts, so dass die Nadel 40 normalerweise

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mit dem Steg 30 in Eingriff steht. Das hintere Ende des Zylinders 22 ist auf der Aussenseite mit Gewinde 52 versehen, um die als Ganzes mit 20 bezeichnete Düse an einer üblichen Spritzgussmaschine zu befestigen, die geschmolzenen Kunststoff liefert, so dass ein Einbau nach Art des Einsatzzapfen-Typs leicht bewerkstelligt werden kann. Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel der Differentialkolben 24 etwas unterschiedlich zu Fig. 1 ausgebildet ist, ist die Ausführungsform im Rrinzip die gleiche wie bei Fig. 1» Obwohl nämlich bei Fig. 2 keine deutliche Unterscheidung zwischen Vorderkolben, Hinterkolben und Kolbenstange gemacht ist, wie bei Fig. 1, wirkt die vcrdere Oberfläche des Differentialkolbens 24 bei Fig. 2 als Vorderkolben und die hintere Kolbenfläche als Hinterkolben, denn der Durchmesser der vorderen Oberfläche des Differentialkolbens 24 der Fig. 2 ist etwas grosser als der der hinteren Oberfläche. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine kompakte Düse 20, weil die Durchlässe 46 in den DiJTerentialkolben 24 hineinverlegt sind, während bei Fig. 1 der Kanal 46 aussen am Zylinder entlangläuft. Wie erwähnt, lässt sich die Kappe 50 leicht vom Zylinder 22 lösen. Beim Zusammenbau können daher der Differentialkolben 24 und die Feder 26 leicht in die Kolbenkammer 32 eingesetzt werden» Entsprechend leicht lässt sich die Düse 20 überholen.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Die Düse 20 weist einen Zylinder 22, einen Differentialkolben 24 und eine Feder 26 auf. Das Innere des Zylinders 22 bildet eine vorne offene Kolbenkammer 32. Ein Einlass 28 ist in der Zylinderachse am hinteren Ende gebohrt, um geschmolzenen Kunststoff in die Kolbenkammer 32 einzuführen. Eine konische Kappe 50 ist über Gewinde 48 auf das Vorderende des Zylinders 22 aufgeschraubt. Eine Stegöffnung 30 ist in der Zylinderachse durch das -vordere Ende der Kappe 50 zum Einspritzen

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von geschmolzenem Kunststoff in eine Form gebohrt. Der Differentialkolben 24 ist wiederum in Richtung der Zylinderachse gleitbar in der Kolbenkammer 32 gelagert. Der Kolben 24 teilt die Kolbenkammer in einen vorderen und einen hinteren Teil. Eine Nadel 40 erstreckt sich von der Vorderseite des Kolbens 24 nach vorn. Je nach Gleitbewegung des Kolbens 24 wird die Stegöffnung 30 durch die Nadel geöffnet oder geschlossen. Eine Anzahl Durchlässe 46 wird von etwa achsparallelen Bohrungen im Kolben 24 gebiJ_det. Auch diese zweite Ausführungsform entspricht prinzipiell der Darstellung der Fig. 1 . Das Gewinde 52 dient zum Befestigen der Düse 20 an einer Spritzgussmaschine. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die Lage der Feder 26 anders als bei Fig. 1 und der ersten Ausführungsform nach Fig. Eine Feder 26 ist hier in einem Ringraum 54 angeordnet, der vom Umfang des Kolbens 24 und der inneren Oberfläche der Kolbenkammer 32 begrenzt wird. Die Feder 26 drückt gegen einen Ringflansch am umfang des Kolbens 24. Die Feder 26 kommt daher nicht mit geschmolzenem Kunststoff in Berührung, wodurch s±h die folgenden Vorteile ergeben:

1. Es wird ein rasches Öffnen und Schliessen des Stegs erreicht, weil die Bewegung der Feder auch dann nicht behindert wird, wenn Kunststoff hoher Viskosität verwendet wird.

2. Es wird eine lange Lebenszeit der Feder erreicht.

3. Die Düse kann leicht gereinigt werden, wenn andere Kunststoffe oder Kunststoffe anderer Farben verwendet werden.

Fig» 4 und 5 zeigeaeine dritte Ausführungsform der Er-

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findung, wobei in der auseinandergezogenen Darstellung der Fig. 5 allerdings oben und unten verkehrt ist. Die Düse 20 weist wiederum einen Zylinder 22. einen Differentialkolben 24 und eine Feder 26aif, aber ausserdem eine Buchse 56. Der Zylinder 22 bildet eine vorn offene Korbenkammer 32, mit einem Einlass 28 am hinteren Ende. Die Buchse 56 mit einem Flansch an ihrem vorderen Ende ist in die Kolbenkammer 32 eingesetzt und liegt, mit Ausnahme des Flansches, an der Innenseite der Kolbenkammer 32 an. Die Rückseite des Flansches liegt dem vorderen Ende des Zylinders 22 auf.

Eine konische Kappe 50 ist über Gewinde 48 auf das vordere Ende des Zylinders 22 aufgeschraubt. In der Kappe 50 befindet sich koaxial zur Zylinderachse eine Stegbohrung 30. Die Vorderseite des Flansches an der Buchse 56 steht in Berührung mit einer flachen, quer verlaufenden Oberfläche der Kappe 50 innerhalb des Gewindes 48, so dass die Buchse 56 axial festgelegt ist. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind am Umfang des Zylinders 22 und der Kappe 50 Paare von Kerben 58 und 60 zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels oder dergleichen Werkzeugs beim Zusammenbau oder Überholen vorgesehen. Der Differentialkolben 24 steht im hinteren Bereich in Gleitkontakt mit der Innenseite des hinteren Teils der Kolbenkammer 32. Der vordere Teil des Kolbens 24 steht mit seinem Umfang in gleitender Berührung mit der Innenseite der Buchse 56. Der Kolben 24 teilt die Kolbenkammer 32 in einen vorderen und einen hinteren Teil, d.h. die vordere Fläche des Kolbens 24 begrenzt den vorderen Teil und die' hintere Fläche den hinteren Teil der Kammer. Die vordere Fläche des Kolbens 24 ist in ihrem als Kolbenkopf wirksamen Bereich etwas grosser als die hintere Oberfläche. Eine

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Nadel 40 erstreckt sich von der vorderen Oberfläche des Kolbens nach vorn. Je nach der Bewegung des Kolbens 24 wird die Stegöffnung 30 durch die Nadel 40 geöffnet oder geschlossen. Sechs Durchlässe 46 sind durch den Kolben 24 hindurchgebohrt und verbinden seine hhtere Oberfläche mit seiner vorderen. Auch diese dritte Ausführungsform gemäss Fig. 4 und 5 entspricht im Prinzip der Fig. 1. Ähnlich wie bei Fig. 3 ist eine Feder 26 in einem Ringraum zwischen Kolben und Kolbenkammer angeordnet und stützt sich gegen einen Flansch 24 des Kolbens. Die Feder 26 hat hier rechteckigen oder quadratischen Querschnitt, der eine stärkere Federkraft ergibt als bei kreisförmigem Querschnitt. Der Zylinder 22 ist wie vorher mit Anschlussgewinde 52 versehen. Eine Belüftungsöffnung 62 im hinteren Teil des Zylinders 22 verbindet den Ringraum 54 mit der Atmosphäre , um eine gleichförmige glatte Bewegung des Kolbens 24 innerhalb der Kolbenkammer 32 zu gewährleisten. Schmiernuten 64 und 66 befinden sich am vorderen und hinteren Ende des Kolbens 24. Schmiermittel wie M0S2 oder Graphit kann in den Nuten 64 und 66 verwendet werden, so dass es sich allmählich und über einen langen Zeitraum auf die Gleitflächen zwischen dem Kolben 24 und der Buchse 56 einerseits sowie dem Zylinder 22 andererseits verteilt. Ein Paar Sack__bohrungen 68, 68' sind auf gegenüberliegenden Seiten des Umfangs der Kappe 50 vorgesehen* In die eine oder andere dieser Sackbohrungen kann je nach der Gestalt des Formhohlraums ein Thermoelement eingesetzt werden, um die Temperatur im Bereich des Stegs 30 zu messen. Ein in Fig. 5 und 4 nicht gezeigtes elektrisches Heizelement 87 (Fig. 6) wird am Umfang der Düse 20 angebracht. Ein in der Zeichnung nicht gezeigter Regelkreis verbindet das Thermoelement mit der Heizur.r. zum Steuern der Temperatur der Düse 20. Die rück-

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wärtige Stirnseite des Zylinders 22 ist um den Einlass herum vertieft und bildet eine Nut 70 zur Aufnahme eines Dichtungsringes um Leckverluste an Kunststoff zu vermeiden, wenn die Düse 20 an einer Spritzgussmaschine angebracht ist. Der Dichtungsring kann irgendein übliches ringförmig geformtes Metall sein. Das vordere Ende der Nadel 40 ist nicht spitz , sondern abgefeilt, Tarn zu verhindern, dass die Nadel in der geschlossenen Stellung über den Steg 30 vorspringt. Der Durchmesser des Einlasses 28 ist kleiner als der äussere Durchmesser des Kolbens 24, so dass der Kolben sich nicht weiter als nötig rückwärts bewegen kann.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist der Umfang des vorderen Teils des Kolbens 24 in Berührung mit der inneren Oberfläche der Kappe 50, während bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 4 die Buchse 56 zwischen den Zylinder 22 und die Kappe 50 eingesetzt ist, so dass die Innenfläche der Buchse 56 mit dem vorderen Teil des Kolbens 24 in Gleitberührung steht. Dadurch/geben sich die folgenden Vorteile gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsform (Fig. 2 und 3):

1.Es ist leicht, die Düse genau herzustellen.

2. Die Düse arbeitet ausserordentlich genau.

3. Die Düse ist leicht zusammenzusetzen und zu überholen.

Figo 6 zeigt eine Düse 20 nach der Erfindung an eine Sammelleitung bzw. einen Hauptkanal 72 angeschlossen.

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Geschmolzener Kun&stoff wird von einer üblichen Spritzgussmaschine über die Sammelleitung 72 der Düse 20 zugeführt. Heizeinrichtungen 74 innerhalb der Sammelleitung 72 halten diese auf hoher Temperatur. Die Düse ist an der Sammelleitung 72 über ein Gewinde 52 befestigt. Die Temperatur der Düse 20 wird durch ein Thermoelement 76 gemessen, dass in die Düse 20 eingesetzt ist. Am Umfang des Zylinders 22 der Düse 20 ist eine Heizeinrichtung 78 angebracht. Ein in der Zeichnung nicht gezeigter Regelkreis für die Temperatur steuert den elektrischen Strom durch die Heizeinrichtung 78 in Abhängigkeit von der Temperaturmessung durch das Thermoelement 76. Eine Giessform weist einen oberen Teil 82 und einen unteren Teil 84 auf,mit Kühlleitungen 86, 88, denen Kühlwasser zugeführt wird. Eine Wärmeisolierung 92 aus Asbest oder anderem, wärmeisolierendem Material, ist zwischen die Sammelleitung 72 und den oberen Teil 82 der Form eingefügt. Ein Formhohlraum 90 in Gestalt des zu formenden Erzeugnisses ist zwischen dem oberen Teil 82 und dem unteren Teil 84 der Form ausgespart. Der obere Teil 82 hat eine Höhlung 94, in der die Düse 20 aufgenommen ist. Der Steg 30 der Düse 20 steht mit dem Formhohlraum 90 in Verbindung. Wenn der Druck des geschmolzenen Kunststoffs ansteigt, bewegt sich der Differentialkolben 24 der Düse 20 rückwärts, also aufwärts in Fig. 6, um den Steg 30 zu öffnen, so dass geschmizener Kunststoff an den Formhohlraum 90 einströmen kann. Der eingespritzte, geschmolzene Kunststoff wird dann in dem Formhohlraum 90 gekühlt und verfestigt, um das gewünschte Erzeugnis zu bilden. Das Erzeugnis wird der Form entnommen, indem der obere Teil 82 und der untere Teil 84 der Form voneinander getrennt werden.

Die Erfindung ergibt folgende Vorteile: 60 9 88 3/0625

1. Weil ohne Angusskanäle gearbeitet wird, kann der gesamte Kunststoff für die Erzeugnisse .verwendet werden, ohne Verluste durch Angusskanäle und dgl. Es wird 30 Ms 50 °/o des Kunststoffmaterials eingespart und die Dauer eines Arbeitszyklus' gegenüber üblichen Spritzgussmaschinen verkürzt. Im Ergebnis wird durch die Erfindung die Gesamtproduktivität des Spritzguss-Systems erhöht.

2. Als angussfreier Typ macht die Erfindung zusätzliche Nachbearbeitung wie Entgraten oder Fräsen entbehrlich. Es ist daher möglich, das Spritzgussverfahren vollautomatisch durchzuführen.

3. Als Bauart mit Stegventil öffnet und schliesst das Ventil der Düse korrekt, sodass die Strömung des geschmolzenen Kunststoffs exakt gestartet und gestoppt wird. Es ist daher leicht, Kunststoffe zu formen, diein geschmolzenem Zustand hohe Fluidität aufweisen, wie zum Beispiel Nylon-6. Jedenfalls tritt am Stegkein Kunststoff aus, der Tropfen- oder Fadenbildung verursachen könnte.

4. Der Steg öffnet und schliesst automatisch je nach dem Druck des eingespritzten, geschmolzenen Kunststoffs, den eine übliche Spritzgussmaschine aufbringt. Daher bedarf es bei der Erfindung weder einer äusseren Antriebskraft noch einer besonderen äusseren Einrichtung zum Synchronisieren der Betätigung des Stegs. Sollte jedoch einmal unnormaler Überdruck infolge thermischer Zersetzung des Kunststoffs usw«, auftreten, so öffnet die Düse automatisch und wirkt damit als Sicherheitsventil.

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5. Der Steg wird nicht geöffnet, bis der Druck des geschmolzenen Kunststoffs im Zylinder einen vorbestimmten Wert erreicht. Damit gibt die Erfindung eine hohe momentane Injektionsrate des Kunststoffs. Der geschmolzene Kunststoffs wird in den Formhohlraum innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne eingespritzt. Dies steigert die Qualität des Erzeugnisses. Und dies ist wiederum sehr vorteilhaft, besonders bei der Herstellung dünnwandiger Erzeugnisse.

6. Die den Differentialkolben belastende Feder braucht nicht stark zu sein, weil der Kalben gemäss der Erfindung durch die Differenz von zv/ei auf entgegengesetzte Seiten des Kolbens wirkende Kräfte betätigt wird. Als Folge hiervon haben die Nadel und der Steg lange Lebensdauer.

7. Der Durchlass, über welchen geschmolzener Kunststoff dem Steg zugeführt wird, ist in Längsrichtung durch den Differentialkolben hindurchgeführt. Diese Ausführung ermöglicht eine extrem kompakte Ausbildung

Ö.er Düse, beispielsweise mit 20 mm oder weniger Länge und 10 mm oder weniger Durchmesser.

8.Die Erfindung ermöglicht es, die Temperatur jeder einzelnen Düse genau vorzubesummen, insbesondere wenn mehrere Düsen an die gleiche Spritzgussmaschine angeschlossen sind. Es ist daher möglich, Kunststoffe mit engen formbaren Temperaturbereichen zu formen. Diese genaue Temperatureinstellung steigert darüberhinaus die Qualität und Einheitlichkeit der Erzeugnisse,

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9. Da es sich um eine Düse des Einsatzzapfen-Typs (plug-in type) handelt, sind Entwurf und Herstellung der Spritzgussvorrichtung leicht auszuführen.

Die eingangs erwähnten Ziele und Vorteile der Erfindung werden also in sehr v/irksamer Weise erreicht. Wenngleich einige "bevorzugte Ausführungsformen vorstehend detaillierter beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf Einzelheiten dieser Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in der verschiedensten Weise abgewandelt werden.

/ Ansprüche

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Claims

2. Mai 1975 Torazo Saito

Da/-mr- „A\* 72 764 2513932

Patent— bzw. Schutzansprüche

In einen Hohlraum einer Spritzgussvorrichtung einsetzbare Düse,zum Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff in eine Form mit folgenden Merkmalen:
ein Düsenkörper (22);

ein Hohlraum (32) in diesem Düsenkörper; ein Einlass (28) am hinteren Ende des Düsenkörpers zum Einführen von geschmolzenem Kunststoff in den Hohlraum; ein Steg (30) am vorderen Ende des Düsenkörpers zum Einspritzen geschmolzenen Kunststoffs aus dem Hohlraum in eine Form;

ein in Längsrichtung gleitbar in den Hohlraum (32) eingesetzter Gleitkörper (24), der den Hohlraum in einen vorderen Teil (42) und einen hinteren Teil (44) unterteilt; ein Vorderkolben (34) am Vorderende des Gleitkörpers (24), der den vorderen Teil (42) des Hohlraumes begrenzt; ein Hinterkolben (36) am hinteren Ende des Gleitkörpers (24), der den hinteren Teil (44) des Hohlraums begrenzt und dessen als Kolbenkopf wirkender Querschnittsbereich, kleiner als der des Vorderkolbens ist; ein vom vorderen Ende des Vorderkolbens (34) vorspringendes Ventilelement (40) , das mit dem Steg (30) bzw.dessen öffnung zusammenwirkt, wenn der Gleitkörper seine vordere Stellung einnimmt, während es bei rückwärtiger Stellung des Gleitkörpers Abstand von dem Steg hält; ein Durchlass (46), der den vorderen und den hinteren Teil des Hohlraums (32) verbindet, und gleichen Druck des geschmolzenen Kunststoffs auf den Vorderkolben (34) und den Hinterkolben (36) ergibt und damit eine rückwärts gerichtete Differentialkraft zwischen dem Gesamtdruck auf den Vorderkolben und dem Gesamtdruck auf den Hinterkolben; und eine im Düsenkörper (22) untergebrachte Feder (26), die den Gleitkörper, der Differentialkraft entgegen, nach vorn drückt, bis der Druck des geschmolzenen Kunststoffs einen vorbestimmten Wert erreichte

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Vorrichtung nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen: Ein Zylinder (22) mit konischem Vorderteil; eine zylindrische Kolbenkammer (32), konaxial mit dem Zylinder;

ein Einlass (28) am hinteren Ende desZylinders; ein Steg am vorderen Ende des konischen Vorderteils mit einer Axialöffnung (30) im Steg;

ein die Kolbenkammer (32) in einen vorderen und einen hinteren Teil unterteilender Differentialkolben (24); eine den vorderen Teil (42) der Kolbenkammer begrenzende vordere Oberfläche des Differentialkolbens (24); eine den hinteren Teil (44) der Kolbenkammer begrenzende hintere Oberfläche des Differentialkolbens, die in ihrem wirksamen Bereich kleiner als die vordere Oberfläche ist;

eine axial von der vorderen Oberfläche des Differentialkolbens (24) vorspringende Nadel (4Ö), die in Abhängig keit von der Kolbenstellung die Öffnung (30) im Steg öffnet und schliesst;

mehrere Durchlässe (46) im DiiferentialkoTben (24), die annähernd axial verlaufen und den vorderen Teil (42) mit dem hinteren Teil}. (44) der Kolbenkammer verbinden, so dass in beiden Teilen gleicher Druck des Kunststoffs herrscht und eine rückwärts gerichtete Differentialkraft auf den Kolben (24) zur Einwirkung gebracht werden kann; eine entgegen dieser Differentialkraft auf den Kolben (24) wirkende Feder (26) im hinteren Teil (44) der Kolbenkammer; und

ein Aus sengewinde (52) am hinteren Ende des Zylinders für seine Befestigung an einer Spritzgussvorrichtung.

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Vorrichtung nach Anspruchi mit folgenden Merkmalen: ein Zylinder (22);

eine vorn offene zylindrische Kolbenkammer (32) innerhalb des Zylinders;

ein Einlass (28) am hinteren Ende des Zylinders; ein Innengewinde (48) am vorderen Ende des Zylinders (22); eine konische Zylinderkappe (50),deren hinteres Ende mit Aussengewinde in das Innengewinde (48) des Zylinders (22) eingreift; ein mit einer axialen Öffnung (30) versehener Steg am Vorderende der Kappe (^0);

ein in der Kolbenkammer (32) gleitbar gelagerter Differentialkolben (24), der die Kammer in einen vorderen und einen hinteren Teil unterteilt;

eine den vorderen Kammerteil begrenzende vordere Oberfläche des Differentialkolbens (24), die etwas grosser :fet, als eine den hinteren Teil der Kammer begrenzende hintere Oberfläche des Kolbens;

eine axial von der vorderen Oberfläche des Kolbens (24) vorspringende Nadel (40), die zusammen mit dem Kolben zum Öffnen und Schliessen der Stegöffnung (30) bewegbar ist; eine Anzahl annähernd achsparalleler Durchlässe (46) in dem Differentialkolben (24), die den vorderen Teil der Kolbenkammer (32) mit dem hinteren Teil verbinden; eine Ringkammer (54) zwischen der Innenwand der Kolbenkammer (32) und dem Umfang des Kolbens (24); eine in den Ringraum (54) eingesetzte , den Kolben (24) über einen an dessen Umfang vorgesehenen Ringflansch in Vorwärtsrichtung belastende F der (26); und Haltemittel (52) am hinteren Ende des Zylinders zum Befestigen an einer Spritzgussmaschine.

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_ Zf ·_

-5.0.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit den Merkmalen:

ein Zylinder (22)j

eine vorne offene zylindrische Kolbenkammer (32) in dem Zylinder;

ein Einlass (28) am hinteren Ende des Zylinders; ein Aussengewinde (48) am vorderen Ende des Zylinders; eine in das vordere Ende der Kolbenkammer eingesetzte Buchse (56), die an der Innenwand der Kammer anliegt, mit Ausnahme des Flansches, dessen Rückseite in Berührung mit der vorderen Stirnfläche des Zylinders steht; eine konische Zylinderkappe (50), die mit Innengewinde auf das Aussengewinde (48) am vorderen Ende des Zylinders aufgeschraubt ist und den Flansh der Buchse (56) zwisehen einer einwärts von dem Gewinde an der Kappe (50) vorgesehenen Querfläche und der rückwärtigen Stirnseite des Zylinders (22) einklemmt;

ein mit Öffnung (30) versehener Steg am Vorderende der Kappe;

ein, die Kolbenkammer (32) in einen vorderen und einen hinteren Teil unterteilender Differentialkolben (24), dessen Umfang im hinteren Bereich in Gleitkontakt mit der Innenseite der Kolbenkammer (32) steht, während sein Unfeng im vorderen Bereich in Gleitkontakt mit der Innenfläche der Buchse (56) steht, wobei der vordere Teil der Kammer durch einen grösseren, wirksamen Querschnittsbereich des Kolbens begrenzt ist, als der hintere Teil; eine vom vorderen Teil des Kolbens axial vorspringende Nadel, die mit der Öffnung (30) im Steg zusammenwirkt, und ein abgeflachtes vorderes Ende hat; mehrere, vorzugsweise sechs, Durchlässe (46), die den vorderen mit dem hinteren Teil der Kammer (32) verbinden, wobei die hinteren Enden der Durchlässe verbunden sind

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und einen Durchlass formen;

ein Ringraum (54) zwischen der Innenwand der- Kolbenkammer (32), dem Umfang des Kolbens (24) und der Rückseite der Buchse (56);

eine Feder (26) mit rechteckigem Querschnitt in dem Ringraum (54),die den Kolben (24) über einen an diesem vorgesehenen Ringflansch in Vorwärtsrichtung belastet; eine Belüftungsbohrung (62), im Zylinder (22), welche den Ringraum(54) mit der Atmopshäre verbindet; Schmiernuten (64, 66) am vorderen und hinteren Umfang des Zylinders (24) zur langsamen und andauernden Versorgung der entsprechenden Gleitflächen mit Schmiermittel; Sackbohrungen (68, 68^f) am Umfang der Kappe (50) zur Aufnahme eines Thermoelements (76) für Temperaturmessung des geschmolzenen Kunststoffs im Bereich der Stegöffnung (30); und

eine Einsenkung (70) an der rückwärtigen Stirnfläche des Zylinders zur Aufnahme einer Dichtung.

PatentajaifSlt:

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