DE2638535B2 - Beheizte Heißkanaldüse für Kunststoff -Spritzgießmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine beheizte Heißkanaldüse entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Heißkanaldüse dieser Art (US-PS 23 19 482) ist das Innenrohr von einer Kammer umgeben, die eine Metallschmelze enthält. Die Temperatur wird auf dem Schmelzpunkt des Metalls gehalten, wo sie in einem weiten Bereich unabhängig von der äußeren Wärmezufuhr ist und konstantgehalten wird. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß die Schmelzoder Übergangstemperatur solange konstant bleibt, wie feste Phase und flüssige Phase vermischt vorliegen. Da bei der genannten Heißkanaldüse eine Konstanthaltung der Temperatur in der Kammer auf einen bestimmten Wert angestrebt wird, ist eine Heizvorrichtung vorgesehen, die sich über die gesamte Länge der Kammer erstreckt. Ein Temperaturausgleich in Längsrichtung der Kammer wird durch die Metallschmelze kaum bewirkt.

Von Kunststoff-Schneckenpressen ist eine Vorrichtung zum Abbau von Wärme an Stellen zu hoher Temperatur bekannt (DE-OS 17 29 384). Dabei sind neben den Bohrungen für die Schnecken längslaufende Bohrungen vorgesehen, die teilweise mit Wasser gefüllt sind. An den heißen Stellen verdampt das Wasser in den Bohrungen, um an den kühleren Stellen zu kondensieren. Hierdurch erfolgt ein Wärmetransport und ein Temperaturausgleich über die Länge der Schneckenpresse. Dadurch, daß die Kammern neben den die Schnecken aufnehmenden Bohrungen verlaufen, liegen bestimmte Bereiche der Bohrungen näher an den Kammern als andere Bereiche. Die Verdampfungsmöglichkeiten sind gering, weil die Oberfläche, bezogen auf das Gesamtvolumen des Wassers, verhältnismäßig klein ist

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heißkanaldüse der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen Temperaturausgleich in Rohrlängsrichtung bewirkt, so daß die geschmolzene Kunststoffmasse im Bereich der Heißkanaldüse keinen Temperaturschwankungen unterworfenist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Heizvorrichtung sich nur über einen Teilbereich der Länge der Kammer erstreckt, daß die Kammer in an sich bekannter Weise zum Teil mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gefüllt und im übrigen evakuiert ist, und daß die Kammer entlang dem Bereich der Heizvorrichtung iiiit einem die Flüssigkeit aufsaugenden Kapillardocht versehen ist

An Stelle der Erwärmung des Außenmantels verdampft Flüssigkeit Der Dampf wird innerhalb der Kammer sehr schnell in Längsrichtung fortgeleitet und kondensiert an den Außenwänden, die kälter sind. Dort wird Kondensationswärme frei. Auf diese Weise findet ein sehr schneller Wärmetransport mit Dampf als Wärmeträger statt Dieser Wärmetransport ist besser und schneller als Wärmeleitung durch die besten metallischen Wärmeleiter. Selbst kleine Temperaturunterschiede in Längsrichtung der Heißkanaldüse werden auf diesem Wege sehr schnell ausgeglichen, so M daß, auch wenn die Heizvorrichtung sich nur an einem Ende befindet, ein verblüffend schneller und exakter Temperaturausgleich über die gesamte Rohrlänge erfolgt. Der Kapillardocht schafft eine vergrößerte Verdampfungsoberfläche und sorgt dafür, daß Flüssiges keit in den oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen Wandbereich der Kammer hineingelangt und auch diesen Teil der Kammerwand benetzt. Dadurch entsteht auch bei einer ringförmigen Gestalt der Kammer eine große Verdampfungsoberfläche. Da die vergrößerte Verdampfungsoberfläche nur in demjenigen Bereich benötigt wird, in dem eine Verdampfung erfolgt, ist der Kapillardocht nur im Bereich der Heizvorrichtung angeordnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen "5 der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Heißkanaldüse und 5<> einen Teil einer Hohlform im Schnitt,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Heißkanaldüse gemäß F i g. 1 in einem Teil der Hohlforni, und

Fig.3 einen stark vergrößerten Schnitt eines Teils der Wandung der Heißkanaldüse mit Kapillarrillen.
F i g. 1 zeigt eine Form 10, in die eine geschmolzene erhitzte Kunststoffmasse aus der Einspritzdüse 12 einer Spritzgießmaschine gespritzt wird. In der Außenwand 14, 16 der Form 10 ist die Heißkanaldüse 18 befestigt. Die HeißkanaldUse 18 ist zwischen die Einspritzdüse 12 w> und die Form 10 eingesetzt. Die Form 10 weist einen Einlaufkanal 19 auf, der die geschmolzene Kunststoffmasse leitet, welche von der Heißkanaldüse 18 in eine Vielzahl von Hohlräumen 20 fließt, in denen der Kunststoff erstarrt. Die Verteilung der geschmolzenen •>5 Kunststoffmasse durch den Einlaufkanal 19 erfolgt in einem verzweiten Bereich 21. Um die geschmolzene Kunststoffmasse in den Abzweigungen des Einlaufkanals 19 in flüssigem Zustand zu halten, kann jede dieser

Abzweigungen auch in einer Heißkanaldüse 22 angeordnet sein, die im wesentlichen der Heißkanaidüsc 18 entspricht Wie zu F i g. 2 noch näher erläutert wird, ist die Heißkanaldüse 18 mit einer elektrischen Heizvorrichtung 24 versehen, die von einem Kabel 26 mit Heizstrom gespeist wird.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, hat die Keißkanaldüse 18 ein zentrales Innenrohr 28 mit einer glatten, nicht unterbrochenen Bohrung 30, die von einer Eintrittsöffnung 32 zu einer Auslaßöffnung 34 führt Die Eintrittsöffnung 32 ist mit einer Kugelfassung 36 versehen, welche für die Aufnahme des abgerundeten Endes der in Fig. 1 gezeigten Einspritzdüse 12 eingerichtet ist Die Bohrung 30 ist völlig frei von irgendwelchen Hindernissen, z. B. Heizern, Röhren und ' Ventilen.

Die Verwendung eines derartigen ununterbrochenen Durchgangs für die geschmolzene Kunststoffmasse wird vornehmlich durch die Art der Erhitzunj ermöglicht. Die Außenfläche 38 des Innenrohres 28, das aus wärmeleitendem Metall besteht, bildet die Innenwand des Wärmerohres. Die Außenwand des Wärmerohres wird durch einen Außenmantel 40 gebildet. Der Außenmantel 40 ist an einem Ende mittels eines Lötmaterials 42 an eine Muffe 44 an einem Ende des Innenrohres 28, und mittels eines Lötmaterials 46 an eine Muffe 48 am anderen Ende des Innenr ihres 28 angelötet, um eine dampfdichte Kammer 50 zwischen dem Innenrohr 28 und Außenmantel 40 zu bilden. In die Muffe 48 ist ein Loch 52 gebohrt, durch das die Kammer 3d 50 teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllt werden kann. In einem typischen Fall sind etwa 30% des Volumens der Kammer 50 mit der Flüssigkeit gefüllt Nachdem die Flüssigkeit in die Kammer 50 eingeleitet worden ist, wird die Kammer 50 entlüftet und das Loch 52 mit einem Stöpsel 54 abgedichtet.

Die an die Muffe 44 angrenzende Innenfläche des Außenmantels 40 ist entlang des mit gestrichelten Linien markierten Teils mit einem Kapillardocht 56 versehen. Der Kapillardocht 56 wird von der Flüssigkeit in der Kammer 50 benetzt und leitet diese durch Kapillarkraft

Die Einzelheiten des Kapillardochtes 56 sind in F i g. 3 dargestellt, die einen stark vergrößerten Ausschnitt der Innenfläche des Außenmantels 40 innerhalb des gestrichelten Kreises der Fig.2 zeigt. Der Kapillardocht 56 besteht aus Kapilarrillen, die sich um die gesamte Innenfläche des Außenmantels 40 herum erstrecken. Infolge der Kapillarkraft wird die gesamte Innenfläche des Außenmantels 40 von der Flüssigkeit in der Kammer 50 benetzt.

Unmittelbar angrenzend an die durch Kioillarkraft benetzte Fläche des Außenmantels 40 ist dieser von einer wärmeleitenden Muffe 58 umgeben, deren « Außenfläche mit einer Heizvorrichtung 24 versehen ist. Die Muffe 58 und der Außenmantel 40 können einstückig hergestellt sein. Die Heizvorrichtung 24 wird durch das Kabel 26 mit Heizstrom gespeist.

Wird der Heizvorrichtung 24 Strom zugeführt, so ^bu überträgt sie die Wärme über die Muffe 58 auf die benetzt Fläche des Außenmantels 40. Die Heizvorrichtung 24 wird so geregelt, daß sich an der Wand der Bohrung 30 eine Temperatur einstellt, durch die das Kunststoffmaterial innerhalb dieser Bohrung in ge- ^b"> schmolzenem Zustand gehalten wird. Diese Temperatur liegt innerhalb des Bereichs, in welchem die Flüssigkeit in der Kammer 50 leicht verdampft, und sie liegt unterhalb der kritischen Temperatur der Flüssigkeit Durch das Verdampfen wird den beheizten Flächen Wärme entzogen. Der erzeugte Dampf füllt die gesamte Kammer 50 und kondensiert auf den Innenflächen dieser Kammer, wodurch er seine latente Verdampfungswärme an diese Fläche abgibt. Auf diese Weise arbeitet die Kammer 50 und die ihr angeschlossene Konstruktion als Wärmerohr. Wie vorstehend beschrieben, hat ein solches Wärmerohr die Eigenschaft, den gesamten Wandbereich der Kammer 50 auf der gleichen einheitlichen Temperatur zu halten, die durch die Flüssigkeit und den Dampfdruck, auf den der Dampf der Flüssigkeit durch die Heizvorrichtung 24 gebracht wird, eingestellt wird. Jede Temperaturänderung überträgt sich augenblicklich auf die gesamte Oberfläche des Wärmerohres. Da die Innenflächen der Bohrung 30 direkt mit der umgebenden Außenfläche 38 des Wärmerohres durch sehr wärmeleitfähiges Metall verbunden sind, wird die gesamte Fläche der Bohrung 30 auf der gleichen vorbestimmten Temperatur gehalten.

Die Temperatur innerhalb der Bohrung 30 kann automatisch geregelt werden, indem an geeigneter Stelle, z. B. innerhalb der Muffe 58, ein Thermoelement 60 angebracht wird, dessen Ausgangssignal einem Regler 62 zugeführt wird, der die Stromzuführung zum Kabel 26 entsprechend der Einstellung eines Stellgliedes 64 selbsttätig regelt

Die Kammer 50 ist vorzugsweise mit einer Sicherheitsvorrichtung ausgestattet, welche eine in einer Aussparung des Außenmantels 40 montierte Berstscheibe 66 enthält. Wenn der Druck in der Kammer 50 über einen Sicherheitswert ansteigt, schafft die Berstscheibe 66 die erforderliche Entlastung.

Während des Betriebs wird nicht nur die Bohrung 30 auf der gewünschten Temperatur gehalten, sondern diese Temperatur wird auch über die Bohrung 30 hinaus zur Auslaßöffnung 34 einer Auslaßdüse 68 übertragen. Die Auslaßdüse 68 ist von einem Wärmeisolierraum 70 umgeben, der sich während des Betriebs mit Kunststoff füllt, der ebenfalls ein guter Wärmeisolator ist. Somit wird die Auslaßdüse 68 ebenfalls auf der gewünschten Temperatur gehalten. Die Heißkanaldüse 18 endet in einem Absperrorgan 72 mit einer Durchgangsöffnung 74.

Die Einspritzdüse 12 (Fig. 1) führte eine Charge geschmolzenen Kunststoffs durch die Heißkanaldüse 18 dem Einlaufkanal 19 und den Hohlräumen 20 zu, wo die Masse erstarrt. Daraufhin wird die Form 10 geöffnet, und die gegossenen Produkte werden entnommen. Dann wird die Form 10 wieder geschlossen, womit sie für die Aufnahme der nächsten Charge bereit ist. Zwischen den einzelnen Chargen erstarrt nur der sehr kleine, in der Durchgangsöffnung 74 zurückbleibende Pfropfen der Kunststoffmasse. Dieser Pfropfen ist so klein, daß er die Qualität der nachfolgenden Chargen nicht merkbar beeinträchtigt

Die Heißkanaldüse 18 ist durch eine Muffe 76 am Ende des Innenrohres 28 in der Außenwand 14, 16 der Form 10 montiert, wobei die Muffe 76 fest in eine öffnung des Wandteils 16 eingesetzt ist, so daß vom Wandteil 16 bis zum Absperrorgan 72 eine gute Wärmeübertragung gesichert ist Ebenso ist ein festgelegter Rand 78 auf dem Außenmantel 40 auf einen in die Außenfläche des Wandteils 14 eingesetzten Ring 80 aufmontiert, um eine mechanische Abstützung bei einem Minimum an Wärmeübertragung zu schaffen. Anstelle der einzigen Auslaßöffnung 34 kann die

Heißkanaldüse 18 eine Vielzahl von Auslaßöffnungen aufweisen, die somit als Verzweigung arbeiten. Die Heißkanaldüse 18 kann überall dort eingesetzt werden, wo das Material in geschmolzenem Zustand gehalten werden soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Beheizte Heißkanaldüse für Kunststoff-Spritzgießmaschinen, mit einem Innenrohr zum Durchleiten geschmolzener Kunststoffmasse, einem das Innenrohr umgebende Außenmantel, einer den Außenmantel umgebenden Heizvorrichtung und einer zwischen Innenrohr und Außenmantel gebildeten, nach außen abgeschlossenen längslaufenden Kammer, die ein wärmeübertragendes Medium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (24) sich nur über einen Teilbereich der Länge der Kammer (50) erstreckt, daß die Kammer (50) in an sich bekannter Weise zum Teil mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gefüllt und im übrigen evakuiert ist, und daß die Kammer (50) entlang dem Bereich der Heizvorrichtung ^24) mit eäieni die Flüssigkeit aufsaugenden Kapillardocht (56) versehen ist

2. Heißkanaldüse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (50) zu etwa 40% mit der verdampfbaren Flüssigkeit ausgefüllt ist.

3. Heißkanaldüse nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapillardocht (56) aus an der Innenseite des Außenmantels (40) angeordneten Kapillarrillcn besteht.

4. Heißkanaldüse nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wand der Kammer (50) eine bei Druckanstieg brechende Berstscheibe (66) angeordnet ist.

5. Heißkanaldüse nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapillardocht (56) im Bereich der Heizvorrichtung (24) angeordnet ist.