DE2709609C2

DE2709609C2 - Ventilgesteuertes Einlaßteil für Spritzgußwerkzeuge

Info

Publication number: DE2709609C2
Application number: DE2709609A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-25
Filing date: 1977-03-05
Publication date: 1987-01-22
Also published as: NL7703136A; PT66253A; JPS5717416B2; FR2345287B1; DE2709609A1; US4043740A; CA1067660A; JPS52117363A; PT66253B; GB1535130A; FR2345287A1; CH616876A5

Description

Die Erfindung betrifft ein ventilgesteuertes Einlaßteil für Spritzgießwerkzeuge, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ventilgesteuerte Einlaßteile der vorgenannten Art (Plastics Engineering, Februar 1976, Seiten 16 und 17) werden in Einfach- und Mehrfach-Spritzgießwerkzeugen eingesetzt und sind im Abstand von der Spritzgießmaschine angeordnet. Bei geöffneter Ventilnadel strömt die geschmolzene oder plastische Kunststoffmasse von der Spritzgießmaschine durch einen Heißkanal und die Bohrung des angeschlossenen Heißkanalblocks an der geöffneten Ventilnadel vorbei durch die Einspritzöffnung in den angeschlossenen Formhohlraum des Spritzgießwerkzeuges. Am Ende des Spritzgießvorgangs verschließt das untere Ende der Ventilnadel zwangsläufig die Einspritzöffnung in der Formhohlraumplatte. Der untere mit der Einspritzöffnung zusammenwirkende Düsenteil des Heißkanalblocks ist von der Formhohlraumplatte durch einen Luftspalt getrennt, der eine thermische Isolation zwischen dem heißen Düsenteil und der kühleren Formhohlraumplatte bewirkt. Der untere Düsenteil trägt einen Dichtkörper oder Dichtring aus Titan, der einen Teil des Luftspaltes gegen den Bereich der Einspritzöffnung isoliert und die Wärmeverluste im Bereich der Einspritzöffnung minimal hält.
Bei einem weiteren bekannten Heißkanal-Spritzwerkzeug für Kunststoffkörper (DE-AS 19 19 435) verlaufen Verteilerkanäle in einer Verteilerplatte und münden jeweils in einen Kanal, der zu einer zugehörigen Einspritzöffnung bzw. Angußdüse in einer Gesenkplatte führt. Eine Buchse stellt eine abdichtende Verbindung zwischen Kanalteilen in der Verteilerplatte und in der Gesenkplatte her. Durch die Buchse verläuft ein Rohr aus einem Metall hohen Wärmeleitvermögens wie Kupfer bis zur Einspritzöffnung unmittelbar vor den Sitz der durch das Rohr verlaufenden Ventilnadel.
Es hat sich gezeigt, daß beim Spritzen bestimmter Kunststoffe wie Polyamid, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymere und Acryl- Kunststoffe bestimmte Temperaturbedingungen im Bereich der Einspritzöffnung möglichst genau eingehalten werden müssen, da sonst die Ventilnadel nicht zufriedenstellend arbeitet und insbesondere die Spitze der Ventilnadel in der Einspritzöffnung nicht in der gewünschten Weise zum Aufsitzen kommt. Dadurch muß ein größerer Schließdruck auf die Ventilnadel ausgeübt werden und deren Betätigungsmechanismus wird stärker beansprucht, wodurch seine Lebensdauer durch erhöhten Verschleiß vermindert wird.
Durch die Anordnung des Dichtringes in dem bekannten Einlaßteil wird der Heißkanalblock bzw. das Düsenteil in Bezug auf die Einspritzöffnung zentriert und in dieser zentrierten Stellung festgehalten, so daß der Dichtring keine seitlichen Ausweichbewegungen des Heißkanalblockes bzw. Düsenteils zuläßt, wie sie als Folge der thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung während des Betriebs des Einlaßteils insbesondere auch bei Mehrfachspritzgießwerkzeugen auftreten. Solche thermische Ausdehnung und Zusammenziehung kann in der bekannten Anordnung zu einem Bruch des Dichtringes führen
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einlaßteil der eingangs definierten Art zu schaffen, bei dem seitliche Ausweichbewegungen zwischen dem unteren Düsenteil des Heißkanalblockes und der Formhohlraumplatte infolge thermischer Ausdehnung und Zusammenziehung ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dichtkörper für einen zusätzlichen Wärmeübergang in den Bereich der Einspritzöffnung aus einem ausreichend wärmeleitenden Material besteht, daß der Dichtkörper mit seiner Innenbohrung fluchtend mit der Bohrung des Heißkanalblocks in die der Einspritzöffnung zugewandten Stirnseite des Düsenteils eingesetzt ist und daß der Dichtkörper bei Betrieb des Spritzgießwerkzeuges im unmittelbaren Bereich der Einspritzöffnung mit seitlicher Bewegbarkeit abdichtend aufsitzt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Dichtringes in der der Einspritzöffnung zugewandten Stirnseite des Düsenteils wird erreicht, daß der untere Düsenteil ohne Beeinträchtigung seiner seitlichen Beweglichkeit der Formhohlraumplatte im Bereich der Einspritzöffnung abdichtend aufsitzt und seitliche Ausweichbewegungen ausführen kann, die auf Grund der thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung während der Spritzgießvorgänge erforderlich werden. Der Wärmeübergang von dem Düsenteil auf den Bereich der Einspritzöffnung erfolgt bei dieser Anordnung im wesentlichen über den Dichtring. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Dichtringes wird vorteilhafterweise das Eindringen der Kunststoffmasse in den Luftspalt zwischen dem Heißkanalblock und der Formhohlraumplatte und damit auch eine Zersetzung von in dem Luftspalt erhaltener Kunststoffmasse sicher verhindert.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Einlaßteil gemäß der Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Einlaßteils in Verbindung mit einem Mehrfach-Spritzgießwerkzeug und die Anordnung eines Dichtkörpers an einem Düsenteil des Einlaßteils;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Einlaßteils und eine erste Ausführung des Dichtkörpers; und
Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2 und einer zweite Ausführung des Dichtkörpers.
Fig. 1 zeigt in einem Mehrfach-Spritzgießwerkzeug einen Zentrierring 10, der unterhalb einer (nicht dargestellten) Spritzgießmaschine angeordnet ist und geschmolzenes Kunststoffmaterial erhält, welches über einen radialen Heißkanal 12 in einer Verteilerplatte 14 und Heißkanalblöcke 16 in den weiter unten beschriebenen ventilgesteuerten Einlaßteilen in Formhohlräume 18 eingespritzt wird. Jeder Einlaßteil wird durch eine seitlich angeordnete Zentrierbuchse 20 zentriert, die in einer Formhohlraumplatte 26 sitzt. Der Heißkanalblock 16 ist oberhalb der Formhohlraumplatte 26 durch eine Isolierbuchse 28 gehaltert und wird von einem (nicht dargestellten) elektrischen Heizkörper beheizt. Die Isolierbuchsen 28 sind relativ dünn, so daß sie einen minimalen Abstand zwischen den Formhohlräumen 18 gestatten. Sie sitzen nicht in der Oberfläche der Formhohlraumplatte 26 und "gleiten" demgemäß über deren Oberfläche, so daß sie eine von der Mitte weggerichtete seitliche Auswärtsbewegung des Einlaßteils relativ zur Formhohlraumplatte 26 infolge thermischer Ausdehnung und Zusammenziehung gestatten. Der Heißkanalblock 16 hat eine vertikale Bohrung 32. Durch jede Bohrung 32 erstreckt sich eine Ventilnadel 34 mit einem kegelstumpfförmigen Ende 36. Die Ventilnadel 34 ist durch einen (nicht dargestellten) kolbenbetätigten Schaltarm in der Bohrung 32 gesteuert verschiebbar. Der Schaltarm greift an einem oberen Ende 42 der Ventilnadel 34 an. Die Ventilnadel 34 erstreckt sich durch eine Dichtbuchse 44, die in dem Heißkanalblock 16 sitzt. Die Dichtbuchse 44 besitzt eine Bohrung 46, die mit der Bohrung 32 des Heißkanalblockes 16 fluchtet und die von einer Umfangsöffnung 48 unterbrochen ist, welche über einen Belüftungskanal 50 mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
In der ausführlicheren Darstellung von Fig. 2 ist ein unterer Bereich eines Düsenteils 52 des Heißkanalblockes 16 dargestellt, der von der kühleren Formhohlraumplatte 54 durch einen Luftspalt 56 getrennt ist. Die kegelstumpfförmige Spitze 36 der Ventilnadel 34 ist (in der Offenstellung) in der Bohrung 32 des Heißkanalblockes 16 angeordnet dargestellt, und zwar oberhalb der Einspritzöffnung 58 in der Formhohlraumplatte 54, die zu dem Formhohlraum 18 führt.
Ein Dichtkörper 60 von hohlzylindrischer Grundform erstreckt sich von dem unteren Ende 62 des Düsenteils 52 des Heißkanalblockes 16 durch den Luftspalt 56 hindurch und liegt an der Formhohlraumplatte 54 an. Der Dichtkörper 60 besitzt eine Innenbohrung 64, die mit der Bohrung 32 des Heißkanalblockes 16 in diesem Punkt fluchtet und durch welche das Ende 36 der Ventilnadel 34 hindurchragt, die in der Schließstellung in der Einspritzöffnung 58 der Formhohlraumplatte 54 zum Aufsitzen kommt. Der Dichtkörper 60 besitzt einen oberen Teil 66 und einen unteren Teil 68. Der obere Teil 66 des Dichtkörpers 60 wird dicht in einer zylindrischen Ausnehmung 70 in der der Einspritzöffnung 58 zugewandten Stirnseite des Düsenteils 52 des Heißkanalblockes 16 aufgenommen. Der untere Teil 68 des Dichtkörpers 60 wird von einem ringförmigen Sitz 72 aufgenommen, der sich um die Einspritzöffnung 58 in der Formhohlraumplatte 54 erstreckt. Der ringförmige Sitz 72 besitzt eine obere horizontale Fläche 74, und die Anordnung ist so bemessen, daß sich der untere Teil 68 des Dichtkörpers 60 nach der Montage bei kaltem Heißkanalblock in geringem Abstand von der horizontalen Fläche 74 befindet, aber im Betrieb des Heißkanalblockes 16 durch thermische Ausdehnung zur Anlage an der horizontalen Fläche 74 gebracht wird. Die thermische Ausdehnung liegt in der Größenordnung von 0,25 mm bei Temperaturen im Bereich von 260°C bis 315°C. Der untere Teil 68 des Dichtkörpers 60 hat einen sich auf der Außenseite verjüngenden unteren Rand 76, und der ringförmige Sitz 72 hat eine entsprechend nach außen geneigte Außenwandung 78. Wie in der (heißen) Betriebsstellung in Fig. 2 dargestellt ist, liegt der sich außen verjüngende Rand 76 des Dichtkörpers 60 im Abstand von der Außenwandung 78 des ringförmigen Sitzes 72, und zwar mit ausreichender Toleranz, um eine seitliche Bewegung des Dichtkörpers 60 in der Größenordnung von einem Millimeter gegenüber der Mittelachse des Zentrierringes 10 infolge der thermischen Ausdehnung des Heißkanalblockes 16 während des Betriebs zu ermöglichen. Der Heißkanalblock 16 wird bei Zimmertemperatur mit solchen Abmessungen bearbeitet, daß eine seitliche und vertikale Ausdehnung bei einer vorgegebenen Betriebstemperatur in die in Fig. 2 dargestellte Lage ermöglicht wird. Die seitliche Ausdehnung kann erheblich sein. Beispielsweise liegt bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Dichtkörper 60 bei Zimmertemperatur geringfügig oberhalb und ungefähr 0,8 mm rechts von der dargestellten Lage. In der dargestellten ausgedehnten Stellung ist der Dichtkörper 60 zentral über der Einspritzöffnung 58 angeordnet und sitzt sicher auf der Fläche 74 des ringförmigen Sitzes 72 auf, so daß Leckage der Schmelze oder plastischen Kunststoffmasse infolge des hohen Einspritzdruckes verhindert wird.
Im Betrieb hebt der Einspritzdruck des geschmolzenen Kunststoffmaterials bzw. der plastischen Kunststoffmasse von der Spritzgießmaschine die Ventilnadel 34 an und öffnet die Einspritzöffnung 58, so daß das geschmolzene Kunststoffmaterial bzw. die plastische Kunststoffmasse in den Formhohlraum 18 fließen kann. Die Ventilnadel 34 wird dann durch den Schaltarm nach unten in eine Stellung gedrückt, in welcher das untere Ende 36 der Ventilnadel 34 in der Einspritzöffnung 58 zum Aufsitzen kommt und die Einspritzöffnung 58 abdichtet, während der Spritzteil aus dem Formhohlraum 18 entfernt wird. Dieser Betrieb erfolgt bei hohem Druck und hoher Temperatur mit einer hohen Frequenz, um eine zufriedenstellende Produktionsleistung zu erreichen. Es erfolgt ein Wärmeübergang durch Wärmeleitung von dem Heizkörper nach unten über den Düsenteil 52 des Heißkanalblockes 16, der aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung hergestellt ist, zum unteren Ende 62 des Düsenteils 52 und ebenso abwärts von der Schmelze durch die Ventilnadel 34. Die Formhohlraumplatte 54, in welcher die Einspritzöffnung 58 vorgesehen ist, wird in üblicher Weise gekühlt. Wenn die Ventilnadel 34 in der Schließstellung auch Wärme direkt in den Bereich der Einspritzöffnung 58 leitet, so bringt sie jedoch in der Offenstellung keinerlei Wärme in diesen Bereich. Das gilt insbesondere auch für den Moment unmittelbar vor dem Abschließen. Jedoch leitet der Dichtkörper 60 zusätzliche Wärme vom unteren Ende 62 des Heißkanalblockes 16 bzw. Düsenteils 52 unmittelbar zu dem Bereich der Einspritzöffnung 58, und diese Wärme dient dazu, eine Verfestigung der Schmelze im Bereich der Einspritzöffnung vor dem Abschließen zu vermeiden oder zu vermindern. Das erleichtert erheblich das Setzen der Spitze 36 der Ventilnadel 34 in der Einspritzöffnung 58. Dadurch kann ein geringer Aufsetzdruck verwendet werden, was den Verschleiß verringert und die Lebensdauer des Mechanismus erhöht. Das ist besonders vorteilhaft, wenn die eingangs erwähnten Materialien mit hohen Temperaturcharakteristiken geformt werden. Der Dichtkörper 60 ist aus einer Titanlegierung mit einem hohen Titangehalt hergestellt, welche die hohe Biegefestigkeit liefert, die notwendig ist, um eine Anordnung des Dichtkörpers 60 in diesem kritischen Bereich zu gestatten, ohne daß häufige Brüche infolge der gleitenden Lagerung auf der Formhohlraumplatte 54 auftreten, welche aus der thermischen Zusammenziehung und Ausdehnung des Heißkanalblockes 16 und den periodisch auftretenden hohen Einspritzdrücken resultiert.
Die zweite in Fig. 3 dargestellte Ausführung des Dichtkörpers 60 ist der ersten Ausführungsform ähnlich, und dementsprechend sind Merkmale, die beiden Ausführungsformen gemeinsam sind, unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen beschrieben und dargestellt.
Bei dieser Ausführung ist der gesamte untere Teil 68 des Dichtkörpers 60 sich verjüngend ausgebildet. Wie in dem Fall der ersten Ausführung ist ausreichend Raum zwischen dem sich verjüngenden unteren Teil 68 des Dichtkörpers 60 und der horizontalen Fläche 74 und der nach außen geneigten Außenwandung 78 des ringförmigen Sitzes 72 vorgesehen, um die thermische Ausdehnung und Zusammenziehung des Heißkanalblockes 16 zu ermöglichen.
Im Betrieb hat diese zweite Ausführung den Vorteil, daß der sich verjüngende untere Teil 68 des Dichtkörpers 60 eine zusätzliche Wärmeübertragung zu dem Bereich der Einspritzöffnung 58 sicherstellt, indem er keinen verminderten Querschnitt besitzt. Außerdem erstreckt sich der untere Teil 68 des Dichtkörpers 60 dichter an die Einspritzöffnung 58 heran und vermeidet so auch einen erheblichen "toten Fleck" für die Ansammlung von geschmolzenem Kunststoffmaterial um die Einspritzöffnung 58 herum. Außerdem ist die sich einwärts verjüngende Form des unteren Teils 68des Dichtkörpers 60 etwas elastisch für den Fall, daß eine erhöhte thermische Ausdehnung nach unten infolge einer gelegentlichen Überschreitung der normalen Betriebstemperatur auftritt. Weiterhin übt der Einspritzpunkt der Schmelze eine nach außen gerichtete Kraft auf den sich verjüngenden unteren Teil 68 aus, wodurch die Abdichtung der horizontalen Fläche 74 des ringförmigen Sitzes 72 in der Formhohlraumplatte 54 verbessert wird. Im übrigen ist die Wirkungsweise im wesentlichen die gleiche wie die der ersten Ausführung, und die Beschreibung braucht nicht wiederholt zu werden.

Claims

1. Ventilgesteuertes Einlaßteil für Spritzgießwerkzeuge,
enthaltend einen Heißkanalblock, der in eine Formhohlraumplatte unter Ausbildung eines Luftspaltes eingesetzt ist,
mit einer Bohrung zum Zuführen plastischer Kunststoffmasse über eine Einspritzöffnung (58) in einen Formhohlraum,
mit einer in der Bohrung gesteuert verschiebbar angeordneten Ventilnadel,
mit einem mit der Einspritzöffnung zusammenwirkenden Düsenteil des Heißkanalblocks und
mit einem koaxial zum Düsenteil im Luftspalt zwischen Düsenteil und der Formhohlraumplatte angeordneten, rohrförmigen, metallischen Dichtkörper,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtkörper (60) für einen zusätzlichen Wärmeübergang in den Bereich der Einspritzöffnung (58) aus einem ausreichend wärmeleitenden Material besteht,
daß der Dichtkörper (60) mit seiner Innenbohrung (64) fluchtend mit der Bohrung (32) des Heißkanalblocks (16) in die der Einspritzöffnung (58) zugewandte Stirnseite des Düsenteils (52) eingesetzt ist und
daß der Dichtkörper (60) bei Betrieb des Spritzgießwerkzeuges im unmittelbaren Bereich der Einspritzöffnung (58) mit seitlicher Bewegbarkeit abdichtend aufsitzt.

2. Einlaßteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (66) des Dichtkörpers (60) dicht von einer zylindrischen Ausnehmung (70) des Düsenteils (52) des Heißkanalblocks (16) aufgenommen wird.

3. Einlaßteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formhohlraumplatte (26) einen sich um die Einspritzöffnung (58) herum erstreckenden ringförmigen Sitz (72) zur Aufnahme des unteren Teils (68) des Dichtkörpers (60) mit einer horizontalen Fläche (74) aufweist, an welche der untere Teil (68) des Dichtkörpers (60) im Betrieb durch die vertikale thermische Ausdehnung des Heißkanalblocks (16) dicht anlegbar ist.

4. Einlaßteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (72) in der Formhohlraumplatte (26) eine Außenwandung (78) aufweist, die in einem solchen Abstand von dem Dichtkörper (60) liegt, daß eine seitliche Bewegung des Dichtkörpers (60) relativ zu der Formhohlraumplatte (26) infolge thermischer Ausdehnung und Zusammenziehung des Heißkanalblocks (16) möglich ist.

5. Einlaßteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (78) des Sitzes (72) schräg nach außen und oben verläuft und der untere Teil (68) des Dichtkörpers (60) einen sich außen unter einem entsprechenden Winkel verjüngenden Rand (76) aufweist (Fig. 2).

6. Einlaßteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (68) des Dichtkörpers (60) sich nach unten einwärts konisch verjüngt.

7. Einlaßteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (78) des Sitzes (72) schräg nach außen und oben unter einem Winkel verläuft, der dem Konuswinkel des unteren Teils (68) des Dichtkörpers (60) entspricht.

8. Einlaßteil nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (60) aus einer Titanlegierung besteht.