DE2728820B2

DE2728820B2 - Verschlußdüse für eine Kunststoff -Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE2728820B2
Application number: DE2728820A
Authority: DE
Inventors: James Earl Lebanon Ohio Dawson (V.St.A.)
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1977-06-27
Publication date: 1979-03-22
Also published as: AT371056B; US4073944A; US4140238A; DE2728820C3; ATA453977A; CA1088714A; JPS536364A; FR2357359A1; JPS615886B2; DE2728820A1; FR2357359B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschlußdüse für eine Kunststoff-Spritzgießmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Verschlußdüsen werden bei Spritzgießmaschinen mit hin- und hergehender Plastifizierschnecke oder mit hin- und hergehendem Stößel zur Verarbeitung von Kunststoff oder elastomerem Material verwendet. Derartige Spritzgießmaschinen mit hin- und hergehender und rotierender Plastifizierschnecke enthalten gewöhnlich einen Plastifizierzylinder und eine Plastifizierkammer mit einer Bohrung, in der sich die Plastifizierschnecke so dreht, daß dem festen Spritzgießmaterial ein Eintreten in den Zylinder und ein Plastifizieren beim Vorwärtsbewegen in Richtung des Plastifizierschneckenvorschubs möglich ist. An einem Ende des Plastifizierzylinders ist eine Verschlußdüse befestigt, die mit einem Eingußkanal einer Spritzgießform in Verbindung steht. Wenn das plastifizierte Material am dosierenden oder vorderen Ende der Plastifizierschnecke abgelegt wird, entwickelt es einen Rückdruck, der die Plastifizierschnecke so beaufschlagt, daß sie sich in der Plastifizierzylinderbohrung zurückzieht. Wenn das plastifizierte Material ein vorgegebenes Volumen oder die Schuhgröße erreicht, berührt die sich zurückziehende Plastifizierschnecke einen Grenzschalter und hält ihre Drehung an. Der Schuß ist nun bereit zum Einspritzen in den Gießformhohlraum, im allgemeinen bei Empfang eines Signals von einer Spannvorrichtung, worauf die Plastifizierschnecke hydraulisch vorwärts getrieben wird und den Schuß einspritzt. Später beginnt sich die Plastifizierschnecke erneut zu drehen und allmählich zurückzuziehen, wenn im Plastifizierzylinder ein neuer Schuß aufgebaut wird. Auf diese Weise bewegt sich die Plastifizierschnecke einmal je Maschinenzyklus hin und her zum Plastifizieren und Einspritzen eines Materialschusses.

Die Verschlußdüse wird zum Unterbrechen des Stromes von erschmolzenem Material in den Eingußkanal der Spritzgießform verwendet Die Verwendung dieser Verschlußdüse weist den Vorteil auf, daß sie

ίο durch absperren des Materialstromes ein Durchsickern des Materials verhindert oder völlig unterbindet und ermöglicht, so daß während Perioden, in denen die Spritzgießform offen ist, ein Plastifizieren möglich ist. Im allgemeinen findet das Plastifizieren während des

'•5 Teilaushärtens statt, damit ein Entweichen von plastifiziertem Material verhindert wird.

Es sind verschiedene Arten von Verschlußdüserr bekannt geworden, bei denen z. B. eine federbetätigte Düsennadel unter einem beliebigen Winkel in den abzusperrenden Düsenkanal eingeschoben wird. (DE-AS 10 97 664; US-PS 30 02 229). Derartige Nadelventile arbeiten jedoch nicht sehr zuverlässig.

Weiterhin sind mechanisch betätigte Zapfenventile (US-PS 31 72 161) bekannt geworden, die jedoch relativ schwer richtig ausgefluchtet werden können und viele dem Verschleiß unterworfene Schwenkpunkte haben. Weiterhin sind hydraulisch betätigte Drehventile bekannt geworden (US-PS 31 69 275), die häufig einem Fressen unterliegen und aufgrund der hohen Düsentemperaturen schwierig in der Nähe der Düse anzuordnen sind. Gleiches gilt für aus der US-PS 30 26 567 bekanntgewordene hydraulisch betätigte Kolbenventile.
Aus der DE-OS 18 08 225 ist eine Verschlußdüse der im Oberbegriff des Patentanspruches I genannten Art bekannt geworden. Dort wird ein Kanal, der aus einem Verbindungskanal- und einem Düsenkanalabschnitt besteht, von einem verschiebbaren Stößel abgesperrt oder geöffnet. Der Stößel weist hierbei eine Querbohrung auf, die in der Offenstellung der Verschlußdüse mit dem Verbindungskanal und dem Düsenkanal fluchtet.

Zur Betätigung des Stößels sind zwei Kolben-Zylinderanordnungen vorgesehen, die durch abwechselnden Anschluß an eine Druckmittelquelle zum Speisen des einen und Entleeren des anderen Zylinders den Stößel wahlweise hin- und herbewegen.

Zum öffnen dieser Verschlußdüse in Vorbereitung für einen Einspritzzyklus ist eine beträchtliche Kraft erforderlich, die vollständig durch die Druckmittelquelle aufgebracht werden muß. Weiterhin muß bei dem Zusammenbau der bekannten Verschlußdüse sehr genau darauf geachtet werden, daß die durch den Stößel iiindurchverlaufende Querbohrung genau mit dem Verbindungskanal b?w. dem Düsenkanal ausgefluchtet ist. Hierzu ist der Stößel an seinen beiden Enden mit dem Kolben der Kolben-Zylinderanordnungen fest verschraubt und an mindestens einem der Kolben ist ein Führungsstift, der in einem Sackloch gleiten kann, vorgesehen, um eine Drehung der Kolben und damit des Stößels zu verhindern. Diese bekannte VerschluOdüse ist daher in ihrem Aufbau und bei ihrer Herstellung relativ aufwendig, da sowohl die Achsen der beiden Zylinder als auch die Achse des Stößels genau auf einer Linie liegen müssen und weiterhin der Stößel in radialer Richtung genau justiert werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verschlußdüse der oben angegebenen Art zu schaffen, die einfacher, insbesondere mit geringeren Anforderungen an die

Präzision der Herstellung, hergestellt und montiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuerkammer als Verlängerung der Slößelbohrung in Absperrstellung des Stößels von dessen dem Antriebskolben abgewandten Ende ausgehend ausgebildet und über einen Steuerkanal mit dem Verbindungskanal in Strcmungsrichtung gesehen vor der Stößelbohrung verbunden isL ■

Hierdurch wird erreicht, daß der Stößel durch den Druck des Kunststoffes, der über den Steuerkanal in die Stellerkammer gelangt, in Öffnungsrichtung bewegbar ist, wodurch nur noch eine Kolben-Zylinderanordnung zum Schließen der Vtrschlußdüse benötigt wird. Der Stößel ist hierbei so ausgebildet, daß er in der Offenstellung im wesentlichen vollständig aus dem Verbindungskanal und dem Düsenkanal entfernt ist, so daß keine Ausfluchtprobleme auftreten. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verschlußdüse liegt darin, daß zum Steuern der Verschlußdüse Druckmittelquellen mit verhältnismäßig gernger Leistung benötigt werden, da ein wesentlicher Teil der zurr Öffnen der Verschlußdüse benötigten Kraft von dem Druck des plastifizierten Materials selbst aufgebracht wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Steuerkanal selbstreinigend ist, da das plastifizierte Material durch ihn von einem Ende zum anderen strömen kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Antriebskolben und der Stößel über eine schwimmende Verbindung, die nur eine Übertragung von Druckkräften in Richtung der gemeinsamen Achse von Antriebskolben und Stößel zuläßt, verbunden sind. Der Stößel ist also mit dem Antriebskolben nicht fest verbunden, so daß eine gegenseitige seitliche Bewegung sowie eine Drehbewegung zwischen dem Stößel und dem Antriebskolben möglich ist und auch keine Zugkräfte zwischen Antriebskolben und Stößel auftreten können. Hierdurch wird erreicht, daß die Achsen des Stößels und des Antriebskolbens nicht ausgeiiucrrsi sein müssen und auch der Stößel sich radial zu seiner Achse drehen kann, da seine radiale Lage in Bezug auf die gemeinsame Achse von Verbindungskanal und Düsenkanal für die einwandfreie Funktion der Verschlußdüse unbeachtlich ist. Sowohl Herstellung der einzelnen Teile der Verschlußdüse als auch deren Montage werden hierdurch wesentlich vereinfacht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt der Verschlußdüse, die zwischen dem Düsenkopi* und dem Plastifizierzylinder angeordnet ist;

F i g. 2 eine Vorderansicht der Verschlußdüse von F i g. I; und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1.

Die Verschlußdüse 1 ist zwischen einem Düsenkopf 2 und einem Plastifizierzylinder 3 einer Spritzgießmaschine angeordnet. Der Plastifizierzylinder 3 weist einen bekannten Aufbau auf, der in einem Zylinderabschlußdeckel 5 endet, der durch nicht gezeigte Stehbolzen oder Kopfschrauben an das Ende des Plastifizierzylinders 3 geschraubt ist und einen hindurchverlaufenden zentralen axialen Kanal 9 aufweist. In dem Plastifizierzylinder 3 ist eine Plastifizierschnecke 10 angeordnet, die sich darin drehen und hin- und herbewegen kann. Die Achse 11 des Kana'* 9 erstreckt sich nicht nur durch den Zylinderabschlußdeckel 5, sondern auch durch den Düsenkopf 2 und die Verschlußdüse I in einer im wesentlichen geraden Linie. Eine Reihe von Kanälen bildet den Kunststoffströmungsweg, beginnend mit dem zentralen axialen Kanal 9, gefolgt von einem durch die Verschlußdüse 1 hindurchverlaufenden Verbindungskanal 14 und einem Düsenkanal IS.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Düsenkopf 2 eine Anordnung einer Düsenspitze 16 mit einem Düsenkörper 17. Selbstverständlich könnte auch eine einstückige Düse geeigneter Länge und Größe verwendet werden. Nach Bedarf werden Heizkörperbandagen und zu deren Steuerung Thermoelemente an der Düse, dem Zylinderabschlußdeckel 5 und dem Düsenzylinder angebracht Geeignete Gewindeverbindüngen 18, 19 befestigen die Düsenspitze 16 am Düsenkörper 17 und den Düsenkörper 17 im stromab gelegenen Ende des Düsengehäuses 20, das im folgenden beschrieben wird.

Die Verschlußdüse 1 ist eine Anordnung einer Anzahl von Bestandteilen mit einem Düs' ngehäuse 20, durch das der Verbindungsksna! !4 hindurchverläuft, der, wie bereits angegeben, im wesentlichen koaxial mit dem zentralen axialen Kanal 9 im Zylinderabschlußdeckel 5 verläuft. Das stromauf gelegene Ende des Düsengehäuses 20 weist ein mit Außengewinde versehenes Verbindungsglied 23 auf, das in Gewindeeingriff mit einem Adapter 24 steht, der seinerseits durch mehrere Schrauben 25 am Zylinderabschlußdeckel 5 befestigt ist Im Düsengehäuse 20 ist eine ,Stößelbohrung 28

jo ausgebildet, die den Verbindungskanal 14 vorzugsweise senkrecht schneidet und an ihrem einen Ende eine Steuerkammer 29 bildet, die an einer Seite des Verbindungskanals 14 angeordnet ist. Die Steuerkammer 29 wird ferner durch einen Stopfen 30 und einen Verschlußdeckel 3) begrenzt, der durch mehrere Schrauben 32 an die Unterseite des Düsengehäuses 20 geschraubt ist. Eine Thermoelementbohrung 33 ist im Verschlußdeckel 31 für ein Thermoelemert 34 ausgebildet, das zur Steuerung der Gehäuseheizbandage 34/4 verwendet wird. Diese Konstruktion erleichtert die H Erstellung dadurch, daß die Stößelbohrung 28 ähnlich dem Verbindungskanal 14 und dem Düsenkanal IS vollständig durch das Düsengehäuse 20 gebohrt werden kann ohne die Probleme des Bohrens und Entgratens einer Sacklochbohrung.

In der Stößelbohrung 28 ist ein Stößel 35 hin- und herbewegbar angeordnet, dessen Querschnitt ausreicht zum vollständigen Absperren des Verbindungskanals 14 an der Stelle, wo sich die Stößelbohrung 28 und der

so Verbindungskanal 14 bzw. Düsenkanal 15 schneiden. Es ist ein minimales Spiel für die Hin- und Herbewegung des Stößels 35 vorgesehen, so daß Leckverluste längs der Stößelbohrung 28 auf ein Mindestmaß gebracht werden. Der Stößelquerschnitt ist auch ausreichend zum Absperren des oSeren Endes der Steuerkammer 29, wenn der Stößel 35 in diese eingesetzt ist. Der Stößel 35 weist eine ausreichende Länge auf und wird um einen ausreichenden Hub hin- und herbewegt zum Absperren des oberen Enc'.-s der Steuerkammer 29, vgl. die gestrichelten Linien in Fig. 1. Hierdurch wird der Verbindungskanal 14 abgesperrt, jedoch bei Zurückziehung des Stößels 35 in die ausgezogen dargestellte Stellung von F i g. 1 geöffnet.

Im Düsengehäuse 20 ist ein Steuerkanal 36 ausgebiidet, der eine Verbindung zwischen der Steuerkammer 29 und einer Stelle herstellt, die stromauf der genannten Schnittstelle Bohrung-Kanal gelegen ist. Der Steuerkanal 36 ermöglicht, daß Kunststoff durch ihn hindurch in

die Steuerkammer 29 strömt und der Druck des Kunststoffs auf das Ende des Stößels 35 ausgeübt wird, wenn sich dieser in der Steuerkammer 29 befindet. Der Steuerkanal 36 kann auf übliche Weise hergestellt werden durch Bohren sich schneidender Bohrungen von der Außenseite des Düsengehäuses 20 her in die Steuerkammer 29 bzw. in den Verbindungskanal 14 und durch Verschließen jeder Bohrung mit einem mit Gewinde versehenen Verbindungsstück, etwa einem Rohrstopfen. Falls erwünscht, können Stopfen 30 in die außenseitigen Räume solcher Steuerkanalbohrungen eingesetzt werden.

Auf dem Düsengehäuse 20 ist eine einfachwirkende pneumatische Kolben-Zylindcranordnung 39 angeordnet, die als Antricbseinrichlung für den Stößel 35 wirkt. Aufgrund der Größe des Antriebskolbcns 40 wird diese vorzugsweise als ein Absperrventil der .Schieberbauart beschrieben.

Der Stößel 35 wird von der Unterseite des Aniiiebskuibens 4ü berührt, ist jedoch nicht daran geschraubt oder anderweitig befestigt. Dies vermindert Ausfliichtungsprobleme beim Zusammenbau der Verschlußdüsc 1. Der Antriebskolben 40 weist vorzugsweise Kolbenringe 41 auf und ist verschiebbar in einen pneumatischen Zylinderdeckel 42 eingesetzt. Der Zylinderdeckel 42 ist mittels durch Ansätze 44 zum Zylinderunterteil 45 verlaufende Kopfschrauben 43 verschraubt. Der Zylinderdeckel 42 weist einen geeigneten Luftkanal 47 für den Einlaß und Auslaß von Luft zum bzw. vom Oberteil des Antriebskolbens 40 auf. Ein isolierendes Abstandstück 49 vorzugsweise aus Polyamid mit einem hohen Erweichungspunkt (538⁰C) ist zwischen dem Zylinderdeckel 42 und dem Zylinderunterteil 45 angeodnet. Wahlweise kann der Kolbenring 41 aus Graphitkohle bestehen oder kann der Zylinderdeckel 42 mit einem Kohlenstoffanstrich ausgekleidet sein.

Die Kolben-Zylinderanordnung 39 ist durch viele Schrauben 50 am Düsengehäuse 20 befestigt, von dem es durch ein hohles zylindrisches AbMandstück 52 entfernt ist, durch das jede Schraube 50 hindurchtritt.

Durch Betätigen eines Dreiwegeventils 53 auf bekannte Weise wird der einfach wirkenden Kolben-Zylinderanordnung 39 Luft zugeführt oder davon abgeführt. Das Dreiwegeventil 53 und die zugehörige Leitung 54 sind schematisch dargestellt.

Bei einem normalen Arbeitszyklus für den Spritzguß ist die Verschlußdüse 1 in die in Fig. 1 gestrichelt gezeigte Stellung bewegt, in der der Verbindungskanal 14 gesperrt ist. An der Oberseite des Antriebskolbens 40 wird Druckluft aufrechterhalten, die die Verschlußdüse (Stößel 35) geschlorsen hält. Dies wird durch Zuführen einer ausreichenden Luftmenge durch den Luftkanal 47 des Zylinderdeckels 42 erreicht, damit der Antriebskolben 40 und der Stößel 35 abwärts in die gestrichelt gezeigte Stellung gedruckt werden. Kurz danach wird die Plastifizierschnecke 10 durch eine nicht gezeigte übliche Antriebseinrichtung gedreht. Wenn sich die Plastifizierschnecke 10 dreht, wird der Kunststoff in geschmolzenen Zustand gebracht und sammelt sich stromab der Plastifizierschnecke an einer Stelle 60 an. Die Steuerkammer 29, der Stcucrkanal 36 und die stromauf hiervon gelegenen Kanäle (?.. B. 14, 9) stehen in voller Druckverbindung mit dem Kunststoff, der sich bei der Stelle 60 vor der Plastifizierschnecke 10 ansammelt. Wenn sich die richtige Kunststoffmenge stromab der Plastifizierschnecke 10 (in Fig. I links) angesammelt hat, unterbricht das System die Drehung

ίο der Plastifizierschnecke 10 und drückt diese auf bekannte Weise in Fig. I nach links, worauf diese unmittelbar einen Druck auf die stromab von ihr angesammelte Kunststoffmasse ausübt.

In disem Augenblick soll die Vcrschlußdiise 1 öffnen.

r> die den Verbindungskanal 14 während des oben beschriebenen Teils des Arbeitszyklus geschlossen hat. Dies erfolgt durch Ablassen der Luft an der Oberseite des Antricbskolbens 40 und durch Bewegen der Plastifizierschnecke 10 nach links (in Fig. I). Dies wiederum baut einen hohen hydraulischen Druck in der links von der Plastifizierschnecke 10 angesammelten Kunststoffmasse auf und überträgt diesen Druck auf den Stcuerkanal 36. die Stcuerkammer 29 und die Unterseite des Stößels 35. Diese Druckbeaufschlagung reicht aus, um den Stößel 35 aufwärts in die ausgezogen dargestellte Stellung von F i g. I zu drücken, worauf der Verbindungskanal 14 offen ist und das Einspritzen von Kunststoff in den Eingußkanal 63 der Spritzgießform 64 beginnt. Jer Verbindungskanal 14 wird kurze Zeit

jo später durch Beaufschlagen der Oberseite des Antriebskolbens 40 über das Dreiwegeventil 53 und die Leitung 54 mit Druckluft oder einem anderen pneumatischen Material gesperrt. Danach wiederholt sich der Arbeitszyklus.

r> Es sei hervorgehoben, daß der Stößel 35 aus gehärtetem Stahl von im wesentlichen zylindrischer Form und Größe hergestellt werden kann und mit Gleitsitz in die Stößelbohrung 28 paßt. Der Stößel 35 weist in seiner bevorzugten Ausführungsform einen im wesentlichen konstanten Durchmesser auf. Der Stößel 35 enthält in Längsrichtung hintereinander einen Stcucrbereich. der mit Gleitsitz in den die Steuerkammer 29 bildenden Teil der Stößelbohrung 28 paßt, einen Berührungsteil am anderen Ende, der sich längs der

4', Stößelbohrung 28 zur Außenseite des Düsengehäuses 20 bis zu einer Stelle erstreckt, wo er den Antriebskolben 40 schwimmend berührt, und zwischen den beiden vorhergehenden Bereichen einen Sperrbereich mit einem Durchmesser oder einer Größe, die ausreichen

V) zum Sperren des Verbindungskanals 14. wenn dieser Sperrbereich quer dazu angeordnet ist (d. h. in d^:e gestrichelt dargestellte Stellung von Fig. I vorgescuoben ist). Die schwimmende Berührung mit dem Antriebskolben 40 ermöglicht eine gegenseitige seitliehe Bewegung, falls der Stößel 35 und der Antriebskolben 40 nicht genau koaxial sind, während gleichzeitig dazwischen keine Zugkraft in der Achsrichtung des Stößels 35 übertragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. VerschluBdüse für eine Kunststoff-Spritzgießmaschine mit einem zwischen einem Plastifizjerzylinder und einem an einer Sprit?gießform anliegenden Düsenkopf angeordneten Düsengehäuse, einem im Düsengehäuse angeordneten, den Plastifizierzylinder mit dem Düsenkopf verbindenden, absperrbaren Verbindungskanal, einer zum Verbindungskanal verlaufenden und diesen vollständig schneidenden Stößelbohrung, in der ein in seiner einen Stellung den Verbindungskanal vollständig absperrender, zylindrischer Stößel verschiebbar ist, der auf seiner einen Seite von einem in einem Zylinder angeordneten Antriebskolben beim Einwirken eines Druckmittels beaufschlagbar und in die Absperrstellung verschiebbar ist und der auf seiner anderen Seite in eine Steuerkammer eingreift und bei Einwirken eines Druckes in der Steuerkammer in die Offenstellung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (29) als Verlängerung der Stößelbohrung (28) in Absperrstellung des Stößels (3S) von dessen dem Antriebskolben (40) abgewandten Ende ausgehend ausgebildet und über einen Steuerkanal (36) mit dem Verbindungskanal (14) in Strömungsrichtung gesehen vor der Stößelbohrung (28) verbunden ist.

2. Verschlußdüse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (40) und der Stößel (35) über eine schwimmende Verbindung, die nur eine Übertragung von Druckkräften in Richtung de/ gemeinsamen Achse von Antriebskolben (40) und Stößel (35) zuläßt, verbunden sind.