DE2824971C2 - Düse für eine Kunststoffspritzgießmaschine oder Kunststoffspritzgießform mit beheizbarer Angußdüse - Google Patents
Düse für eine Kunststoffspritzgießmaschine oder Kunststoffspritzgießform mit beheizbarer AngußdüseInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse für eine Kunststoffspritzgießmaschine oder auf eine Kunststoffspritzgießform mit beheizbarer Angußdüse, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist eine Düse dieser Art bekannt (DEOS 22 07 001), bei der das Mantelteil in den Heißkünalblock eingeschraubt ist und ein teilweise vom Mantelteil umschlossenes, mit der elektrischen Widerstandsheizung ausgerüstetes Heizelement den Heizstab aufweist, der sich
mit seiner Spitze bis in die Angußöffnung erstreckt Die Spitze weist einen Durchmesser auf, der kleiner als ein
Millimeter ist Da die Kunststoffschmelze aus der Maschinendüse der Spritzgußmaschine mit einem
hohen Druck in den Heißkanal hineingeschossen wird, treten im Heißkanal unkontrollierbare Strömungsbelastungen auf, durch die die aus dem Heizelement sich
erstreckende Spitze deformiert werden kann. Neben der mechanischen ist auch eine elektrische Störanfälligkeit der Spitze gegeben, die durch zwei dünne Drähte
gebildet wird. Das Heizelement wird intermittierend immer dann betrieben, wenn in der Angußöffnung
verfestigtes Kunstharz zum Schmelzen gebracht werden soll, damit ein Spritzgießvorgang durchgeführt
werden kann.
Es ist ferner ein Heizelement bekannt (FRPS 12 26 094), bei dem die elektrische Aufheizung über
einen Sekundärkreis eines Transformators erfolgt Das Heizelement weist einen zylindrischen oder konischen
Körper auf, der mit einer Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Kanälen versehen ist. Dieser Körper wird
im Abstand von der Düsenspitze und von der Zuführöffnung für das Kunststoffmaterial von zwei
Ringen umschlossen, die zusammen mit dem dazwischen liegenden Körperteil zum Sekundärkreis des
Transformators gehören, so daß dieser Körperteil elektrisch aufgeheizt wird. Eine unmittelbare Aufheizung der Düsenspitze des Heizelements erfolgt nicht.
Es ist ferner eine Spritzgießform für thermoplastische Kunststoffe mit wenigstens einer Punktanspritzung für
jeden Formling bekannt (ATPS 2 86 607), die aus einer die Formnester enthaltenden Formplatte und einer die
Formnester abdeckenden und an den Spritzkopf anschließbaren Verteilerplatte besteht. In der Verteilerplatte sind Verteilerkanäle und Spritzkanäle vorgesehen, die durch Heizdrähte beheizbar sind. In den
Spritzkanälen dieser Form ist der Heizdraht Uförmig
ausgebildet Da die Spritzkanäle zylindrisch gestaltet sind, ist über den Uförmig gebogenen Heizdraht eine
gleichmäßige Aufheizung der Kunststoffschmelze nicht zu erreichen. Es kommt hinzu, daß der der Einspritzöffnung
zugewandte, gebogene Bodensteg des U aufgrund seiner Raumform in relativ großem Abstand von der
Einspritzöffnung verlaufen muß. Für den einwandfreien Betrieb einer derartigen Spritzgießform ist es aber
erforderlich, daß gerade im Bereich der Einspritzöffnung eine intensive Aufheizung der Kunststoffschmelze
erfolgt
Es ist femer ein Heißkanalwerkzeug bekannt (USPS 35 20 026), bei dem das Heizelement als Patrone
ausgebildet und in den Spritzkanal des Werkzeuges mittig angeordnet ist Zwischen der Heizpatrone und
der Wandung des Spritzkanals ist ein ringförmiger Strömungskanal für die Kunststoffschmelze vorhanden,
in dem die Kunststoffschmelze aufgeheizt wird. Da dieser Strömungskanal durch eine gekühlte Werkzeugwand
begrenzt wird, ist ein Wirkungsgrad bei dieser Aufheizung nicht verwirklicht Der höchste Temperaturpunkt
bei der bekannten Konstruktion liegt gegenüber der vorderen Spitze der Heizpatrone nach innen
versetzt Eine gleichmäßige Aufheizung der Kunststoffschmelze bis in den Bereich der Spitze der Heizpatrone
wird nicht erzielt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düse der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß bei
ihrer Aufheizung ein nahezu kontinuierlicher Temperaturverlauf bis zur Düsenspitze und damit eine
gleichmäßige Wärmeabgabe an die Kunststoffschmelze über die gesamte Düsenlänge erzielt wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Heizstab im Bereich seiner Spitze über
Stege, die eine oder mehrere Austrittsöffnungen für die aus dem ringförmigen Strömungskanal austretende
Kunststoffmasse begrenzen, mit dem Mantelteil verbunden ist, daß zwischen der Spitze und dem Schaft des
Heizstabes ein Bauteil mit großer, von der im Bereich der Austrittsöffnungen austretenden Kunststoffmasse
benetzter Oberfläche angeordnet ist und daß der maximale Querschnitt des Bauteils mit großer Oberfläche
gleich oder größer ist als der Querschnitt des Schaftes des Heizstabes.
Beim Gegenstand der Erfindung wird der Strömungskanal
für die Kunststoffmasse bis in die Spitze der Düse von elektrisch aufgeheizten Teilen begrenzt. Neben der
Querschnittsverringerung des Heizstabes und der damit verbundenen hohen Wärmeerzeugung im Bereich der
Spitze sind auch Mittel vorhanden, welche die Wärme an die Kunststoffmasse intensiv abgeben können. Dies
geschieht dadurch, daß das zwischen der Spitze und dem Schaft gelegene Bauteil des Heizstabes eine große
Oberfläche besitzt. Mittels dieser großen Oberfläche kann in ausreichendem Maße Wärme an die Kunststoffmasse
übertragen werden.
Entlang des z. B. zylindrischen Schaftes des Heizstabes ist eine gleichmäßige Temperatur vorhanden. Im
Bereich des Bauteils mit großer Oberfläche kann der leitende Querschnitt durch Aufstauchen des Materials
etwa doppelt so groß sein, so daß in diesem Abschnitt infolge des geringeren elektrischen Widerstandes
weniger Wärme erzeugt wird- Zur Spitze hin steigt die
Wärmeerzeugung wieder an· da sich der Querschnitt sehr stark verjüngt. Das Bauteil mit großer Oberfläche
weist bei größerer QuerschniHsfläche als der Schaft des Heizstabes eine geringere Eigenerwärmung auf. Hierdurch
entsteht ein Wärmegefftlle von der Spitze weg, in welcher sehr viel Wärme entsteht Bei geeigneter
Dimensionierung der Teile kann ein nahezu kontinuierlicher Temperaturverlauf bis in die Spitze erzielt
werden.
Der Aufbau der Düse mit einem mittigen Heizstab, z. B. aus ChromNickelStahl, der am vorderen Ende mit
dem Mantel der Düse verbunden ist und die Begrenzung der vorderen Austrittsöffnung oder Austrittsöffnungen
durch einen oder mehrere hochbelastbare Stege gewährleisten und eine lange Lebensdauer der Düse
auch unter den Schlagbeanspruchungen durch die Kunststoffmasse, die in die Düse eingeschlossen wird.
Die Praxis zeigt, daß ein mit der erfindungsgemäßen Düse ausgerüstetes Werkzeug nach einer Arbeitspause
in kurzer Zeit wieder betriebsbereit ist Hierzu ist nur die elektrische Aufheizung der Düse erforderlich.
Da während des Betriebes eine elektrische Regelung der Düse entfällt kommt man mit einer wirtschaftlichen
Steuereinheit aus.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 die Teilansicht einer Kunststoffspritzgießform
im Schnitt,
F i g. 2 eine der in F i g. 1 dargestellten Angußdüsen im Vertikalschnitt,
Fig.3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in
Fig. 2,
F i g. 4 die Düse nach der F i g. 2 in perspektivischer Darstellung und im Schnitt
F i g. 5, 6 und 7 Horizontalschnitte durch das vordere Ende verschiedener Düsen,
F i g. 8 eine Abwandlungsform des vorderen Endes einer Düse,
Fig.9 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IX in
F ig. 8,
Fig. 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 10 in Fig. 8,
Fig. 11, 12 und 13 Horizontalschnitte durch das
vordere Ende verschiedener Düsen mit um 90° verdrehten, die Ausströmöffnungen begrenzenden Stegen,
Fig. 14 einen aus drei Düsen bestehenden Block in perspektivischer Darstellung,
Fig. 15, 16, 17 und 18 weitere Ausführungsbeispiele für die Gestaltung des vorderen Endes der Düse.
Die in der F i g. 1 aufgezeigte Kunststoffspritzgießform
weist eine Aufnahmebuchse 1 für eine Maschinendüse auf. Über diese Maschinendüse wird ein Verteilerkanal
2 mit einer Kunststoffmasse gefüllt, in dem ein langgestreckter Heizdraht 3 zum Aufheizen der
Kunststoffmasse vorgesehen ist. Von dem Verteilerkanal 2 aus gelangt die Kunststoffmasse in beheizbare
Angußdüsen 4, die mit ihrem rückwärtigen Ende in den Verteilerkanal 2 ragen. Die Kunststoffmasse durchströmt
die beheizbaren Angußdüsen 4 und gelangt über die Austrittsöffnungen 5 am vorderen Ende der Düsen
in die Formnester 6. Die öffnung der Spritzgießform zur Entformung der erstarrten Spritzlinge erfolgt in der
Ebene 7. Die Spritzlinge werden von den Ausstoßern 8 aus dem Formnest entfernt
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2 bis 4 setzt sich die beheizbare Düse aus einem mittigen
Heizstab 9 und einem vorderen sowie einem hinteren Mamelteil 10, 11 zusammen. Durch Isolierscheiben 12,
13 werden die beiden Mantelteile 10, 11 elektrisch untereinander isoliert. Sie sind über den Heizstab 9
miteinander verbunden.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.2 bis 4
erfolgt die Stromzuführung über einen Steckkontakt 14 und einen Kontaktring 15, der mit dem hinteren
Mantelteil 11 leitend verbunden ist. Der Stromfluß ist in
der F i g. 2 angedeutet. Er geht über den Kontaktring 15, das hintere Mantelteil 11, den Heizstab 9 und das an
Masse liegende vordere Mantelteil 10. Der Heizstab 9 kann aus ChromNickelStahl gefertigt werden, während
die Mantelteile 10 und U aus einem Baustahl hergestellt sind. Der Heizstab 9 ist mit einem Bauteil 16 ausgerüstet, to
das eine große Oberfläche aufweist, die von im Bereich der Austrittsöffnungen 5 austretender Kunststoffmasse
benetzt wird. Der maximale Querschnitt des Bauteils 16 mit großer Oberfläche ist gleich oder größer als der
Querschnitt des Schaftes des Heizstabes 9. Das Bauteil i6 weist einen rechteckigen Querschnitt auf und geht in
den runden Schaft des Heizstabes 9 über. In der Düse können Temperaturen bis zu 4000C entstehen. Mit dem
vorderen Ende des Heizstabes 9 sind im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 zwei Stege 17, 18
verbunden, die einstückig mit dem vorderen Mantelteil 10 sind und vom Außenrand des Mantelteils 10 in
Richtung auf den Heizstab 9 gebogen wurden. Diese Stege 17, 18 begrenzen zusammen mit dem vorderen
Ende des Heizstabes 9 die Austrittsöffnungen 5 der Düse. Die Ausströmöffnungen 5 im vorderen Mantelteil
10 beginnen vor der Querschnittsverjüngung des Heizstabes 9. Die seitlichen Ausleger des lanzenartig
ausgebildeten Bauteils 16 des Heizstabes 9 erstrecken sich durch die Austrittsöffnungen 5 nach außen.
Hierdurch wird eine intensive Flächenberührung des vorderen Heistabendes mit der Kunststoffmasse erzielt,
die zu einem optimalen Wärmetausch zwischen dem Heizstab 9 und der Kunststoffmasse führt. Auch die
Stege 17 und 18 heizen je nach der Wahl ihrer Querschnitte die Kunststoffmasse auf, obwohl zwischen
dem vorderen Ende des Heizstabes 9 und den Stegen 17, 18 ein Temperaturabfall vorhanden ist.
Durch die beschriebene Gestaltung des vorderen Endes der Düse und den damit geschaffenen Stromkreis
wird eine intensive Aufheizung auch im unmittelbaren Bereich der Angußöffnung zum Formnest der Spritzgießform
erreicht, wobei das Bauelement 16 mit großer Oberfläche einen Temperaturausgleich ermöglicht und
die hohe Temperatur im Bereich der Spitze abbaut.
Das vordere Ende der Düse ist auch so gestaltet, daß
es hohe Druckbeanspruchungen aufnehmen kann. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß aus
der Maschinendüse der Spritzgießmaschine die Kunststoffmasse mit einem Druck von ca. 1200 kp/cm2 in die so
Heißkanäle der Spritzgießform hineingeschossen wird. Hierbei treten hohe Einspritzgeschwindigkeiten auf, die
unkontrollierbare Strömungsbelastungen mit sich bringen.
Da der Wärmetausch zwischen den aktiven Heizern der Düse sowie der Kunststoffmasse direkt stattfindet,
und zwar ohne zwischengeschaltete Materialien, arbeitet
die Düse praktisch trägheitslos.
Das rückwärtige Teil 19 des vorderen Mantelteils 10 weist einen größeren Durchmesser auf als das übrige
Mantelteil und ist in dem Ausfuhrungsbeispiel nach den F i g. 2 und 4 als zylindrische Kammer 20 ausgebildet, die
teilweise das hintere Mantelteil 11, den Kontaktring 15
und die beiden Isolierscheiben 12, 13 aufnimmt Diese Kammer 20 ist über eine Ringmutter 21 verschließbar.
Aus den F i g. 6 und 7 ergibt sich, daß der Heizstab 9 am vorderen Ende auch kreuz oder sternförmig
ausgebildet sein kann. In der F i g. 6 sind dem vorderen Ende des Heizstabes vier Stege 25 zugeordnet, während
bei der Konstruktion nach der Fig.7 drei Stege 26 vorgesehen sind. Diese Stege 25 und 26 sind ebenfalls
wie die Stege 17 und 18 in der vorderen Spitze der Düse mit dem Heizstab 9 verbunden.
In den F i g. 8 bis 10 ist das vordere Ende einer Düse aufgezeigt, bei der die mit dem Mantelteil 10
verbundenen Stege 27, 28 vor ihrer Vereinigung mit dem Heizstab 9 um 90° gedreht werden. Durch diese
Maßnahme wird der Strömungswiderstand der Kunststoffschmelze im Bereich der vorderen Austrittsöffnungen
5 herabgesetzt. Gleichzeitig wird eine Mischung und Homogenisierung der Kunststoffmasse erreicht.
Aus den Fig. 12 und 13 ergibt sich, daß auch bei
dieser Konstruktion mit den um 90° verdrehten Stegen das vordere Ende des Heizstabes 9 eine von der
Lanzenform abweichende Profilierung aufweisen kann. In der Fig. 12 ist ein kreuzförmiges und in der Fig. 13
ein sternförmiges vorderes Ende des Heizstabes 9 dargestellt. Die den Heizstäben 9 zugeordneten Stege
29 und 30 sind ebenfalls mit dem Mantelteil 10 einstückig und nach einer Verdrehung um 90° mit der
Spitze des Heizstabes 9 verbunden, und zwar durch Schweißen oder Löten.
Die Fig. 14 zeigt, daß der rückwärtige Teil 19 des
vorderen Mantelteils 10 auch viereckig bzw. blockförmig ausgebildet sein kann. Mehreren Düsen kann auch
ein gemeinsamer Block zugeordnet werden.
Aus den F i g. 15 und 16 ergibt sich, daß das vordere
Ende des Heizstabes 60 als separates Formteil 58 ausgebildet sein kann. Dieses Formteil 58 kann als
Blechstanzteil oder als Prägeteil gestaltet sein. Die Ausströmöffnungen 5 werden bei dieser Konstruktion
durch Stege begrenzt, die als Uförmiges Formteil 59 ausgebildet sind. Die Formteile 59 werden, wie sich
insbesondere aus der Fig. 16 ergibt, formschlüssig zusammengesteckt und dann untereinander bzw. mit
dem Heizstab 60 durch Schweißen oder Löten verbunden.
Es ist auch denkbar, das vordere Ende der Düse im Sinne der Fig. 17 und 18 zu gestalten. Bei dieser
Konstruktion werden die die Ausströmöffnungen 5 begrenzenden Stege durch winkelförmige Formteile 61
gebildet, die in der vorderen Spitze des Heizstabes 60 in Ausnehmungen 62 eingesetzt und festgelegt und am
anderen Ende mit dem vorderen Mantelteil 63 verbunden werden.
In den erörterten Ausführungsbeispielen wurden Heizstäbe dargestellt, die im Querschnitt eine Kreisforrn
aufweisen. Es können auch Heizstäbe eingesetzt werden, deren Querschnitte von der Kreisform
abweichen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Verhältnis * der Oberfläche des Heizstabes im Bereich des
Strömungskanals zur Innenfläche des Mantels 1 :1,5 bis
1:3,5, vorzugsweise 1:2 bis 1:3 zu wählen. Ein , optimales Verhältnis ist 1: 2$.
Wird die Düse in diesem Sinne gestaltet, so bildet die \
Kunststoffmasse an der Innenseite der Mantelteile eine Isolierschicht, die sich für den Betrieb der Düse in einer
gewissen Stärke als vorteilhaft erwiesen hat Nach einer Betriebspause und einem erneuten Aufheizen der Düse
stellt sich die gewünschte Innenisolierschicht aus dem f Material der Kunststoffschmelze wieder ein. s
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Düse für eine Kunststoffspritzgießmaschine oder Kunststoffspritzgießform mit einer am Ende
eines Heißkanals angeordneten, sich zur Düsenspitze hin konisch verjüngenden und beheizbaren
Angußdüse, die einen in den den Heißkanal aufweisenden Heißkanalblock eingesetzten, ringförmigen Mantelteil und einen ringförmigen Strömungskanal für den einzuspritzenden Kunststoff
zwischen der inneren Oberfläche des Mantelteils und der äußeren Oberfläche eines sich mittig durch
das Mantelteil bis in die Angußöffnung in den zugeordneten Formhohlraum erstreckenden Heizstab aufweist, dessen sich in die Angußöffnung
erstreckende, verjüngende Spitze als Teil einer elektrischen Widerstandsheizung ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstab (9,60) im Bereich seiner Spitze (bei 16,58) über
Stege (17, 18, 25, 26, 27, 28, 29, 30), die eine oder mehrere Austrittsöffnungen (5) für die aus dem
ringförmigen Strömungskanal (24) austretende Kunststoffmasse begrenzen, mit dem Mantelteil (10,
63) verbunden ist, daß zwischen der Spitze und dem Schaft des Heizstabes (9,60) ein Bauteil (16,58) mit
großer, von der im Bereich der Austrittsöffnungen (5) austretenden Kunststoffmasse benetzter Oberfläche angeordnet ist und daß der maximale Querschnitt des Bauteils (16, 58) mit großer Oberfläche
gleich oder größer ist als der Querschnitt des Schaftes des Heizstabes (9,60).
2. Düse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder mehrere Ausströmöffnungen (5) im vorderen Mantelteil (10) in Strömungsrichtung der Kunststoffmasse vor dem Bauteil
(16,58) mit großer Oberfläche beginnen.
3. Düse nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausströmöffnungen (5) begrenzenden Stege (17,18,25,26,27,28,
29, 30) einstückige Teile des vorderen Mantelteils (10) sind und sich konisch zur Spitze des Heizstabes
(9) erstrecken.
4. Düse nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Mantelteil (10) einstückigen Stege (27,28,29,30) nach einer Verdrehung um
90° mit der Spitze des Heizstabes (9) verbunden sind.
5. Düse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausströmöffnungen (5)
begrenzenden Stege als mit dem vorderen Ende des Heizstabes (60) und mit dem vorderen Mantelteil
(63) verbindbare Formteile (61) ausgebildet sind (F ig. 17,18).
6. Düse nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausströmöffnungen (5)
begrenzenden Stege als Uförmiges Formteil (59), vorzugsweise Blechstanzteil, gestaltet sind.
7. Düse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Heizstabes (60)
als separates Formteil (59), vorzugsweise als Blechstanzteil oder Prägeteil, ausgebildet ist.
8. Düse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende (16) des Heizstabes
(9) lanzenförmig mit rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet ist.
9. Düse nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Ausleger der Lanze sich
durch die Ausströmöffnungen (5) nach außen erstrecken.
10. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Heizstabes (9)
kernoder kreuzförmig gestaltet ist
11. Düse nach einem der vorhergehenden
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Heizstabes von der Kreisform
abweicht
12. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Oberfläche des Heizstabes (9) im Bereich
des Strömungskanals für die Kunststoffmasse zur Innenfläche des Mantels 1:1,5 bis 1:3,5, vorzugsweise 1 :2 bis 1 :3, ist
13. Düse nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis der Oberfläche des
Heizstabes (9) im Bereich des Strömungskanals für die Kunststoffmasse zur Innenfläche des Mantelteils
(10,11)1:2£ beträgt
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