DE2940818A1

DE2940818A1 - Heisskanalspritzduese fuer eine kunststoff-spritzgiessvorrichtung

Info

Publication number: DE2940818A1
Application number: DE19792940818
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Dangelmaier Bernhard 7410 Reutlingen
Current assignee: Sfr-Formenbau Dangelmaier 7410 Reutlingen D GmbH
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1979-10-09
Publication date: 1981-04-23
Also published as: DE2940818C2

Description

Beschreibung
Heißkanalspritzdüse für eine Kunststoff- Spritzgießvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Heißkanalspritzdüse für eine Kunststoff-Spritzgießvorrichtung, bei welcher in einem im wesentlichen hohlzylindrischen, an seinem einen Ende mit einer Düsenaustrittsöffnung versehenen und am anderen Ende durch einen Deckel verschließbaren Düsenkörper ein rohrförmiger, von plastifiziertem Kunststoff durchflossener, auf seinem Außenmantel ein ringförmiges, elektrisches Heizelement tragender Düsenkern koaxial angeordnet ist, der mit einer wenigstens eine Öffnung für den Durchtritt des plastifizierten Kunststoffes aufweisenden Kernspitze in die Düsenaustrittsöffnung ragt,und bei welcher der Düsenkern an seinen Enden auf kleinflächigen Widerlagern unter Freilassung eines ringförmigen Luftspaltes zwischen Düsenaustrittsöffnung und Deckel fest eingespannt ist.
Eine Heißkanalspritzdüse dieser Art ist aus der DE-OS 25 39 785 bekannt. Obwohl sich die bekannt Düse in der Praxis gut bewährt hat und insbesondere eine beachtliche Lebensdauer zeigt , erwies sie sich doch noch in mancher Hinsicht als verbesserungsfähig.
In jahrelangen Versuchen wurde festgestellt, daß die Lebensdauer einer Spritzdüse der hier in Rede stehenden Art im wesentlichen von zwei Faktoren bestimmt ist, nämlich von ihrer Kratzfestigkeit und ihrer Säureresistenz. Die Kratzfestigkeit ist insbesondere im Zusammenhang mit dem Verspritzen glasfaserhaltiger Kunstsoffe von Bedeutung, weil die Glasfasenibeim Vorbeilaufen an inneren Wandflächen der Düse diese natürlich besonders stark mechanisch korrodieren. Daneben aber wurde in überraschender Weise gefunden, daß beim Verspritzen von auf hohe Temperaturen erhitzten Kunststoffen aus diesen Kunststoffen Säuren frei werden, welche das Düsenmaterial chemisch angreifen und zwar insbesondere im Bereich der die Spitze des Düsenkerns umgebenden Düsenaustrittsöffnung. Es war also das Problem zu lösen, eine Heißkanalspritzdüse zu schaffen, die bereichsweise sowohl kratzfest als auch säureresistent ist.
Ein weiteres Problem ist natürlich bei jeder Heißkanalspritzdüse die Qualität des mit der Düse hergestellten Spritzgußteils. Hier wurde gefunden, daß zur Erzielung einer guten Spritzgußqualität im wesentlichen zwei Faktoren beachtet werden müssen: müssen lokale Uberhitzungen des durch die Düse strömenden Kunststoffes,und zwar insbesondere im Bereich der Düsenaustrittsöffnung vermieden werden1 und die dem zu verspritzenden Kunstsoff mitzuteilende Wärme muß im Bereich der Düsenaustrittsöffnung möglichst weit nach vorne getragen werden. Lokale Überhitzungen des Kunststoffes in der Düse können zu einer stellenweise matten oder verfärbten Oberfläche des Spritzgußteiles führen. Auch die bekannte und höchst unerwünschte,eisblumenartige Oberflächenstruktur des fertigen Spritzgußteiles geht häufig auf lokale Überhitzungen des plastifizierten Kunstoffes in der Düse zurück. Wird die durch das Heizelement in der Düse erzeugte Wärme nicht so weit als möglich bis in den Bereich der Düsenaustrittsöffnung vorgetragen, so besteht die Gefahr des Einfrierens des plastifizierten Kunstoffes.
Außerdem können hierdurch ungleichmäßige Angußstellen am fertigen Spritzgußteil entstehen, weil der bereits erkaltende1plastifizierte Kunststoff ungleichmäßig abreißt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Heißkanalspritzdüse zur Erhöhung ihrer Lebensdauer kratzfest und säureresistent auszubilden und zur Erhöhung der Spritzgußqualität lokale, auf Friktionswärme beruhende überhitzungen des in der Düse strömenden Kunststoffes zu vermeiden, sowie die von der Düse erzeugte Wärme im Bereich der Düsenaustrittsöffnung möglichst weit nach vorne zu tragen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst: a.) der Düsenkern besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einem Hauptkern und einer davon gesonderten Kernspitze; b.) der Hauptkern besteht aus stromlos vernickelter Berylliumlegierung mit einer Rockwellhärte von 70 - 75 HRc; c.) die Kernspitze und der Düsenkörper bestehen aus hochprozentigem Chromstahl mit einer Rockwellhärte von 57 - 64 HRc; d.) zwischen der der Düsenaustrittsöffnung benachbarten Stirnseite des Hauptkerns und der Innenwand des Düsenkörpers ist eine Luftspalt ausgebildet; e.) die Innenwand des Düsenkörpers ist im Bereich der Kernspitze paraboloidartig hohl ausgebildet; f.) der paroboloidartig gewölbte Bereich des Dusenkörpers geht in eine sich verjüngende Düsenaustrittsöffnung mit scharfer, äußerer Abrißkante über; g.) d2s freie Erde der Kernspitze steht über die Düsenaustrittsöffnung vor.
Bei der praktischen Erprobung einer derart ausgebildeten Heißkanalspritzdüse konnten bis zu 400. ooo Spritzvorgänge t"Schüsse") hintereinander ausgeführt werden, ohne daß die Düse in ihren Spritzeigenschaften merklich nachließ. Bekannte Heißkanalspritzdüsen sind häufig bereits nach 3. ooo Spritzvorgängen unbrauchbar. Eine Standzeit von 10. 000 "Schüssen" galt bisher so gut wie unerreichbar.
Die Qualität der mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Heißkanalspritzdüse erzeugten Spritzgußteile ist makellos. Die Angußstelle ist häufig völlig unsichtbar.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Heißkanalspritzdüse; Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen paraboloidartig geformten Düsenkörper im Bereich seiner Düsenaustrittsöffnung; Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer Kernspitze und Fig. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Kernspitze.
Wie aus Figur 1 hervorgeht, weist ein im wesentlichen hohlzylindrischer Düsenkörper 1 in der Nähe seines einen (in Figur 1 rechts gelegenen) Endes eine bundförmige Erweiterung 2 und an seinem anderen anderen Ende eine kegelförmige Verjüngung 3 mit einer mittigen Düsenaustrittsöffnung 4 auf. In den Düsenkörper 1 ist ein rohrförmiger Düsenkern 5 von im wesentlichen kreiszylindrischem Querschnitt eingesetzt. Der Düsenkern 5 besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Hauptkern 6 und einer Kernspitze 7, die in eine entsprechende Ausnehmung des Hauptkerns eingepaßt ist. Das freie Ende 8 der Kernspitze 7 liegt in der Mitte der Düsenaustrittsöffnung 4 und steht über diese Öffnung geringfügig vor. Durch dieses überstehen der Kernspitze über die Düsenaustrittsöffnung wird erreicht, daß die Wärme aus der Düse bis unmittelbar in die Angußstelle vorgetragen wird.
Der aus dem Hauptkern 6 und der Kernspitze 7 bestehende Düsenkern 5 ist an seinen Enden auf verhältnismäßig kleinflächigen Widerlagern unter Freilassung eines ringförmigen Luftspaltes zwischen Düsenaustrittsöffnung 4 und einem den Düsenkörper 1 verschließenden, abnehmbaren Deckel 9 fest eingespannt. Der Deckel 9 ist durch Schrauben 11 mit dem Düsenkörper 1 fest verbunden. An seinem rückwärtigen Ende sitzt ler Hauptkern 6 in einer als Widerlager dienenden, teilweise konisch verlaufenden Ausnehmung 12 des Deckels 9. An seinem vorderen Ende steht der Hauptkern 6 in keinerlei Kontakt mit dem Düsenkörper 1, weil dort ein konischer Luftspalt 13 von etwa o,1 -0,2 mm Breite ausgebildet ist. An der Kernspitze 1 ist eine verhältnismäßig schmale, abgestufte Schulter 14 ausgebildet, an welcher sich die Kernspitze 7 an der Innenwand des Düsenkörpers 1 abstützt. Wegen des Luftspaltes 13 erfolgt nur ein äußerst geringer Wärmeübergang vom inneren Düsenkern 5 auf den äußeren Düsenkörper 1.
Im Bereich der Kernspitze 7 ist die Innenwand des Düsenkörpers 1 paraboloidartig hohl gewölbt. Hierdurch wird zwischen Düsenkörper 1 und Kernspitze 7 ein maximaler Raum geschaffen, durch den der plastifizierte Kunststoff ohne nennenswerte Friktion strömt. An dieser Stelle, die bei Heißkanalspritzdüsen besonders kritisch ist, entstehen also keine den Spritzguß beeinträchtigende, lokale Überhitzungen der plastifizierten Kunststoffmasse. Der paraboloidartig gewölbte Bereich des Düsenkörpers 1 geht in eine sich konisch verjüngende Düsenaustrittsöffnung mit scharfer, äußerer Abrißkante über. Diese Abrißkante bewirkt im Verein mit der die Düsenaustrittsöffnung 4 überragenden Kernspitze praktisch unsichtbare Angußstellen mit glattem Abriß. Figur 2 zeigt in vergrößertem Maßstab den paraboloidartig gewölbten Bereich eines Düsenkörpers 1 und seinen Übergang in eine sich konisch verjüngende Düsenaustrittsöffnung 4 mit scharfer Abrißkante.
Der heiß zu verspritzende Kunststoff tritt durch eine zentrale öffnung 15 im Deckel ein, durchdringt die mittige Bohrung 16 des Hauptkerns 6, gelangt in die Kernspitze 7 und von da durch die beiden Öffnungen 17 zur Düsenaustrittsöffnung 4.
Der Außendurchmesser des Hauptkerns 6 ist kleiner als der Innendurchmesser des Düsenkörpers 1. In dem hierdurch geschaffenen, kreiszylindrischen Luftspalt 18 sind ein elektrisches Heizelement 19 und ein Thermoelement 21 am Hauptkern 6 befestigt, die diesen ringförmig umgeben. Das Heizelement 19 ist vorzugsweise als hochverdichtetes Heizelement ausgebildet. Die elektrischen Anschlußleitungen des Heizelementes 19 und des Thermoelementes 21 sind in an sich bekannter Weise durch einen Schlitz im Düsenkörper 1 nach außen geführt und mittels einer Schraubbuchse 22 befestigt und geführt.
Der Hauptkern 6 besteht aus stromlos vernickelter Berylliumlegierung mit einer Rockwellhärte von 70 - 75 HRc. Besonders geeignet ist die von der Firma Deutsche Beryllium GmbH, Oberursel vertriebene Berylliumlegierung 10 HT. Die Dicke der auf chemischem Wege, also stromlos auf die Berylliumlegierung aufgebrachten Nickelschicht beträgt etwa lo - 20 Mikron. Der vernickelte Körper wird einmal bei etwa 2000 C während zwei Stunden nachgehärtet, so daß sich die erwähnte Rockwellhärte ergibt. Eine Rockwellhärte von 72 - 73 HRc wird bevorzugt. Die Berylliumlegierung kann Kobalt oder Nickel enthalten. Es wurde gefunden, daß eine derart beschaffener Hauptkern 6 praktisch vollkommen kratzfest ist und auch einem raschen Durchfluß glasfaserhaltiger Kunststoffmassen widersteht.
Die Kernspitze 7 besteht aus einem anderen WErkstoff als der Hauptkern 6. Es wurde nämlich gefunden, daß die Beanspruchungen im Bereich der Kernspitze und der Düsenaustrittsöffnung weniger mechanischer als vielmehr chemischer Art sind. Da in der Kernspitze besonders leicht Friktionswärme auftritt und hierdurch eine zusätzliche Temperaturerhöhung des plastifizierten Kunstsoffes erfolgt, werden aus diesem leicht Säuren frei welche die einander gegenüberliegenden Wände von Düsenkörper 1 und Kernspitze 7 angreifen. Es kommt also darauf an, diesen Bereich aus einem Material auszubilden, welches nicht nur eine große Oberflächenharte hat, sondern insbaKxfiere säureresistent ist. Die Kernspitze 7 und der Düsenkörper 1 sind daher aus hochprozentigem Chromstahl mit einer Rockwellhärte von 57 - 64 HRc gefertigt. Dieses Material ist sowohl kratzfest als auch säureresistent. Der Chromgehalt beträgt lo - 16 Gewichtsprozent, vorzugsweise 12 - 14 %. Als besonders geeignet erwiesen sich 12 %.
Die Rockwellhärte kann zwischen 57 und 64 insbesondere zwischen 59 und 62 HRc liegen. Der Chromstahl kann auch mit anderen Komponenten, beispielsweise Nickel, legiert sein. Als besonders geeignet haben sich hochprozentige Chromstähle der Typen 2080, 2379, 2436 und 2601 erwiesen, welche von der Firma Boehler, Düsseldorf vertrieben werden.
Der Deckel 9 wird vorteilhaferweise aus Warmarbeitsstahl, beispielsweise Wekstoff Nr. 2344 (ebenfalls von der Firma Boehler) hergestellt und gehärtet, vorzugsweise auf 72 HRc.
Das Maß des Uberstandes der Kernspitze über die Düsenaustritts-Öffnung hängt vom Durchmesser der Düsenöffnung und von der Größe des zu spritzenden Objektes ab. Der Überstand kann beispielsweise o,1 - 1 mm betragen. Die Kernspitze 7 kann eine, zwei oder drei kanalartige Öffnungen 17 aufweisen. Das freie vnde der Kernspoitze 7 braucht im geometrischen Sinne nicht streng "spitz" zu sein.
Auch kegelstumpfartigelgewölbte und zylindrische Formen kommen in Frage.
Die Figuren 3- und 4 zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen von Kernspitzen 7. Die Kernspitze nach Figur 3 ist im Längsschnitt konkav ausgebildet. Hierdurch wird der Raum im paraboloidartig geformten Bereich des Düsenkörpers noch verbreitert und es entsteht noch weniger Friktionswärme. In Figur 4 besteht die Kernspitze aus zwei Kegelabschnitten mit unterschiedlich schrägen Mantelflächen 23 bzw. 24. Die jeweiligen Neigungen der schrägen oder konkav verlaufenden Flächen sind in Figur 3 und 4 in Winkelgraden angegeben. Weiterhin lassen sich diesen Figuren auch Längenabmessungen in Millimeterqentnehmen.
Die Kernspitze gemäß Figur 3 eignet sich insbesondere für ein Vergießen von Polypropylän, Polyathylän, Acryl- Butadien- Styrol (ABS) und Styrol- Acryl-Nitrit- Mischpolymerisat<SAN). Die Kernspitze nach Figur 4 hat sich insbesondere in Zusammenhang mit einem Vergießen von Polypropylen und Polyäthylen (Hochdruck- und Niederdruckpolyäthylen) als brauchbar erwiesen.

Claims

Patentansprüche Heißkanalspritzdüse für eine Kunststoff- Spritzgießvorrichtung, bei welcher in einem im wesentlichen hohlzylindrischen, an seinem einen Ende mit einer Düsenaustrittsöffnung versehenen und am anderen Ende durch einen Deckel verschließbaren Düsenkörper ein rohrförmiger, von plastifiziertem Kunststoff durchflossener, auf seinem Außenmantel ein ringförmiges, elektrisches Heizelement tragender Düsenkern koaxial angeordnet ist, der mit einer wenigstens eine Öffnung für den Durchtritt des plastifizierten Kunststoffes aufweisenden Kernspitze in die Düsenaustrittsöffnung ragt, und bei welcher der Düsenkern an seinen Enden auf kleinflächigen Widerlagern unter Freilassung eines ringförmigen Luftspaltes zwischen Düsenaustrittsöffnung und Deckel fest eingesppannt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a.) der Düsenkern besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Hauptkern (6) und einer davon gesonderten Kernspitze (7); b.) der Hauptkern (6) besteht aus stromlos vernickelter Berylliumlegierung mit einer Rockwellhärte von 70 - 75 HRc; c.) die Kernspitze (7) und der Düsenkörper (1)bestehen aus hochprozentigem Chromstahl mit einer Rockwellhärte von 57 - 64 HRc d.) zwischen der der Düsenaustrittsöffnung (4) benachbarten Stirnseite des Hauptkerns (6) und der Innenwand des Düsenkörpers (1) ist ein Luftspalt (13) ausgebildet; e.) die Innenwand des Düsenkörpers (1) ist im Bereich der Kernspitze (7) paraboloidartig hohl ausgebildet; f.)der paraboloidartig gewölbte Bereich des Düsenkörpers (1) geht in eine sich verjüngende Düsenaustrittsöffnung (4) mit scharfer, äußerer Abrißkante über; g.) das freie Ende (8) der Kernspitze (7)steht über die Düsenaustrittsöffnung (4) vor.
2. Heißkanalspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Nickelschicht auf der Berylliumlegierung des Hauptkerns (6) etwa 10 - 20 Mikron beträgt.
3. Heißkanalspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rockwellhärte an der Oberfläche des Hauptkerns (6) 72 - 73 HRc beträgt.
4. Heißkanalspritzdüse nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kernspitze (7) und den Düsenkörper (1) bildende Chromstahl etwa 10 - 16, vorzugsweise etwa 12 - 14 Gew.% Chrom enthält.
5. Heißkanalspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rockwellhärte an der Oberfläche von Kernspitze (7) und Düsenkörper (1) 59 - 62 HRc beträgt.
6. Heißkanalspritzdüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Luftspalts (13) zwischen Hauptkern (6) und Düsenkörper (1) etwa o,1 - 0,2 mm beträgt.
7. Heißkanalspritzdüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernspitze (7) im Längsschnitt eine konkave Form hat.
8. Heißkanalspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernspitze (7) aus zwei Kegelabschnitten (23, 24) mit unterschiedlich schrägen Mantelflächen besteht.