DE2940818C2 - Heißkanalspritzdüse für eine Kunststoff-Spritzgießvorrichtung - Google Patents

Description

a) der Düsenkern besteht aus einem Hauptkern (6) und einer davor angeordneten, gesonderten Kernspitze (7);

b) der Hauptkern (6) besteht aus einer Berylliumlegierung mit einer Rockwellhärte von 70—75 HRc und einer stromlos aufgebrachten Nickelschicht;

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) 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 dem Hauptkern (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—14Gew.-°/b 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 0,1 —0,2 mm beträgt.

7. Heißkanalspritzdüse nach einem der voranste-

Die Erfindung betrifft eine Heißkanalspritzdüse für eine Kunststoff-Spritzgießvorrichtung entsprechend

ίο dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Heißkanalspritzdüse dieser Art ist aus der DE-OS 25 39 785 bekannt Obwohl sich die bekannte Düse in der Praxis gut bewährt hat und insbesondere eine beachtliche Lebensdauer zeigt, erwies sie sich doch

is 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 Kunststoffe von Bedeutung, weil die Glasfasern beim 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:
Es müssen lokale Überhitzungen des durch die Düse strömenden Kunststoffes, und zwar insbesondere im Bereich der Düsenaustrittsöffnung, vermieden werden, und die dem zu verspritzenden Kunststoff 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 bekennte und höchst unerwünschte, eisblumenartige Oberflächenstruktur des fertigen Spritzgußteiles geht häufig auf lo-

kale Überhitzungen des plastifizierten Kunststoffes 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 Kunststoffes. Außerdem können hierdurch ungleichmäßige Angußstellen am fertigen Spritzgußteil entstehen, weil der bereits erkaltende, plastifizierte 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 einem Hauptkern und einer davor angeordneten, gesonderten Kernspitze;

b) der Hauptkern besteht aus einer Berylliumlegierung mit einer Rockwellhärte von 7Ü—75 HRc und einer stromlos aufgebrachten Nickelschicht;

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 ein Luftspalt ausgebildet;

e) die Innenwand des Düsenkörpers ist im Bereich der Kernspitze paraboloidartig hohl ausgebildet;

f) das freie Ende der Kernspitze steht über die Düsenaustrittsöffnung vor.

Bei der praktischen Erprobung einer derart ausgebildeten Heißkanalspritzdüse konnten bis zu 400 000 Spritzvorgänge (»Schüsse«) hintereinander ausgeführt werden, ohne daß die Düse <n ihren Spritzeigenschaften merklich nachließ. Bekannte Heißkanalspritzdüsen sind häufig bereits nach 3000 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 der Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Heißkanalspritzdüse;

F i g. 2 in vergrößerter Darstellung einen paraboloidartig geformten Düsenkörper im Bereich seiner Düsenaustrittsöffnung;

F i g. 3 eine Längsschnittansicht einer Kernspitze und

F i g. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Kernspitze.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, weist ein im wesentlichen hohlzylindrischer Düsenkörper 1 in der Nähe seines einen (in F i g. 1 rechts gelegenen) Endes eine bundförmige Erweiterung 2 und an seinem anderen Ende eine kegelförmige Verjüngung 3 mit einer mittigen Düsenaustrittsöffnung 4 auf. In den Düsenkörper i 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 6 eingepaßt ist. Das freie Ende 8 der Kernspitze 7 liegt in der Mitte der Düsenaustrittsöffnung 4 und steht über diese Öffnung 4 geringfügig vor. Durch dieses Überstehen der Kernspitze 7 über die Düsenaustrittsöffnung 4 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 der Hauptkern 6 in e'ner aK Widerlager dienenden, teilweise konisch verlai'fende'i Ausnehmung 12 des Deckels 9.

Ar seinem vorderen Ende steht der Hauptkern 6 in keinerlei Kontakt mit dem Düsenkörper 1, weil dort ein konischer Luftspalt 13 von.etwa 0,1—0,2 mm Breite ausgebildet ist An der Kernspitze 7 ist eine verhältnismä-Big 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.

ic Im Bereich der Kernspitze 7 ist die Innenwand des Düsenkörpers 1 paraboloidartig hohl gewölbt Hierdurch wird zwischen Düsenkörper 1 und Kemspitze 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 verjungende Düsenaustrittsöffnung 4 mit scharfer, äußerer Abrißkante über. Diese Abrißkante bewirkt im Verein mit der die Düsenaustrittsöffnung 4 überragenden Kernspitze 7,8 praktisch unsichtbare Angußstellen mit glattem Abriß. F i g. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung 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 9 ein, durchdringt die mittige Bohrung 16 des Hauptkerns 6, gelangt in die Kemspitze 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 mitte's 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 10—20 Mikron. Der vernickelte Körper wird einmal bei etwa 200° C während zwei Stunden nachgehärtet, so daß sich die erwähnte Rockwellhärte ergibt. Eine Rockwellhärte von 72—73HRc wird bevorzugt. Die Berylliumlegierung kann Kobalt oder Nickel enthalten. Es wurde gefunden, daß ein derart beschaffener Hauptkern 6 praktisch vollkommen kratzfest ist und auch einem raschen Durchfluß glasfaserhaltiger Kunststoffmassen widersteht.

Die Kemspitze 7 besteht aus einem anderen Werkstoff als der Hauptkern 6. Es wurde nämlich gefunden, da2 die Beanspruchungen im Bereich der Kemspitze 7 und der Düsenaustrittsöffnung 4 weniger mechanischer als vielmehr chemischer Art sind. Da in der Kemspitze 7 besonders leicht Friktionswärme auftritt und hierdurch eine zusätzliche Temperaturerhöhung des plastifizier-

ten Kunststoffes 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 Oberflächenhärte hat, sondern insbesondere 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 10—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, Iegiert 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 vorteilhafterweise aus Warmarbeitsstahl, beispielsweise Werkstoff Nr. 2344 (ebenfalls von der Firma Boehler) hergestellt und gehärtet, vorzugsweise auf 72 HRc.

Das Maß des Überstandes des freien Endes 8 der Kernspitze 7 über die Düsenaustrittsöffnung 4 hängt vom Durchmesser der Düsenöffnung bei 4 und von der Größe des zu spritzenden Objektes ab. Der Überstand kann beispielsweise 0,1 — 1 mm betragen. Die Kernspitze 7 kann eine, zwei oder drei kanalartige Öffnungen 17 aufweisen. Das freie Ende 8 der Kernspitze 7 braucht im geometrischen Sinne nicht streng »spitz« zu sein. Auch kegelstumpfartige, gewölbte und zylindrische Formen kommen in Frage.

Die F i g. 3 und 4 zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen von Kernspitzen 7. Die Kernspitze 7 nach Fig.3 ist im Längsschnitt konkav ausgebildet. Hierdurch wird der Raum im paraboloidartig geformten Bereich des Düsenkörpers 1 noch verbreitert und es entsteht noch weniger Friktionswärme. In Fig.4 besteht die Kernspitze 7 aus zwei Kegelabschnitten 23 und 24 mit unterschiedlich schrägen Mantelflächen. Die jeweiligen Neigungen der schrägen oder konkav verlaufenden Flächen sind in F i g. 3 und 4 in Winkelgraden angegeben. Weiterhin lassen sich diesen Figuren auch Längenabmessungen in Millimetern entnehmen.

Die Kernspitze 7 gemäß F i g. 3 eignet sich insbesondere für ein Vergießen von Polypropylen, Polyäthylen, Acryl-Butadien-Styrol (ABS) und Styrol-Acryl-Nitrit-Mischpolymerisat (SAN). Die Kernspitze 7 nach F i g. 4 hat sich insbesondere im Zusammenhang mit einem Vergießen von Polypropylen und Polyäthylen (Hochdruck- und Niederdruckpolyäthylen) als brauchbar erwiesen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. 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 aus Stahl ein rohrförmiger, von plastifiziertem Kunststoff durchflossener, auf seinem Außenmantel ein ringförmiges, elektrisches Heizelement tragender Dflsenkern aus einer Berylliumlegierung oder Stahl koaxial angeordnet ist, der mit einer wenigstens eine öffnung für den Durchtritt des plastifizierten Kunststoffes aufweisenden Kernspitze in die Düsenaustrittsöffnung ragt, bei welcher die Innenwand des Düsenkörpers im Bereich der Kernspitze sich verjüngend hohl ausgebildet ist und dieser Bereich des Düsenkörpers in eine sich konisch verjüngende Düsenaustrittsöffnung mit scharfer, äußerer Abrißkante übergeht, und bei welcher der Düsenkern an seinen beiden Enden auf kleinflächigen Widerlagern unter Freilassung eines ringförmigen Luftspaltes zwischen Düsenaustrittsöffnung und Deckel fest eingespannt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Kernspitze (7) im Längsschnitt eine konkave Form aufweist