DE3301272C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Heißkanalvorrichtung einer Spritz
gießform zum Zuführen einer fließfähigen, thermoplastischen
Masse von einer Eintrittsöffnung bis zu einer Angußöffnung
eines Formhohlraums in einem Heißkanalrohr, das von einem
Isoliermaterial umgeben ist und über seine Länge aus mehreren
hintereinanderliegenden, von einem elektrischen Heizstrom
durchflossen, im Durchmesser und Querschnitt unterschied
lichen Abschnitten besteht.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 30 91 812 bekannt.
Dort endet die elektrische Widerstandsheizung jedoch vor der
in die Angußöffnung des Formhohlraums ragenden Düse, d. h.
die Düse bzw. Düsenspitze ist von der elektrischen Aufheizung
ausgenommen, so daß sich in diesem Bereich ein ganz beacht
licher Temperaturabfall einstellt. Dieser kann sich bei Ver
arbeitung hochsensibler Werkstoffe nachteilig auswirken dahin
gehend, daß am Formling Fließmarkierungen entstehen. Darüber
hinaus ist bei der vorbekannten Vorrichtung auch nicht darauf
geachtet, daß eine vorgegebene Temperaturverteilung längs des
Heißkanalrohres einstellbar ist und eingehalten wird. Eine
"Temperaturführung" des zu verarbeitenden Materials längs
des Heißkanalrohres, die für die Qualität der daraus her
gestellten Formlinge durchaus von Bedeutung sein kann,
ist demnach nicht möglich.
Zur Lösung des angesprochenen Problems, insbesondere im
Bereich der Heißkanaldüse bzw. Düsenspitze, ist in der
DE-PS 28 24 971 vorgeschlagen, im den fließfähigen
Werkstoff führenden Düsenkanal zentral einen Heizstab
anzuordnen, wobei dieser Heizstab bis zur Düsenspitze
geführt und wirksam ist. Der durch die Anordnung des ge
nannten Heizstabes im Querschnitt ringförmige Strömungs
kanal ist für den zu verarbeitenden Werkstoff jedoch sehr
ungünstig. Vor allem ist nachteilig, daß im Außenbereich
durch die zylindrische Wandung des Düsenkanals eine
andere, mämlich geringere Temperatur gegeben ist als im
Bereich des zentralen Heizstabes. Der dadurch entstehende
Temperaturabfall innerhalb des Kanalquerschnitts, der
angesichts der technologischen Eigenschaften des zu ver
arbeitenden Werkstoffs nachteilig ist, wird bei der be
kannten Konstruktion nach der DE-PS 28 24 971 noch da
durch gefördert, daß die Spritzdüse ohne Isolierung
gegenüber der Spritzgießform, nämlich dem Oberteil der
selben, in diese eingesetzt ist. Darüber hinaus wird bei
der bekannten Konstruktion sogar im Bereich der Düsen
spitze ein Temperaturabfall konstruktionsbedingt in
Kauf genommen. Die elektrische Ableitung des zentral
angeordneten Heizstabes erfolgt nämlich durch das Düsen
rohr, und zwar über mit der Spitze des Heizstabes ver
bundene Stege. Im Bereich dieser Stege ist ein Temperatur
abfall vorhanden. Aufgrund dieses Temperaturabfalls im
Bereich der Düsenspitze sowie aufgrund der durch die ge
nannten Verbindungsstege bedingten Aufteilung der Werk
stoff-Strömung läßt sich die Ausbildung von Schlieren
am Formling bei Verarbeitung thermisch empfindlicher
Werkstoffe nicht vermeiden.
Ein Heißkanalrohr mit einer veränderlichen elektrischen
Widerstandsheizung über die gesamte Länge zeigt noch die
US-PS 35 20 026. Eine abschnittweise Temperaturein
stellung ist nicht vorgesehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
die bei einfachem, wenig störanfälligem Aufbau eine
äußerst präzise Festlegung der Temperatur über den
gesamten Bereich, also über die volle Länge des Düsen
rohres einer Heißkanaldüse und damit eine entsprechend
präzise Temperaturführung des zu verarbeitenden Werk
stoffs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich
nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist also eine vorbestimmte Temperierung
des fließfähigen Werkstoffs im Bereich der an einem
Ende des Heißkanalrohrs angeordneten Heißkanaldüse, und
zwar bei denkbar einfachem Aufbau, in dem das der Heiz-
Kanaldüse zugeordnete Düsenrohr aus in Längsrichtung
hintereinanderliegenden Rohrabschnitten mit einem der
jeweils erforderlichen Heizleistung angepaßten elek
trischen Widerstand besteht. Die elektrische Aufheizung
des Düsenrohres erfolgt bis in den kritischen Bereich
desselben, d. h. bis zur Düsenspitze, und zwar mit vor
gegebener Heizleistung.
Konstruktive Details der erfindungsgemäßen Heizkanal
vorrichtung sind in den Unteranprüchen beschrieben.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs
gemäß ausgebildeten Heißkanalvorrichtung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Heißkanaldüse im Längsschnitt mit den
dazugehörigen Konstruktionsteilen eines
Formwerkzeuges,
Fig. 2 die Heißkanaldüse im Längsschnitt im ver
größerten Maßstab,
Fig. 3 die Einzelheit gemäß Fig. 2 als (halbe)
Seitenansicht, und
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Heißkanaldüse
gemäß Fig. 2 im unteren Bereich.
In Fig. 1 sind Teile des möglichen bzw. bevorzugten Ge
samtaufbaus eines Formwerkzeuges 20 mit Heißkanaldüse 21
gezeigt. Das Formwerkzeug besteht aus zwei Formplatten
22 und 23, die ein Formnest 24 zur Aufnahme eines plasti
fizierten bzw. fließfähigen Kunststoffs begrenzen. Die
Heißkanaldüse 21 ist im Bereich der (oberen) Formplatte
22 angeordnet und sitzt mit einem Teilbereich in einer
Ausnehmung 25 dieser Formplatte 22. Außerhalb desselben
ist die Heißkanaldüse 21 in einer Öffnung 26 einer Auf
spannplatte 27 angeordnet. Die Öffnung 26 hat einen
größeren Innendurchmesser als die Außenabmessungen der
Heißkanaldüse 21 . Im Bereich einer Eintrittsöffnung 28
desselben ist ein Aufnahmestück 29 auf die Heißkanaldüse
21 aufgesetzt. Hier wird ein Mundstück eines Spritzaggre
gats angeschlossen. Das Aufnahmestück 29 ist über einen
Zentrierflansch 30 mit der Aufspannplatte 27 verbunden.
Die Heißkanaldüse (Fig. 2) besteht aus einem äußeren,
vorzugsweise zylindrischen Gehäuse 31 aus elektrisch
leitendem Material (Metall). Innerhalb des Gehäuses 31
erstreckt sich in Längsrichtung ein Düsenkanal in Ge
stalt eines Düsenrohrs 32. In dieses wird der fließfähige
Werkstoff über die Eintrittsöffnung 28 eingeführt bis zu
einer (unteren) dem Formnest 24 zugekehrten Düsenbohrung
33. Über diese tritt der Werkstoff aus und in das Form
nest 24 ein. Die Düsenbohrung 33 ist bei dem vorliegen
den Ausführungsbeispiel gegenüber einer Längsmittelachse
des Düsenrohrs 32 seitlich versetzt und unter einem
spitzen Winkel zu dieser Längsmittelachse angeordnet.
Die Düsenbohrung 33 befindet sich innerhalb eines spitz
zulaufenden, kegelförmigen Rohrendes 34. Die äußere
Spitze dieses Rohrendes 34 endet unmittelbar an der Be
grenzung des Formnestes 24 bzw. der Angußöffnung des
selben.
Das Düsenrohr 32 ist über die gesamte Länge als elektrische
Widerstandsheizung ausgebildet. das Düsenrohr besteht aus
diesem Grunde aus elektrisch leitendem Werkstoff mit
großem elektrischen Widerstand. Durch Zuführung von
elektrischem Strom wird das Düsenrohr 32 bis zur Spitze
des Rohrendes 34, also über die volle Länge, erwärmt,
um entsprechend den Werkstoff in dem Düsenrohr 32 auf
zuheizen. Der hierfür verwendete Strom hat eine niedrige
Spannung von etwa 3-12 V und Stromstärken von ca. 100
A.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Strom
über das Gehäuse 31 zu- und abgeführt. Seitlich am
Gehäuse 31 ist ein quer abstehender Anschlußstutzen 35
angeordnet. Zu diesen führt eine Stromleitung 36. Der
Anschlußstutzen 35 ist über einen elektrisch leitenden
Verbindungsbolzen 37 mit einem der Seite der Eintritts
öffnung 28 zugekehrten Teil des Gehäuses 31 verbunden,
nämlich einer Hülse 38. Von dieser wird der Strom über
eine im vorliegenden Fall konische Endabdeckung 39 des
Gehäuses 31 dem der Eintrittsöffnung 28 zugekehrten Ende
des Düsenrohrs 32 zugeführt.
An dem dem Formnest 24 bzw. der Angußöffnung desselben
zugekehrten Ende des Düsenrohrs 32 sind stromleitende
Verbindungen zu dem unteren Teil des Gehäuses 31 vor
gesehen, nämlich eine ebenfalls konische Endwandung 40
des Gehäuses, die einerseits mit dem Düsenrohr 32 und
andererseits mit einem benachbarten Zylinderstück 41 des
Gehäuses 31 ein einheitliches Werkstück bilden. Die
Endwandung 40 schließt den Bereich des Übergangs vom
Rohrende 34 zum zylindrischen Bereich des Düsenrohrs 34
an dieses an.
Der Strom läuft dann über das Gehäuse 31, das Aufnahme
stück 29 und den Zentrierflansch 30 in die Aufspannplatte
27, an die eine Masseleitung 42 anschließt.
Die Hülse 38 ist als gesondertes Teil in das Gehäuse 31
eingesetzt und gegenüber dessen Außenwandung durch eine
ring- bzw. hülsenförmige Isolation 43 abgegegrenzt. Der
Anschlußstutzen 35 ist ebenfalls durch einen Isolations
ring 44 im Bereich des Verbindungsbolzens 37 von dem
elektrisch leitenden Teil des Gehäuses 31 abgegrenzt.
Das Düsenrohr 32 ist innerhalb des so ausgebildeten Ge
häuses durch einen Isoliermantel 45 umgeben. Dieser hat
einerseits die Aufgabe, die Ableitung von Wärme nach
außen zu vermeiden. Zum anderen ist das Düsenrohr 32
durch den Isoliermantel 45 gegenüber Innendrücken am
Gehäuse 31 abgestützt. Der Isoliermantel 45 besteht des
halb aus druckfestem Material, insbesondere einer
Keramikmasse mit wärmeisolierender Wirkung.
Das Düsenrohr 32 ist so ausgebildet, daß über die Länge
desselben unterschiedliche elektrische Widerstände
und dadurch unterschiedliche Heizleistungen erzielt wer
den. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht
das Düsenrohr aus mehreren Rohrabschnitten 46, 47 und 48.
Diese sind durch Schweißnähte 49 elektrisch miteinander
verbunden.
Der erste, der Eintrittsöffnung 28 zugekehrte Rohrab
schnitt 46 hat einen verhältnismäßig kleinen Innen
durchmesser und auch einen vergleichsweise geringen
Außendurchmesser. Der elektrische Widerstand im Ver
hältnis dieses Rohrabschnitts ist deshalb verhältnismäßig
groß. Es folgt der Rohrabschnitt 47, der im mittleren
Bereich des Isoliermaterials 45 liegt. Hier ist ein ver
hältnismäßig großer Außen- und ein ebenfalls größerer
Innendurchmesser gewählt, so daß ein relativ kleinerer
elektrischer Widerstand sich einstellt. Der der Düsen
bohrung 33 zugekehrte Rohrabschnitt 48 hat einen sehr
hohen elektrischen Widerstand durch dünnwandige Ausbil
dung des Rohrabschnitts 48 und durch einen stufenförmig
reduzierten Innendurchmesser. Hier ist eine höhere Heiz
leistung erforderlich, weil über die Endwandung 40
und durch das Rohrende 34 Wärme abgeführt wird.
Die Beeinflussung des elektrischen Widerstands und damit
der Heizleistung erfolgt zusätzlich durch Auswahl unter
schiedlicher Werkstoffe. Die Rohrabschnitte 46, 47 und
48 bestehen vorzugsweise aus einer Legierung auf Nickel
basis. Die Werkstoffzusammensetzung im Bereich des Rohr
abschnitts 48 einerseits und der Rohrabschnitte 46 und
47 andererseits ist jedoch vorzugsweise unterschiedlich,
derart, daß im Bereich des Rohrabschnitts 48 eine ge
ringere elektrische Leitfähigkeit und damit ein höherer
Widerstand gegeben ist.
Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich, sind an der Außen
seite und Innenseite des Düsenrohrs 32 Absätze 50 und
51 gebildet, die örtlich durch die dadurch sich ändernde
Querschnittsfläche des Düsenrohrs 32 ebenfalls den
Widerstand und damit die Heizleistung beeinflussen. Als
Ergebnis ist dadurch eine verhältnismäßig genaue Fest
legung der Temperatur in der Kunststoffschmelze über
die gesamte Länge des Düsenrohrs 32 möglich. Die genaue
Temperatur wird im vorliegenden Fall vor allem im Bereich
des Rohrabschnitts 48 überwacht durch einen Thermo
fühler 52, der an der Wandung des Rohrabschnitts 48 an
gebracht ist und über Leitungen mit einer Buchse im Gehäuse
31 zum Anschluß eines Stromsteuerorgans verbunden ist.
Durch letzteres wird je nach den Messungen des Thermo
fühlers der Strom (Stromstärke) verändert.
Im Bereich der Düsenbohrung 33 sowie im Bereich der Ein
trittsöffnung 28 sind noch Freiräume 72 bzw. 73 ausge
bildet, in denen sich Kunststoff ansammelt, der aus
härtet und eine bewegliche Abdichtung bildet. Es wird
diesbezüglich auf Fig. 1 verwiesen.
Claims (7)
1. Heißkanalvorrichtung einer Spritzgießform zum Zu
führen einer fließfähigen, thermoplastischen Masse von einer
Eintrittsöffnung bis zu einer Angußöffnung eines Formhohlraums
in einem Heißkanalrohr, das von einem Isoliermantel umgeben
ist und über seine Länge aus mehreren hintereinanderliegenden,
von einem elektrischen Heizstrom durchflossenen, im Durch
messer und Querschnitt unterschiedlichen Abschnitten besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß für eine gleichförmige
Temperierung der fließfähigen Masse über die Gesamtlänge eines
bis in die Angußöffnung reichenden Düsenrohres (32) einer
Heißkanaldüse (21) an einem Ende des Heißkanalrohres dieses
Düsenrohr (32) in Längsrichtung hintereinanderliegende Rohr
abschnitte (46, 47, 48) mit einem der jeweils erforderlichen
Heizleistung angepaßten elektrischen Widerstand aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Düsenrohr (32) im Bereich der Angußöffnung als
Rohrende (34) spitz auslaufend (kegelförmig) mit seitlich
versetzt angeordneter Düsenbohrung (33) ausgebildet ist,
und daß eine elektrische Ableitung im Bereich des Über
gangs vom Rohrende (34) in das (zylindrische) Düsenrohr
(32) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (32) mit ungleichför
migem, sich ändernden Querschnitt über die Länge des
selben ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Düsenrohr (32) mit sich (stufenweise)
veränderndem Außen- und/oder Innendurchmesser ausgebildet
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (46, 47, 48) aus
Materialien unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit
bestehen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein der Düsenbohrung (33)
in der Düsenspitze zugekehrter (unterer) Rohrabschnitt
(48) aus einem Werkstoff mit großem elektrischem Wider
stand und/oder mit einer kleinen elektrisch wirksamen
Querschnittsfläche ausgebildet und/oder einen kleinen
Innendurchmesser aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein mittlerer Rohrabschnitt
(47) mit großem Innen- und/oder Außendurchmesser ausge
bildet ist und aus einem Material mit relativ niedrigem
elektrischen Widerstand besteht.
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