DE3525734C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heißkanalwerkzeug zum Spritzgießen, bei dem eine Düsenpatrone vorne an einer Formhohlraum-Wandung und hinten an einer Gegenplatte eingebaut abgestützt sowie ständig zum Formhohlraum hin offen ist, die Düsenpatrone einen mit Heizelement versehenen Kern in einem von Heizeinrichtung freien Mantel umfaßt, ein aus wärmeleitendem Material bestehender Bereich des Mantels Abstand von Werkzeugteilen aufweist, zwischen Kern und Mantel mindestens zwei Kanäle entlang dem beheizten Bereich des Kernes vom hinteren Ende bis nach vorne verlaufen, entlang dem Umfang des Kerns Berührungsfläche zwischen Kern und Mantel mit Berührungsfläche zwischen Kanal und Mantel abwechselt, die Kanäle im hinteren Endbereich des Kerns zur Mitte des Kerns hin verlaufen und eine Zufuhrleitung die hinteren Endöffnungen der Kanäle überdeckt.

Bei einem bekannten (EP-OS 01 44 532) Heißkanalwerkzeug dieser Art sind die Kanäle jeweils im Querschnitt kreisrund und einerseits in den Kern sowie andererseits in den Mantel eingeformt. Die Berührungsfläche zwischen den Kanälen und dem Mantel ist ganz erheblich kleiner als die Berührungsfläche zwischen Kern und Mantel. Es besteht nur der hintere Teil des Mantels aus wärmeleitendem Material, wogegen der mittlere und vordere Teil des Mantels aus einem wärmeisolierenden Material besteht. Nur der hintere Teil des Mantels hat Abstand von den Werkzeugteilen, wogegen der mittlere und vordere Teil rundum und über die Länge an umgebenden Werkzeugteilen abgestützt ist. Die Kanäle besitzen bis zum hinteren Ende den gleichen Querschnitt und zwar auch nach der Abwinkelung bis zu der hinteren Endöffnung.

Bei diesem bekannten Heißkanalwerkzeug ist die Übertragung der Wärme vom Kern auf den Kunststoff in den Kanälen relativ schlecht und zwar insbesondere dann, wenn eine große Menge von Kunststoff pro Zeiteinheit durch die Kanäle gepreßt wird. Es ist nämlich der Querschnitt der Kanäle allzu klein. Auch kann im mittleren und vorderen Bereich des Mantels, d. h. bei dem Schutzrohr keine Wärme über diesen Mantelteil auf den Kunststoff gelangen, weil das Schutzrohr wärmeisolierend, also nicht wärmeleitend sein soll. Wenn durch die relativ engen Kanäle viel Kunststoff pro Zeiteinheit gepreßt wird, so muß dieser mit sehr hohem Druck gepreßt relativ rasch fließen, was ebenfalls eine Erschwerung der Erwärmung darstellt. Eine Vergrößerung des kreisförmigen Querschnittes würde zwar eine Vergrößerung der Kontaktfläche Kern- Kanal und eine Vergrößerung der Durchlaufmenge pro Zeiteinheit bewirken, ist aber höchstens begrenzt möglich, weil sonst der Kanal sich dem Heizelement zu stark nähert und die Wandstärke des Mantels zu stark geschwächt wird.

Es ist weiterhin ein Heißkanalwerkzeug bekannt (US-PS 31 10 155), bei dem der Mantel über seine Länge aus wärmeleitendem Metall besteht und dem Abstand von den Werkzeugteilen von der hinteren bis zur vorderen Abstützung aufweist. Jedoch ist bei diesem Heißkanalwerkzeug die Übertragung der Wärme vom Kern auf den Kunststoff im Kanal relativ schlecht und zwar insbesondere dann, wenn eine große Menge von Kunststoff pro Zeiteinheit durch die Düsenpatrone gepreßt werden soll. Im vorderen und mittleren Bereich der Düsenpatrone sind nämlich Kern und Mantel durch einen Ringkanal voneinander getrennt, so daß in diesem Bereich vom Mantel auf den Kunststoff nur solche Wärme übergehen kann, die im hinteren Bereich auf den Mantel übergegangen ist. Wenn hier eine relativ große Menge von Kunststoff pro Zeiteinheit durchgepreßt werden soll, so muß sie in den recht engen, kurzen Kanälen relativ rasch fließen, so daß hier wenig Zeit für die Erwärmung des Kunststoffes bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es also, ein Heißkanalwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Wärmeübertragung auf den im Kanal befindlichen Kunststoff verbessert ist und zwar insbesondere dann, wenn eine vergrößerte Kunststoff-Menge pro Zeiteinheit durch die Kanäle gepreßt wird.

Das erfindungsgemäße Heißkanalwerkzeug ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Kanäle jeweils als Abflachung eines im übrigen kreisrunden Kern-Querschnittes ausgebildet sind und die Berührungsfläche zwischen den Kanälen und dem Mantel in etwa gleich der Berührungsfläche zwischen Kern und Mantel ist,
• b) wobei in an sich bekannter Weise der Mantel über seine gesamte Länge aus wärmeleitendem Metall besteht und einen Abstand von den Werkzeugteilen von der hinteren bis zur vorderen Abstützung aufweist,
• c) und daß die Kanäle geradlinig bis zum hinteren Ende des Mantels verlaufen und sich am hinteren Ende des Kerns zur Mitte des Kerns hin erweitern.

Dadurch, daß die Berührungsfläche zwischen Mantel und Kern vergrößert ist und weil der Mantel aus wärmeleitendem Material ist, kann der Kunststoff auch vom Mantel her optimal erwärmt werden. Der Kunststoff wird über den gesamten Kanalquerschnitt gleichmäßig erwärmt. Dabei kann der Mantel nur relativ wenig Wärme nach außen abgeben, daß er nahezu über seine ganze Länge ohne Berührung mit weiteren Werkzeugteilen ist. Da der Mantel also nicht mehr von außen abgestützt ist, ist der Kanal aus dem Mantel herausgenommen, da ein nach außen nicht abgestützter Mantel bei verdünnter Wandstärke dem Druck des Kunststoffes nicht standhaften könnte. Durch die Gestaltung des Kanals als Abflachung des Kerns wird ein vergrößerter Kanalquerschnitt erreicht. Somit läßt sich der Durchsatz an Kunststoff erhöhen, weil der Wärmeübergang auf den Kunststoff in den Kanälen verbessert ist. Im Hinblick auf diesen Kunststoff-Durchsatz weisen die Kanäle am hinteren Ende eine Erweiterung auf, um auch die pro Zeiteinheit größere Kunststoff- Menge günstig zuführen zu können. Somit ermöglicht es die Erfindung, auch dann, wenn eine vergrößerte Kunststoff-Menge pro Zeiteinheit durch die Kanäle durch die Kanäle gepreßt werden soll, diesen Kunststoff in verbesserter Weise zu erwärmen.

Durch das Hüllrohr ist die Wärmeisolierung der Düsenpatrone verbessert, da die Wärmeabgabe an sonstige Werkzeugteile vermindert ist. Dadurch, daß die beiden Berührungsflächenarten einander größenordnungsmäßig angeglichen sind, kann vom Kern auf den Mantel und von diesem auf den im Kanal befindlichen Kunststoff etwa ebensoviel Wärme übergehen wie vom Kern auf den im Kanal befindlichen Kunststoff. Im Rahmen der Erfindung liegt es, wenn die eine Berührungsflächenart 80% bis 120% der anderen Berührungsflächenart ausmacht. Der Wärmeübergang zwischen Kern und Mantel ist weiterhin vergleichmäßigt, indem sich sowohl die Berührungsflächen zwischen Kern und Mantel als auch zwischen Mantel und Kanal entlang dem beheizten Bereich des Kerns erstrecken, so daß also mindestens zwei Kanäle entlang dem beheizten Kernbereich vorgesehen sind. Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Vergleichmäßigung der Wärmeübertragung auf den Kunststoff im Kanal bzw. in den Kanälen und die Vermeidung von Ablagerung im Kanal in einer für die Praxis brauchbaren Weise erreicht. Zwei sich axial längserstreckende, abstützende Berührungsflächen-Bereiche genügen, um den Kern und den Mantel gegeneinander abzustützen. Es ist auch besser, zwei im Querschnitt größere Kanäle als mehrere im Querschnitt kleinere Kanäle vorzusehen. Der gewählte Kanalquerschnitt läßt sich einfach herstellen und ergibt pro Kanal eine vergrößerte Berührungsfläche mit dem Mantel. Dabei können die spitzen Winkel an den beiden Längsaußenseiten des bogenförmigen Kreissegmentes durch hochgezogene Abrundungen vermieden sein. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung ist jede Abwinkelung der Kanäle in der Düsenpatrone abgesehen von der Spitze, vermieden, wodurch der Kunststoff geschont wird und die Vermeidung von Ablagerungen in den Kanälen unterstützt wird.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen ersten Längsschnitt eines Heißkanalwerkzeuges zum Spritzgießen

Fig. 2 zeigt einen um 90° gegenüber Fig. 1 versetzten zweiten Längsschnitt des Heißkanalwerkzeuges gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 zeigt einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1.

Das Heißkanalwerkzeug gemäß Zeichnung umfaßt eine Wandung 1, die einen nicht näher gezeigten Formhohlraum begrenzt und von einem Werkzeugteil 2 gebildet ist. Mit Abstand von diesem Werkzeugteil 2 ist als weiteres Werkzeugteil eine Gegenplatte 3 vorgesehen, die gegenüber dem Werkzeugteil 2 in nicht gezeigter, jedoch an sich bekannter Weise verspannt ist. Zwischen dem Werkzeugteil 2 bzw. der Wandung 1 und der Gegen­ platte 3 ist eine Düsenpatrone 4 eingefügt, die hinten eine plane Stirnfläche 5 aufweist und ohne Ineinandergriff plan an einem planen Bereich der Gegenplatte 3 anliegt. Die Düsen­ patrone 5 besitzt hinten eine große, einzige Eintrittsöffnung 11, die in ein Loch 12 der Gegenplatte 3 übergeht, an das sich eine im Querschnitt angepaßte Zufuhrleitung 13 für Kunststoff anschließt.

Die Düsenpatrone 5 bildet nach vorne eine zur Mittelachse rechtwinkelige, ringförmige Stirnfläche 6, aus der mittig ein kreisförmiger Ansatz 7 stufenförmig vorspringt, in welchem mittig die Düsenöffnung 8 angeordnet ist. Der Ansatz 7 ist genau passend in ein Loch 9 der Wandung 1 eingeschoben und das Werkzeugteil 2 umfaßt die Düsenpatrone 4 am vorderen Endbereich mit einem umlaufenden Sims 10. Im übrigen ist die Düsenpatrone 4 ohne Berührung mit Werkzeugteilen. Die an der Düsenpatrone anliegenden und andere, der Düsenpatrone benach­ barte, nicht gezeigte Werkzeugteile, weisen in der Regel Ein­ richtungen zum Kühlen auf.

Die Düsenpatrone 4 besitzt einen Kern 14, der in einen Mantel 15 geschoben ist, auf dem ein zylindrisches Hüllrohr 16 sitzt. Sowohl die vordere Stirnfläche und der Ansatz 7 als auch die hintere Stirnfläche 5 sind vom Mantel 15 gebildet. Der Kern 14 weist ein sich nach vorne konisch verjüngendes Spitzenstück 17 auf, dessen Spitze in der Düsenöffnung 8 liegt. An das Spitzenstück 17 schließt sich nach hinten ein langgestrecktes Kernstück an, in dem ein langgestrecktes Heizelement 18 unter­ gebracht ist. Das langgestreckte Kernstück setzt sich hinter dem Heizelement 18 rohrartig fort und weist an hinteren Ende einen radial nach außen wegragenden Flansch 19 auf. In den Rohrbe­ reich ist von hinten ein pilzartiges Endstück 20 gesteckt, dessen Kopf dem Querschnitt des Kernes angepaßt ist. Der Stiel des Endstückes 20 ist mit einem Schlitz 21 versehen, der auf einen Stift 22 geschoben ist, der den Kern durchquert und beiderends aus diesem heraus in den Mantel 15 ragt, um den Kern 14 und dessen Endstück gegen Drehungen zu sichern.

Diese Gestaltung erlaubt es, das Heizelement 18 von hinten in den Kern 14 zu schieben und diesen dann mit dem Endstück 20 abzuschließen. Etwas vor dem Endstück 20 ragt vom Kern 14 radial ein Stutzen 23 weg, der ein Schutzrohr bildet. Durch den Stutzen 23 treten zwei Anschlußdrähte 24 für das Heiz­ element und ein Röhrchen 25 eines Temperatur­ fühlers 26 in den Kern ein. Der Temperaturfühler verläßt den Stutzen 23 innerhalb des Mantels 15, jedoch außerhalb des Kernes 14. Das Temperaturfühler- Röhrchen 25 verläuft in Anlage am Kern 14 und am Mantel 15 nach vorne, und zwar bis in den Bereich des Spitzenstückes 17, möglichst nahe bis zu dessen Spitze. Das Temperaturfühler- Röhrchen 25 liegt in einer Nut des Kernes, an diesen dicht an­ geschmiegt. In nicht näher gezeigter, jedoch an sich bekannter Weise verlaufen in dem Röhrchen zwei isolierte Drähte aus verschiedenen Metallen, die am vorderen Ende durch eine Schweißperle, d. h. einen Meßteil 27 miteinander verbunden sind, um so ein Thermoelement zu bilden.

Der Mantel 15 bildet eine im wesentlichen zylindrische Höhlung, die sich im Bereich des Spitzenstückes 17 zur Düsen­ öffnung 8 hin konisch verjüngt. Ab dem Spitzenstück 17 nach hinten hin liegt der Kern 14 an zwei einander gegenüberlie­ genden Seiten an dem Mantel 15 entlang einer kreisbogenförmi­ gen Berührungsfläche 28 an, wobei sich der Kreisbogen auf jeder Seite über mehr als 90° erstreckt. Zwischen diesen Kreisbögen 28 ist der Kern hinter dem Spitzenstück 17 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten abgeflacht, so daß zwischen Kern und Mantel 15 zwei Kanäle 29 verlaufen, die mit dem Mantel eine kreisbogenförmige Berührungsfläche 30 bilden, wobei sich der Kreisbogen auf jeder Seite über weniger als 90° erstreckt. Jeder Kanal 29 verläuft vom Spitzenstück 17 mit gleichbleibendem Querschnitt nach hinten bis zum Kopf des End­ stückes 20. Die beiden Kanäle 29 gehen nach vorne in einen konischen Ringkanal 31 im Bereich des Spitzenstückes 17 über, der in der Düsenöffnung 8 mündet.

Der Mantel 15 bildet ein langgestrecktes Mantelstück 32, das vorne die Düsenöffnung 8 aufweist und hinten mit einer An­ schlagfläche 39 gegen den Flansch 19 des Kernes 14 stößt. Das Mantelstück 32 ist am hinteren Endbereich mit einem Außenge­ winde einer Verschraubung 33 versehen, auf das das Innenge­ winde einer Endkappe 34 geschraubt ist, welche den Kern 14 bzw. dessen Endstück 20 hintergreift und die Eintrittsöffnung 11 bildet. Das Endstück 20 bildet von einer Mittellinie weg zwei Schrägen 35, von denen jede zu einem der Kanäle 29 führt bzw. die Endverbreiterung des Kanales bildet. Die von der Mittellinie wegführenden Schrägen 35 teilen den durch die Eintrittsöffnung 11 kommenden Kunststoff und führen diesen in die Kanäle 29 gleichbleibenden Durchmessers. Im Anschluß an die Endkappe 34 bildet das Mantelstück 32 eine Anschlagstufe 36 für das Hüllrohr 16, das auf zwei Abstützungen 37 an seinem vorderen und hinteren Ende aufliegt. Das Hüllrohr 16 besitzt rundum einen Abstand 38 vom Mantel 15.

Claims (1)

1. Heißkanalwerkzeug zum Spritzgießen, bei dem eine Düsenpatrone vorne an einer Formhohlraum-Wandung und hinten an einer Gegenplatte eingebaut abgestützt sowie ständig zum Formhohlraum hin offen ist, die Düsenpatrone einen mit Heizelement versehenen Kern in einem von Heizeinrichtung freien Mantel umfaßt, ein aus wärmeleitendem Material bestehender Bereich des Mantels Abstand von Werkzeugteilen aufweist, zwischen Kern und Mantel mindestens zwei Kanäle entlang dem beheizten Bereich des Kernes vom hinteren Ende bis nach vorne verlaufen, entlang dem Umfang des Kerns Berührungsfläche zwischen Kern und Mantel mit Berührungsfläche zwischen Kanal und Mantel abwechselt, die Kanäle im hinteren Endbereich des Kerns zur Mitte des Kerns hin verlaufen und eine Zufuhrleitung die hinteren Endöffnungen der Kanäle überdeckt, dadurch gekennzeichnet,

   • a) daß die Kanäle (29) jeweils eine Abflachung eines im übrigen kreisrunden Kern-Querschnittes (14) ausgebildet sind und die Berührungsfläche (30) zwischen den Kanälen (29) und dem Mantel (15) in etwa gleich der Berührungsfläche (28) zwischen Kern (14) und Mantel (15) ist,
   • b) wobei in an sich bekannter Weise der Mantel (15) über seine gesamte Länge aus wärmeleitendem Metall besteht und einen Abstand (38) von den Werkzeugteilen von der hinteren bis zur vorderen Abstützung (37) aufweist,
   • c) und daß die Kanäle (29) geradlinig bis zum hinteren Ende des Mantels (15) verlaufen und sich am hinteren Ende des Kerns (14) zur Mitte des Kerns hin erweitern.