DE3728325C2 - Gekühlter Kern für eine Spritzgießform - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft, eine Spritzgießform zum Spritzgießen eines rohr­ förmigen Teiles, das einen Boden an einer Seite und eine Öffnung an der gegenüber­ liegenden, anderen Seite besitzt, mit einer Formplatte und einem Kern, die gemein­ sam in geschlossenem Zustand einen Formhohlraum entsprechend der Form des Spritzgießteils begrenzen, einer Einspritzdüse, die an einer Stelle angebracht ist, die den Boden des Spritzgießteils bestimmt, mit einem bis an die Rückseite des den Bo­ den des rohrförmigen Spritzgießteils bildenden Kernbodens führenden Kühlmittelzu­ laufkanal und einem von dort wegführenden Kühlmittelablaufkanal.

Beim Spritzgießen von Kunststoffteilen wird die Spritzgießform im allgemeinen durch Kühlwasser gekühlt, das durch die Spritzgießform hindurchströmt, um schnell das ge­ schmolzene Kunstharz, das in den Formhohlraum der Form eingespritzt wurde, zum Erstarren zu bringen und hierdurch die Spritzgieß-Zykluszeit zu verkürzen. Im Falle einer Form zum Spritzgießen eines Teiles in der Form eines Glases mit einem Boden an einem Ende ist eine Grundbohrung in dem Kern vorgesehen, der die Innenfläche des Spritzgießteiles bestimmt und ein Kühlkanal zur Kühlung dieses Kernes ist in der Grundbohrung durch Herstellung einer Teilung innerhalb der Grundbohrung gebildet. Eine derartige Verbesserung einer Spritzgießform ist beispielsweise in dem japani­ schen Patent JP-6-18758 B2 der Anmelderin gezeigt.

Bei einer herkömmlichen Spritzgießform ist mit solch einem Kühlsystem die folgende Schwierigkeit aufgetreten. Da die Düsenöffnung, durch die das Einspritzmaterial in den Formhohlraum eingespritzt wird, im allgemeinen in der Formplatte an einer Stelle ausgebildet ist, die den Boden des Spritzgießteiles bildet, wirkt auf die Endfläche des Kernes bzw. auf den Kernboden ein großer Einspritzdruck. Die Anwesenheit einer Grundbohrung verringert jedoch mit Ausnahme eines äußeren Umfangsbereiches die Festigkeit des Endabschnittes des Formkernes.

Um dem Einspritzdruck widerstehen zu können, muß der Kernboden daher ei­ ne beträchtliche Dicke aufweisen. Wenn jedoch der Kernboden eine relativ große Dicke aufweist, wird der Abstand zwischen dem Kernboden und der Wärmeaus­ tauschfläche zwischen dem Kühlwasser und dem Kern vergrößert und entsprechend kann gerade der Kernboden, der durch das über die Düsenöffnung eingespritzte, ge­ schmolzene Kunstharz am meisten erwärmt wird, nicht ausreichend in kurzer Zeit ge­ kühlt werden, wodurch die Spritzgieß-Zykluszeit verlängert wird. D. h., wenn die Form geöffnet wird, bevor das eingespritzte Kunstharz ausreichend abgekühlt und am Bo­ den des Gießlings erstarrt ist, kann das Einspritzmaterial Fäden ziehen und/oder eine Einsinkmarke kann im Boden des Spritzgießteiles in nachteiliger Weise erzeugt wer­ den.

Eine derartige Spritzgießform der eingangs genannten Art ist aus ("Anleitung für den Bau von Spritzgießwerkzeugen", 1983, Seiten 205-211) bekannt. Die darin offenbarte Spritzgießform entspricht aber auch im wesentlichen demjenigen Stand der Technik, der bereits oben aufgeführt wurde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießform der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Verringerung der Spritzgieß-Zykluszeiten gestat­ tet, ohne daß die Qualität des Spritzgießteiles vermindert wird und wobei die Festig­ keit der Spritzgießform in ausreichender Weise gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß auf der Rückseite des Kernbodens im Übergangsbereich von Kühlmittelzu- zu Kühlmittelablaufkanal minde­ stens eine Rippe vorgesehen ist, die in den Kühlkanal hineinragt und mit ihrer Längs­ erstreckung parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist.

Erfindungsgemäß ist der Kern der Spritzgießform mit einem aus einem Kühlmittelzu­ lauf- und einem Kühlmittelablaufkanal bestehenden Kühlkanal versehen, um das Kühlmittel bis zu einem Abschnitt nahe des Kernbodens, der den Boden des Spritz­ gießteiles bestimmt, herangeführt und umgewälzt werden kann und wobei zumindest eine Rippe in dem Kern vorgesehen ist, die in den Kühlkanal hineinragt und sich parallel zur Richtung des Kühlmittelflusses erstreckt. Der Kühlkanal kann in verschie­ dener Weise ausgebildet sein. Zum Beispiel kann er in Form eines Rohres gebildet sein oder durch Trennung einer Grundbohrung mit Hilfe einer Trennwand. Infolge der Rippe ist die Wärmeaustauschfläche zwischen dem Kühlmittel, das durch den Kühl­ kanal strömt und den Kern vergrößert und der Kernboden kann schnell gekühlt wer­ den. Außerdem kann das Kühlmittel glatt und beständig ohne Stillstand strömen, da die Rippe sich parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels erstreckt und entspre­ chend wird der Grenzfilm-Wärmeübergangskoeffizient nicht vermindert, wodurch ein effektiver Wärmeaustausch zwischen dem Kern und dem Kühlmittel statfinden kann.

Außerdem trägt die Rippe zur Festigkeitsverstärkung des Endabschnittes des Kernes bei.

Demzufolge kann durch die Ausbildung der Rippe der Kühlkanal näher an den Kern­ boden herangeführt werden, so daß der Kern schneller gekühlt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Spritzgießform nach einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich derjenigen in Fig. 2, jedoch für ein weiteres Ausführungs­ beispiel,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Spritzgießform nach einem weiteren Ausführungsbei­ spiel, und

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Spritzgießform nach einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, mit einer Formplatte 1a, die die feste Formhälfte bildet und einem Kern 1b, der die bewegliche Formhälfte bildet. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen PL die Trennebene der Form. Wenn die Spritzgießform geschlos­ sen ist, wird ein Formhohlraum 3 in Übereinstimmung mit der Form des Spritzgießtei­ les 2 in der Art eines Glases begrenzt. Die Formplatte 1a weist eine Düsenhülse 4 auf, die die Form der Außenfläche des Bodens des Spritzgußteiles 2 bestimmt sowie eine Formhülse 5, die die Formgebung des Außenumfangs des Spritzgußteiles 2 festlegt. Die Düsenhülse 4 ist mit einer Einspritzdüse oder Düse 6 versehen, die sich in den Teil des Formhohlraumes 3 öffnet, der dem Boden des Spritzgußteiles 2 entspricht, mit einem Heißkanal 7, der in die Düse 6 mündet. Die Formhülse 5 ist mit einem Kühl­ kanal 8 zur Führung von Kühlwasser versehen. Der Kern 1b weist eine Kernhülse 9 auf, die die Innenform und Innenseite des Bodens und der Innenumfangsfläche des Spritzgießteiles 2 bestimmt, sowie eine ringförmige Abstreifhülse 10, die die Form der offenen Endfläche des Spritzgußteiles 2 festlegt. Die Abstreifhülse 10 ist auf die Kern­ hülse 9 aufgesetzt und wird relativ zur Kernhülse 9 nach oben bewegt, um das Spritzgießteil auszuwerfen, wenn die Form geöffnet wird.

Eine Grundbohrung 11 ist in der Kernhülse 9 ausgebildet, die sich von der Basis der Kernhülse 9 zu einem Abschnitt nahe dem spitzen Ende der Kernhülse 9 erstreckt, wobei die Kernhülse 9 die Innenfläche und den Boden des Spritzgießteiles 2 be­ stimmt. Eine Trennplatte 12 ist in die Grundbohrung 11 eingesetzt, so daß sie sich von der Basis der Grundbohrung 11 bis zu einem Abschnitt erstreckt, der von dem vorderen Ende der Grundbohrung 11 einen bestimmten Abstand aufweist, so daß hierdurch der Raum in der Grundbohrung 11 in einen linken Teil, einen Kühlmittelzu­ laufkanal 13a, und in einen rechten Teil, einen Kühlmittelablaufkanal 13b getrennt ist, um einen Kühlkanal innerhalb der Kernhülse 9 zu bilden. Die Kernhülse 9 ist auf einer Befestigungsplatte 14 befestigt und der linke Seitenteil der Grundbohrung 11 ist mit einem Wasserzuführungskanal 15, der in der Befestigungsplatte 14 ausgebildet ist, über eine Verbindungsausnehmung 17a verbunden, während der rechte Seitenteil der Grundbohrung 11 mit einem Wasserabführungskanal 16 über eine Verbin­ dungsöffnung 17b kommuniziert, der in der Befestigungsplatte 14 vorgesehen ist. Die Verbindung zwischen dem Wasserzuführungskanal 15 und der Verbindungsöffnung 17a sowie zwischen dem Wasserabführungskanal 16 und der Verbindungsausneh­ mung 17b sind durch O-Ringe 18 abgedichtet.

An der Innenfläche der Kernhülse 9, die den Boden des Spritzgießteiles 2 begrenzt, d. h. an einer Oberseite bzw. an einem Kernboden 19 der Grundbohrung 11 ist eine Rippe 20 ausgebildet, derart, daß sie in den Kühlkanal vorspringend ausgebildet ist und sich im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Kühlwassers erstreckt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, erstreckt sich die Rippe 20 diametral und rechtwinklig zur Trennwand 12. In Abhängigkeit vom Einspritzdruck oder dergleichen kann eine Mehr­ zahl paralleler Rippen 20' vorgesehen sein, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In jedem Fall sollten die Rippe 20 oder die Rippen 20' so ausgebildet sein, daß sie sich im wesentli­ chen parallel zur Strömungsrichtung des Kühlwasserstromes in dem Kühlkanal er­ strecken. Durch die Rippe 20 oder die Rippen 20' ist der Endabschnitt 21 der Kern­ hülse 9 wesentlich verstärkt und entsprechend kann der Endabschnitt 21 in seiner Dicke verhältnismäßig gering ausgebildet sein, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Rippe 20 bzw. die Rippen 20' können einen beliebigen Querschnitt besitzen, vor­ ausgesetzt, daß er nicht zu toten Ruhezonen für die Kühlwasserströmung führt. Zum Beispiel kann der Querschnitt der Rippe 20 rechteckig, trapezförmig und nach ihrem vorderen freien Ende kegelförmig zulaufen, dreieckig oder halbkreisförmig sein.

Wenn die Form geschlossen ist, d. h. wenn der Kern 1b gegen die Formplatte 1a ge­ preßt wird, wird geschmolzenes Kunstharz in den Formhohlraum 3 eingespritzt. Ob­ wohl während der Einspritzung auf die Endfläche der Kernhülse 9 ein hoher Einspritz­ druck wirkt und der Endabschnitt 21 der Kernhülse 9 eine verhältnismäßig geringe Dicke aufweist, widersteht der Endabschnitt 21 infolge der Rippe 20 oder der Rippen 20' dem hohen Einspritzdruck. Das geschmolzene, in den Formhohlraum 3 einge­ spritzte Kunstharz ist in einem Bereich nahe der Düse 6 am heißesten, d. h. in einem Abschnitt, der den Boden des Spritzgießteiles 2 bildet. Wenn jedoch das Kühlwasser durch den Kühlkanal über das obere Ende der Trennwand 12, bei welchem der Kühlmittelzulaufkanal 13a in den Kühlmittelablaufkanal 13b übergeht, hinweg durch den Kern 1b strömt, kommt das Kühlwasser mit dem Kernboden 19 nahe der Endflä­ che und der Oberfläche der Rippe 20 in Berührung und entsprechend findet ein Wärmeaustausch in einem verhältnismäßig großen Oberflächenbereich statt, wo­ durch der Endabschnitt der Kernhülse 9 schnell gekühlt werden kann. Da außerdem die Dicke des Endabschnittes 21 der Kernhülse 9 gering ist, kann ein schneller Wär­ meaustausch zwischen der Endfläche der Kernhülse 9 und dem Kernboden 19 der Kernhülse 9 stattfinden, wodurch das geschmolzene Kunstharz, das den Boden des Spritzgießteiles 2 bildet, schnell gekühlt werden kann und erstarrt und entsprechend die Spritzgieß-Zykluszeit verkürzt werden kann.

Da außerdem die Rippe 20 in dem Kühlkanal an einem Wendepunkt vorgesehen ist, an dem das Kühlwasser parallel zur Strömungsrichtung des Kühlwasserflusses seine Strömungsrichtung umkehrt, werden durch die Rippe 20 keine strömungslosen Totbe­ reiche der Kühlwasserströmung erzeugt und entsprechend wird der Grenzschicht- Wärmeübergangskoeffizient nicht verringert, wodurch die Kühleffektivität im Endab­ schnitt 21 der Kernhülse 9 weiter verbessert wird.

In den Fig. 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Da dieses Ausführungsbeispiel sehr ähnlich demjenigen ist, das in den Fig. 1 und 2 erläutert ist, sind diejenigen Teile, die analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 vorgesehen sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert.

Der Hauptunterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem vorerläuterten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der obere Endabschnitt der Grundbohrung 11 im Querschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet ist und sich in Richtung des Kernbo­ dens 19 verjüngt, wie dies klar in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Struktur verstärkt weiter den Endabschnitt 21 der Kernhülse 9 und gestattet es, daß der Endabschnitt 21 in seiner Dicke in dem Bereich, der der Düse 6 unmittelbar gegenüberliegt, weiter verringert werden kann. Obwohl der Endabschnitt 21 in diesem besonderen Ausführungsbei­ spiel eine kegelstumpfförmige Gestalt besitzt, kann der Endabschnitt auch eine Ke­ gelpyramide, eine Halbkugel oder dergleichen aufweisen, wobei nur gewährleistet werden muß, daß die Querschnittsfläche sich in Richtung des Kernbodens 19 bzw. in Richtung der Düse 6 verringert.

Ein weiterer Unterschied besteht bei diesem Ausführungsbeispiel darin, daß ein Paar gewellter Rippen 30 und 31 an dem Kernboden 19 an einer Stelle vorgesehen sind, der gegenüber dem Abschnitt des Kernbodens 19, der der Düse 6 unmittelbar ge­ genüberliegt, leicht versetzt ist. Die Wellungen der Rippen 30 und 31 sind pha­ sengleich ausgeführt. Die Wellung der Rippen 30 und 31 vergrößert die Wärmeaus­ tauschfläche zwischen dem Kühlmittel, das durch den Kühlkanal strömt, und dem Kern weiter und, da die Wellungen der Rippen 30 und 31 in gleicher Phase verlaufen, ist die Breite des Kühlmittelweges zwischen den Rippen gleichmäßig und konstant gehalten und entsprechend überlagern die Wellungen der Rippen 30 und 31 nicht die glatte Kühlmittelströmung zwischen den Rippen 30 und 31.

Claims (4)

1. Spritzgießform zum Spritzgießen eines rohrförmigen Teiles (2), das einen Boden an einer Seite und eine Öffnung an der gegenüberliegenden, anderen Seite besitzt, mit einer Formplatte (1a) und einem Kern (1b), die gemeinsam in geschlossenem Zu­ stand einen Formhohlraum (3) entsprechend der Form des Spritzgießteils (2) begren­ zen, einer Einspritzdüse (6), die an einer Stelle angebracht ist, die den Boden des Spritzgießteils bestimmt, mit einem bis an die Rückseite des den Boden des rohrför­ migen Spritzgießteils bildenden Kernbodens (19) führenden Kühlmittelzulaufkanal (13a) und einem von dort wegführenden Kühlmittelablaufkanal (13b), dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf der Rückseite des Kernbodens (19) im Übergangsbereich von Kühlmittelzu- (13a) zu Kühlmittelablaufkanal (13b) mindestens eine Rippe (20; 20'; 30, 31) vorgesehen ist, die in den Kühlkanal hineinragt und mit ihrer Längserstreckung parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist.

2. Spritzgießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzu­ lauf- und Kühlmittelablaufkanäle (13a, 13b) aus einer Grundbohrung (11) gebildet sind, die sich in Längsrichtung des Kernes (1b) erstreckt, wobei der Endabschnitt der Grundbohrung (11) nahe des Kernbodens (19) im Querschnitt kegel- oder kegel­ stumpfförmig ausgebildet ist.

3. Spritzgießform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (30, 31) gewellt ist.

4. Spritzgießform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (30, 31) in dem Kern (1b) an einer Stelle ausgebildet ist, die leicht gegenüber der Stelle des Kernbodens (19) versetzt ist, die der Einspritzdüse (6) unmittelbar gegen­ überliegt.