DE3833220A1 - Injection mould for the processing of thermoplastics - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Spritzgießwerkzeug für Formteile, bestehend aus mindestens einem elektrisch beheizten Nadelver schlußsystem, wobei der vordere Nadelteil eine Angußöffnung periodisch öffnet und schließt, wobei der hintere Nadelteil mit einem axial verschiebbaren Kolben verbunden ist, der in einem Zylinder abgedichtet gleitet, wobei der Zylinder mit Luft oder Hydrauliköl zur Huberzeugung des Kolbens be aufschlagbar ist sowie einem Heizkanalsystem für die Zuführung des thermoplastischen Kunststoffs und mit einem Kontrollsystem für den Ablauf des Spritzgußvorganges sowie einem Temperier system zur schnellen Abführung der Wärme.The invention relates to an injection mold for molded parts, consisting of at least one electrically heated Nadelver closure system, wherein the front needle part a sprue periodically opens and closes, the rear needle part is connected to an axially displaceable piston which sealed in a cylinder slides, the cylinder with air or hydraulic oil to generate the piston stroke can be opened and a heating duct system for the feed of the thermoplastic and with a control system for the course of the injection molding process and a tempering system for quick heat dissipation.
Spritzgießwerkzeuge der oben genannten Art werden in zahl reichen Ausführungen kommerziell vertrieben. In Fig. 1 ist eine derartige Ausführungsform schematisch im Schnitt dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einer in einem Werkzeugblock (2) eingebauten Nadelverschlußdüse (1), welche elektrisch beheizt ist und wobei der vordere konisch sich zuspitzende Teil (7) einer axial verschiebbaren Nadel (8) eine Angußöffnung (9) periodisch öffnet und schließt, durch die der durch den Heißkanal (3) kommende thermoplastische Kunststoff bei cirka 220°C unter hohem Druck in die Kavität (15) eingespritzt wird. Der die Kavität bildende trennbare Werkzeugblock (10, 11) wird über ein Temperiersystem (12, 12′, 12′′) gekühlt. Aus der DE 32 45 571 ist bekannt, in der Nadelverschlußdüse benachbart der Angußöffnung einen Vorzentrierkörper anzuordnen, der eine exakte Führung der Nadel gewährleistet. Hierbei muß durch die Art der Behei zung über Heizbänder und durch die Materialeigenschaften des Vorzentrierkörpers ein schlechter Wärmeübergang befürchtet werden.Injection molds of the type mentioned above are commercially available in numerous designs. In Fig. 1, such an embodiment is shown schematically in section. It consists essentially of a in a mold block (2) built-in needle valve nozzle (1) which is electrically heated, and wherein the front conically tapering part (7) an axially displaceable needle (8) has a sprue opening (9) periodically opens and closes, through which the thermoplastic material coming through the hot runner ( 3 ) is injected into the cavity ( 15 ) at approximately 220 ° C. under high pressure. The separable tool block ( 10 , 11 ) forming the cavity is cooled via a temperature control system ( 12 , 12 ', 12 ''). From DE 32 45 571 it is known to arrange a pre-centering body in the needle valve nozzle adjacent to the gate opening, which ensures an exact guidance of the needle. A poor heat transfer must be feared by the type of heating via heating tapes and by the material properties of the pre-centering body.
Ferner ist ein aus mehreren Ebenen zusammengesetztes Heiß kanalsystem (2) vorhanden, in dem Heißkanäle (3) eingear beitet sind, und wobei bei Verwendung von Mehrfachwerkzeugen in einem Arbeitsgang beispielsweise 6-32 Formteile gleich zeitig gespritzt werden. Verfahren zur Herstellung solcher Temperier- und Heißkanalsysteme sind beispielsweise aus den DE-OS 36 32 574 und 36 32 640 der Anmelderin bekannt.Furthermore, there is a hot runner system ( 2 ) composed of several levels, in which hot runner ( 3 ) are machined, and where, for example, 6-32 molded parts are injected at the same time when using multiple tools in one operation. Methods for producing such temperature control and hot runner systems are known, for example, from DE-OS 36 32 574 and 36 32 640 of the applicant.
Bei den im allgemeinen mit Leitungswasser gekühlten Tempe riersystemen kann durch aggressive Zusätze des Wassers Kor rosion entstehen, durch den Kalkgehalt können sich bei län gerem Gebrauch die Kühlkanäle zusetzen, wodurch die Gebrauchs dauer des Werkzeugs verringert wird.In the case of tempe generally cooled with tap water riersystemen by aggressive additions of water Cor rosion occur, due to the lime content at län Add the cooling channels to lower use, thereby reducing the use tool life is reduced.
Die Nadelsteuerung geschieht im allgemeinen durch einen Kolbenantrieb, welcher in einer Werkzeugplatte (5) unter gebracht ist, bestehend aus einem Kolben (14), welcher in einem Zylinder (13) mit Luft oder Hydrauliköl beaufschlagbar gleitend sitzt. Ein derartiger Kolbenantrieb ist beispiels weise aus der DE 32 49 486 bekannt. In dieser Patentschrift sind die Dichtungsprobleme des Kolbens wegen der erforderli chen hohen Drücke für die Hydraulik diskutiert und es wird vorgeschlagen, die Probleme durch zwei miteinander wirkende Kolben zu lösen, die mit Preßluft betrieben werden. Der vorgeschlagene Aufbau wird dabei allerdings sehr kompliziert und dürfte bei längerem Gebrauch Verschleißprobleme bereiten. The needle control is generally done by a piston drive, which is accommodated in a tool plate ( 5 ), consisting of a piston ( 14 ), which is slidably seated in a cylinder ( 13 ) with air or hydraulic oil. Such a piston drive is known for example from DE 32 49 486. In this patent, the sealing problems of the piston are discussed because of the high pressures required for the hydraulics, and it is proposed to solve the problems by means of two interacting pistons that are operated with compressed air. However, the proposed structure becomes very complicated and should cause wear problems with prolonged use.
Desweiteren ist bei vielen Spritzgießwerkzeugen die Verbin dung vom Kolben zur Nadel unbefriedigend gelöst, so daß nach längerem Gebrauch - viele Spritzgießwerkzeuge voll bringen weit über eine Million Spritzgußvorgänge - ein er heblicher Verschleiß beobachtet wird und eine exakte Führung der Nadel nicht mehr gewährleistet ist.Furthermore, the connection from the piston to the needle is unsatisfactorily solved in many injection molds, so that after prolonged use - many injection molds bring well over a million injection molding processes - considerable wear and tear is observed and exact guidance of the needle is no longer guaranteed.
Schließlich weisen die meisten kommerziell vertriebenen Spritzgießwerkzeuge den Nachteil auf, daß sie die Steuerung der Verschlußnadel nur unvollkommen kontrollieren und dadurch einen hohen Ausschuß von Formteilen produzieren, was die Wirtschaftlichkeit der Maschine verringert beziehungsweise teure Qualitätskontrollen der Endprodukte erforderlich macht.After all, most of the commercially distributed ones Injection molds have the disadvantage that they are the control Check the valve pin only imperfectly and thereby produce a high scrap of molded parts what the Machine economy reduced or respectively expensive quality controls of the end products are required.
Daher bestand die Aufgabe, ein Spritzgießwerkzeug der eingangs genannten gattungsmäßigen Art zu finden, welchesTherefore, the task was to create an injection mold at the beginning to find the generic species mentioned, which
- - einen reibungsarmen Fluß des Thermoplasts zu den Anguß öffnungen in die Kavität gewährleistet- a low-friction flow of the thermoplastic to the sprue openings in the cavity guaranteed
- - Korrosion und Zusetzen der Temperierkanäle vermeidet- Avoids corrosion and clogging of the temperature control channels
- - den Verschleiß der die Nadelführung bewirkenden Teile herabsetzt- the wear of the parts causing the needle guide belittles
- - die optimale Gleit- und Dichtfähigkeit innerhalb des Ven tilgehäuses gewährleistet- The optimal sliding and sealing ability within the Ven tilgehäuses guaranteed
- - den Ausstoß fehlerhaft produzierter Formteile automatisch veranlaßt.- the output of incorrectly produced molded parts automatically prompted.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe gelöst mit einem Spritz gießwerkzeug mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.According to the invention the object was achieved with a spray Casting tool with in the characterizing part of claim 1 mentioned features. Details of the invention go out the dependent claims, the description and the drawings forth.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigenThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawings and show it
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Spritzgießwerkzeug konven tioneller Bauart, Fig. 1 shows a section through an injection mold conven tional type,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spritz gießwerkzeug in der oberen (geöffneten) Stellung der Verschlußnadel, Fig. 2 shows a section through an inventive spray casting tool in the upper (open) position of the closure needle,
Fig. 3 eine Teilansicht einer Spritzdüse gemäß der vor liegenden Erfindung. Fig. 3 is a partial view of a spray nozzle according to the prior invention.
Bezugnehmend auf Fig. 1 und 3 wurde mit der vorliegenden Erfindung auch eine Optimierung der Nadelverschlußdüse 1 angestrebt. Diese ist eine Kombination an sich bekannter sowie neu gefundener und eingeführter Merkmale.With reference to FIGS. 1 and 3, the present invention also aimed to optimize the needle valve nozzle 1 . This is a combination of features that are known as well as newly found and introduced features.
Zum Zweck eines guten Wärmeübergangs soll der Vorzentrier körper einstückig mit dem Düsenkörper (6) ausgeführt sein, ferner soll die Beheizung (4) der Düse (1) durch ein wärmeleitfähiges Material beispielsweise Kupfer, in das die Heizwendeln (28) eingegossen sind, bewerk stelligt werden.For the purpose of good heat transfer, the pre-centering body should be made in one piece with the nozzle body ( 6 ), and the heating ( 4 ) of the nozzle ( 1 ) should be accomplished by a thermally conductive material, for example copper, into which the heating coils ( 28 ) are cast will.
Andererseits soll der Wärmeübergang vom Düsenkörper (6) zum Werkzeugblock (10) möglichst gering sein, was an der Übergangsstelle (41) durch Titan- beziehungsweise Keramikdichtisolierungen bewirkt wird. Ebenso ist der Düsenkörper an seinem oberen Teil gegen den Werkzeug block (23) durch eine analoge Isolierung (42) thermisch getrennt.On the other hand, the heat transfer from the nozzle body ( 6 ) to the tool block ( 10 ) should be as low as possible, which is caused at the transition point ( 41 ) by titanium or ceramic sealing insulation. Likewise, the nozzle body is thermally separated at its upper part against the tool block ( 23 ) by an analog insulation ( 42 ).
Im Hinblick auf eine schnelle Füllung der Kavität und eine optimale Vorzentrierung der Nadel (8) wurde gefunden, daß die Konuswinkel (α, b) der vorderen und hinteren konischen Zuspitzung (7) der Nadel (8) jeweils 15° nicht übersteigen sollen, wie aus Fig. 3 erkennbar. In dieser Figur ist gestrichelt der obere Hubzustand (offen) der Nadel und ausgezogen die Schließstellung (unterer Hubzu stand) dargestellt.With regard to a rapid filling of the cavity and an optimal pre-centering of the needle ( 8 ), it was found that the cone angles ( α , b ) of the front and rear conical taper ( 7 ) of the needle ( 8 ) should not exceed 15 °, as is the case seen from FIG. 3. In this figure, the upper stroke state (open) of the needle and the closed position (lower stroke state) is shown in broken lines.
Der Heißkanal beziehungsweise Heißkanalverteiler (2) ist aufgebaut, wie beispielsweise aus der bereits erwähn ten DE 36 32 640 bekannt. Die Fließkanäle sind so einge fräst, daß tote Winkel sowie Kanten vermieden werden, um auf diese Weise einen gleichmäßigen Fluß des Thermo plasts zu ermöglichen und Materialablagerungen, die zu fehlerhaftem Zustand der Formteile führen, zu vermeiden. Eine ähnliche Zielsetzung ist in der EP 01 97 181 beschrie ben.The hot runner or hot runner distributor ( 2 ) is constructed, as is known, for example, from DE 36 32 640 already mentioned. The flow channels are milled in such a way that blind spots and edges are avoided, in order in this way to enable a uniform flow of the thermoplastic and to avoid material deposits which lead to the faulty condition of the molded parts. A similar objective is described in EP 01 97 181.
In analoger Weise ist das im Werkzeugblock (10) angeord nete Temperiersystem (12, 12′, 12′′) aufgebaut wie in der DE 36 32 574 beschrieben, was eine intensive Kühlung des Spritzgießwerkzeuges ermöglicht und für optimalen Kühlflüssigkeitsdurchsatz sorgt. Dabei sind die Temperier kanäle (12, 12′, 12′′) im zusammengesetzten Zustand des Temperiersystems, welches durch Diffusionsschweißen be werkstelligt wird, durch chemisches Vernickeln gegen Korrosion geschützt. Hierbei wird Nickel als Nickel-Phos phor-Legierung unter Verwendung des Reduktionsmittels Natriumhypophosphit abgeschieden, indem eine entspre chende Reaktionslösung mit Pumpen durch das Temperier system durchgepumpt wird, bis eine Abscheidungsdicke von etwa 200 µm erreicht ist. Auf diese Weise wurde die Korrosion, welche bei konventionellen Temperiersystemen nach längerer Gebrauchsdauer für erhebliche Probleme sorgte, zuverlässig vermieden.In an analogous manner, the tempering system ( 12 , 12 ', 12 '') arranged in the tool block ( 10 ) is constructed as described in DE 36 32 574, which enables intensive cooling of the injection mold and ensures optimum coolant throughput. The temperature control channels ( 12 , 12 ', 12 '') in the assembled state of the temperature control system, which is accomplished by diffusion welding be protected by chemical nickel plating against corrosion. Here, nickel is deposited as a nickel-phosphorus alloy using the reducing agent sodium hypophosphite by pumping a corresponding reaction solution with pumps through the temperature control system until a deposition thickness of approximately 200 μm is reached. In this way, the corrosion, which caused considerable problems in conventional temperature control systems after a long period of use, was reliably avoided.
In dem verbesserten Kolbenantrieb (5) liegt der wesentliche Teil der vorliegenden Erfindung. Die Antriebseinheit besteht, wie aus Fig. 2 hervorgeht, aus einem Ventilge häuse (13) mit einem Deckel (16), in dem sich ein Kolben (11) axial verschiebbar befindet. Der Kolben ist durch eine Schraubverbindung (32) mit einem weiteren Kolben (14) fest verbunden, welcher sich ebenfalls in dem Ventil gehäuse befindet. Zum Antrieb der Kolben (11, 14) sind Preßluftzuführungen (19), welche je nach Stellung des Kolbens in der offenen Position der Nadel den oberen Teil des Ventilgehäuses (33) beziehungsweise in geschlos sener Stellung der Nadel den unteren Teil des Ventilge häuses (20) mit Luft beaufschlagen. Die Gleitdichtung des Kolbens (11) wird durch einen in einer zylindrischen Wandungsausnehmung des Kolbens sitzenden Dichtring (21) mit rechteckigem Querschnitt (Handelsbezeichnung "Quad ring") hergestellt, welcher aus Silikongummi besteht. Die Gleitdichtung des Kolbens (14) bewirkt eine Hutman schette (22), welche in einer zylindrischen Ausnehmung des Ventilgehäuses sitzt und durch einen Zylinderring (12), welcher mit dem Gehäuse verschraubt ist, an den Kolben gepreßt wird. Weiterhin ist die Schraubverbindung (32) gegen Lösen wegen der häufigen Hubvorgänge, die mit erheblichen Wechselbelastungen verbunden sind, durch eine sogenannte Schnorrscheibe (29) als Beilagscheibe gesichert. Diese Scheibe ist beiderseits mit schräg radial verlaufenden Riffelungen versehen. Ersatzweise kann auch die Schraube mit einem entsprechenden Kleber, beispiels weise den Schraubensicherungslack Loctite, mit dem Kolben dauerhaft verbunden werden.The essential part of the present invention lies in the improved piston drive ( 5 ). The drive unit consists, as shown in Fig. 2, from a Ventilge housing ( 13 ) with a cover ( 16 ) in which a piston ( 11 ) is axially displaceable. The piston is firmly connected by a screw connection ( 32 ) to a further piston ( 14 ), which is also located in the valve housing. To drive the piston ( 11 , 14 ) are compressed air feeds ( 19 ) which, depending on the position of the piston in the open position of the needle, the upper part of the valve housing ( 33 ) or in the closed position of the needle, the lower part of the valve housing ( 20 ) apply air. The sliding seal of the piston ( 11 ) is produced by a sealing ring ( 21 ) with a rectangular cross section (trade name "Quad ring"), which is made of silicone rubber, and which is seated in a cylindrical wall recess of the piston. The sliding seal of the piston ( 14 ) causes a Hutman collar ( 22 ) which sits in a cylindrical recess of the valve housing and is pressed against the piston by a cylinder ring ( 12 ) which is screwed to the housing. Furthermore, the screw connection ( 32 ) is secured against loosening due to the frequent lifting processes, which are associated with considerable alternating loads, by means of a so-called Schnorrscheibe ( 29 ) as a washer. This disc is provided on both sides with obliquely radial corrugations. Alternatively, the screw can be permanently connected to the piston with a suitable adhesive, for example Loctite screw locking lacquer.
Die Verbindung des Kolbens (14) mit der Nadel (8) wird geschaffen, indem diese an ihrem oberen Ende zylindrisch erweitert ist und diese Erweiterung (15) in einer T-Nut des Kolbens sitzt, in die sie radial eingeschoben wird. Die gegenseitige Passung von T-Nut und zylindrischer Erweiterung ist so beschaffen, daß die Nadel (8) ein axiales Spiel von höchstens 5 µm hat, aber gleichzeitig Verschiebungen zwischen Kolbenantrieb (5) und Heißkanal verteiler (2) durch thermische Einflüsse in radialer Richtung ausgleicht. Ein weiterer Spannungsausgleich kann durch eine an sich bekannte Tellerscheibe (17) ge schehen, deren nach oben gebogene federnde Ränder am Kolbenantrieb anliegen und deren Unterseite am Heißkanal (2) anliegt.The connection of the piston ( 14 ) to the needle ( 8 ) is created by expanding it cylindrically at its upper end, and this extension ( 15 ) sits in a T-groove of the piston, into which it is inserted radially. The mutual fit of the T-slot and cylindrical extension is such that the needle ( 8 ) has an axial play of at most 5 µm, but at the same time compensates for displacements between the piston drive ( 5 ) and the hot runner distributor ( 2 ) due to thermal influences in the radial direction . A further voltage equalization can be achieved by means of a plate disk ( 17 ) known per se, the resilient edges of which are bent upwards bear against the piston drive and the underside of which rests on the hot runner ( 2 ).
Um die Verschleißfähigkeit zu reduzieren, sind die gegen einanderreibenden Teile des Ventilgehäuses beziehungsweise Kolbens beschichtet und zwar sind vorzugsweise die aus gehärtetem Stahl bestehenden Kolben (11) und (14) an der Gleitfläche mit Titannitrit beschichtet, wobei die Schichtdicke 2-4 µm beträgt, ebenso die Innenseite des Ventilgehäuses, die Nadel (8) und die Kupplungsstücke. Letztere Teile können auch plasmanitriert werden, wobei die Beschichtungsdicke 10-50 µm beträgt. Die dauer hafte Dichtigkeit und hohe Gleitfähigkeit zwischen der Nadel (8) und der Nadelführungsbuchse (18) wird erreicht durch ein zusätzliches Plasmanitrieren der Innenseite der Nadelführungsbuchse. Ersatzweise können diese Teile auch verchromt sein.In order to reduce the wear resistance, the parts of the valve housing or piston which rub against each other are coated, and indeed the pistons ( 11 ) and ( 14 ) made of hardened steel are preferably coated on the sliding surface with titanium nitride, the layer thickness being 2-4 μm, likewise the inside of the valve body, the needle ( 8 ) and the coupling pieces. The latter parts can also be plasma nitrided, the coating thickness being 10-50 µm. The permanent tightness and high lubricity between the needle ( 8 ) and the needle guide bush ( 18 ) is achieved by an additional plasma nitriding of the inside of the needle guide bush. Alternatively, these parts can also be chrome-plated.
Dazu ist an der Außenseite des Ventilgehäuses (5) ein Sensor (36) angebracht, der ein Induktivfeld aufbaut, welches durch den Kolben (11) beeinflußt wird, wenn dieser sich benachbart zum Sensor (36) also beispielsweise in der oberen Hubstellung, befindet. Eine nicht dargestellte elektronische Auswerteeinheit registriert, ob zwischen dem Zeitpunkt der Kolbensteuerung durch die Preßluft in die obere beziehungsweise untere Hubstellung und dem Zeitpunkt der effektiven Stellung des Kolbens in Ver bindung mit den Einspritzparametern eine Differenz be steht. Bei Überschreitung eines festgelegten Grenzwertes der Zeitdifferenz für den entsprechenden Hub bei dem Auswurf des betreffenden Formteiles wird dieses als Aus schuß verworfen. Bei Mehrfachwerkzeugen wird analog ver fahren, da jedes Ventilgehäuse einen derartigen Sensor besitzt, welche alle mit der Auswerteeinheit verbunden sind, so daß gegebenenfalls alle Formteile eines Zyklus als fehlerhaft verworfen werden können.For this purpose, a sensor ( 36 ) is attached to the outside of the valve housing ( 5 ), which builds up an inductive field which is influenced by the piston ( 11 ) when it is adjacent to the sensor ( 36 ), for example in the upper stroke position. An electronic evaluation unit, not shown, registers whether there is a difference between the time of the piston control by the compressed air in the upper or lower stroke position and the time of the effective position of the piston in connection with the injection parameters. If a specified limit of the time difference for the corresponding stroke when ejecting the molding in question is exceeded, this is discarded as a committee. In the case of multiple tools, the procedure is analogous, since each valve housing has such a sensor, which are all connected to the evaluation unit, so that, if appropriate, all the molded parts of a cycle can be rejected as faulty.
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