DE3833220C2 - Needle valve nozzle in an injection mold for processing thermoplastics - Google Patents
Needle valve nozzle in an injection mold for processing thermoplasticsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Nadelverschlußdüse nach dem Oberbegriff von An spruch 1 wie sie beispielsweise in der DE 34 03 603 A1 beschrieben ist.The invention relates to a valve gate according to the preamble of An saying 1 as described for example in DE 34 03 603 A1.
Spritzgießwerkzeuge der oben genannten Art werden in zahlreichen Ausführun gen kommerziell vertrieben. In Fig. 1 ist eine derartige Ausführungsform sche matisch im Schnitt dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einer in einem Werkzeugblock (2) eingebauten Nadelverschlußdüse (1), welche elektrisch be heizt ist und wobei der vordere konisch sich zuspitzende Teil (7) einer axial ver schiebbaren Nadel (8) eine Angußöffnung (9) periodisch öffnet und schließt durch die der durch den Heißkanal (3) kommende thermoplastische Kunststoff bei cirka 200°C unter hohem Druck in die Kavität (15) eingespritzt wird. Der die Kavität bildende trennbare Werkzeugblock (10, 11) wird über ein Temperier system (12, 12', 12'') gekühlt. Aus der DE 32 45 571 A1 ist bekannt, in der Na delverschlußdüse benachbart der Angußöffnung einen Vorzentrierkörper an zuordnen, der eine exakte Führung der Nadel gewährleistet. Hierbei muß durch die Art der Beheizung 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 versions. In Fig. 1 such an embodiment is shown cal matically in section. It consists essentially of a in a tool block ( 2 ) built-in needle valve ( 1 ), which is electrically heated and the front conically tapering part ( 7 ) of an axially displaceable needle ( 8 ) periodically opens a sprue ( 9 ) and closes through which the thermoplastic material coming through the hot runner ( 3 ) is injected into the cavity ( 15 ) at approximately 200 ° C. under high pressure. The separable tool block ( 10 , 11 ) forming the cavity is cooled by a temperature control system ( 12 , 12 ', 12 ''). From DE 32 45 571 A1 it is known to assign a pre-centering body in the needle closure nozzle adjacent to the sprue opening, which ensures exact guidance of the needle. Due to the type of heating via heating tapes and the material properties of the pre-centering body, poor heat transfer must be feared.
Ferner ist ein aus mehreren Ebenen zusammengesetztes Heißkanalsystem (2) vorhanden, in dem Heißkanäle (3) eingearbeitet sind, und wobei bei Verwendung von Mehrfachwerkzeugen in einem Arbeitsgang beispielsweise 6-32 Formteile gleichzeitig gespritzt werden. Verfahren zur Herstellung solcher Temperier- und Heißkanalsysteme sind beispielsweise aus der DE 36 32 574 A1 und der DE 36 32 640 A1 der Anmelderin bekannt.There is also a hot runner system ( 2 ) composed of several levels, in which the hot runner ( 3 ) is incorporated, and with the use of multiple tools, for example 6-32 molded parts are injected simultaneously in one operation. Methods for producing such temperature control and hot runner systems are known, for example, from DE 36 32 574 A1 and DE 36 32 640 A1 from the applicant.
Bei den im allgemeinen mit Leitungswasser gekühlten Temperiersystemen kann durch aggressive Zusätze des Wassers Korrosion entstehen, durch den Kalkge halt können sich bei längerem Gebrauch die Kühlkanäle zusetzen, wodurch die Gebrauchsdauer des Werkzeugs verringert wird.In the case of temperature control systems that are generally cooled with tap water Corrosion caused by aggressive additions of water, by the limestone The cooling channels can become clogged with prolonged use, causing the Tool life is reduced.
Die Nadelsteuerung geschieht im allgemeinen durch einen Kolbenantrieb, wel cher in einer Werkzeugplatte (5) untergebracht ist, bestehend aus einem Kol ben (14), welcher in einem Zylinder (13) mit Luft oder Hydrauliköl beaufschlagbar gleitend sitzt. Ein derartiger Kolbenantrieb ist beispielsweise aus der DE 32 49 486 A1 bekannt. In dieser Patentschrift sind die Dichtungsprobleme des Kolbens wegen der erforderlichen hohen Drücke für die Hydraulik diskutiert und es wird vorgeschlagen, die Probleme durch zwei miteinander wirkende Kol ben zu lösen, die mit Preßluft betrieben werden. Der vorgeschlagene Aufbau wird dabei allerdings sehr kompliziert und dürfte bei längerem Gebrauch Ver schleißprobleme bereiten.The needle control is generally done by a piston drive, which cher is accommodated in a tool plate ( 5 ), consisting of a Kol ben ( 14 ) which sits in a cylinder ( 13 ) with air or hydraulic oil slidable. Such a piston drive is known for example from DE 32 49 486 A1. In this patent, the sealing problems of the piston because of the high pressures required for the hydraulics are discussed and it is proposed to solve the problems by two interacting Kol ben, which are operated with compressed air. The proposed structure is very complicated, however, and should cause wear problems with prolonged use.
Des weiteren ist bei vielen Spritzgießwerkzeugen die Verbindung vom Kolben zur Nadel unbefriedigend gelöst, so daß nach längerem Gebrauch - viele Spritz gießwerkzeuge vollbringen weit über eine Million Spritzgußvorgänge - ein erheb licher Verschleiß beobachtet wird und eine exakte Führung der Nadel nicht mehr gewährleistet ist. Furthermore, in many injection molding tools, the connection from the piston to the needle unsatisfactorily solved, so that after prolonged use - many sprays Casting tools accomplish well over a million injection molding processes - a significant one wear is observed and an exact guidance of the needle is no longer possible is 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 Quali tätskontrollen der Endprodukte erforderlich macht.Finally, most of the commercially available injection molding tools the disadvantage that they only imperfectly control the valve pin control and thereby produce a high scrap of molded parts, which reduces the cost-effectiveness of the machine or expensive quality of the end products.
Daher bestand die Aufgabe, eine Nadelverschlußdüse der eingangs genannten
gattungsmäßigen Art zu finden, welche
Therefore, the task was to find a valve gate of the generic type mentioned, which
- - einen reibungsarmen Fluß des Thermoplasts zu den Angußöffnungen in die Kavität gewährleistet- A low-friction flow of the thermoplastic to the gates in the Cavity guaranteed
- - den Verschleiß der die Nadelführung bewirkenden Teile herabsetzt- Reduces the wear of the parts causing the needle guide
- - die optimale Gleit- und Dichtfähigkeit innerhalb des Ventilgehäuses gewähr leistet- Ensure the optimal sliding and sealing ability within the valve housing accomplishes
- - den Ausstoß fehlerhaft produzierter Formteile automatisch veranlaßt.- Automatically causes the ejection of incorrectly produced molded parts.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.According to the invention, this object is achieved by those mentioned in claim 1 Features resolved. Details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Spritzgießwerkzeug konventioneller Bauart, Fig. 1 shows a section through a conventional injection molding type,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spritzgießwerkzeug in der oberen (geöffneten) Stellung der Verschlußnadel und Fig. 2 shows a section through an injection mold according to the invention in the upper (open) position of the valve pin and
Fig. 3 eine Teilansicht einer Spritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 is a partial view of a spray nozzle according to the present invention.
Nach Fig. 2 und 3 soll zum Zweck eines guten Wärmeübergangs der Vorzen trierkörper 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, bewerkstelligt werden.According to Fig. 2 and 3 of a good heat transfer the Vorzen should be executed trier body integrally with the nozzle body (6) for the purpose of further to the heating (4) of the nozzle (1) by a thermally conductive material such as copper, in which the heating coils (28 ) are cast in, can be accomplished.
Andererseits soll der Wärmeübergang vom Düsenkörper (6) zum Werkzeug block (10) möglichst gering sein, was an der Übergangsstelle (41) durch Titan- beziehungsweise Keramikdichtisolierungen bewirkt wird. Ebenso ist der Düsen körper an seinem oberen Teil gegen den Werkzeugblock (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 by titanium or ceramic sealing insulations at the transition point ( 41 ). 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 Vorzentrie rung der Nadel (8) wurde gefunden, daß die Konuswinkel (α, β) 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 Hub zustand (offen) der Nadel und ausgezogen die Schließstellung (unterer Hubzu stand) dargestellt.With regard to rapid filling of the cavity and optimal precentration of the needle ( 8 ), it was found that the cone angles (α, β) of the front and rear conical taper ( 7 ) of the needle ( 8 ) should not exceed 15 ° in each case, as can be 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.
Die Antriebseinheit der Nadel besteht, wie aus Fig. 2 hervorgeht, aus einem Ventilgehäuse (13) mit einem Deckel (16), indem sich ein Kolben (11) axial verschiebbar befindet. Der Kolben ist durch eine Schraubverbindung (32) mit einer Kolbenstange (14) fest verbunden, welche sich ebenfalls in dem Ventilge häuse befindet. Zum Antrieb des Kolbens (11) sind Preßluftzuführungen (19), welche je nach Stellung des Kolbens in der offenen Position der Nadel den obe ren Teil des Ventilgehäuses (33) beziehungsweise in geschlossener Stellung der Nadel den unteren Teil des Ventilgehäuses (20) mit Luft beaufschlagen. Die Gleitdichtung des Kolbens (11) wird durch einen in einer ringförmigen Wan dungsausnehmung des Kolbens sitzenden Dichtring (21) mit rechteckigem Querschnitt (Handelsbezeichnung "Quadring") hergestellt, welcher aus Silikon gummi besteht. Die Gleitdichtung der Kolbenstange (14) bewirkt eine Hutman schette (22), welche in einer ringförmigen Ausnehmung des Ventilgehäuses sitzt und durch einen Zylinderring (12), welcher mit dem Gehäuse verschraubt ist, an die Kolbenstange gepreßt wird. Weiterhin ist die Schraubverbindung (32) gegen Lösungen wegen der häufigen Hubvorgänge, die mit erheblichen Wechselbe lastungen verbunden sind, durch eine sogenannte Schnorrscheibe (29) als Bei lagscheibe gesichert. Diese Scheibe ist beiderseits mit schräg radial verlaufen den Riffelungen versehen. Ersatzweise kann auch die Schraube mit einem ent sprechenden Kleber, beispielsweise den Schraubensicherungslack Loctite, mit dem Kolben dauerhaft verbunden werden.As shown in FIG. 2, the drive unit of the needle consists of a valve 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 piston rod ( 14 ), which is also located in the Ventilge housing. To drive the piston ( 11 ) 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 ) with air act upon. The sliding seal of the piston ( 11 ) is produced by a sealing ring ( 21 ) with a rectangular cross-section (trade name "Quadring"), which is made of silicone rubber, and is seated in an annular wall recess of the piston. The sliding seal of the piston rod ( 14 ) causes a Hutman collar ( 22 ) which sits in an annular recess in the valve housing and is pressed against the piston rod by a cylinder ring ( 12 ) which is screwed to the housing. Furthermore, the screw connection ( 32 ) is secured against solutions because of the frequent lifting operations, which are associated with considerable Wechselbe loads, secured by a so-called Schnorr disc ( 29 ) as a washer. This disc is provided on both sides with radially oblique corrugations. Alternatively, the screw can be permanently connected to the piston with a suitable adhesive, such as Loctite screw locking lacquer.
Die Verbindung der Kolbenstange (14) mit der Nadel (8) wird geschaffen, indem diese an ihrem oberen Ende zylindrisch erweitert ist und diese Erweiterung (15) in einer T-Nut der Kolbenstange sitzt, in die sie radial eingeschoben wird. Die gegenseitige Passung von T-Nut und zylinderischer Erweiterung ist so beschaf fen, daß die Nadel (8) ein axiales Spiel von höchstens 5 µm hat, aber gleichzeitig Verschiebungen zwischen Kolbenantrieb (5) und Heißkanalverteiler (2) durch thermische Einflüsse in radialer Richtung ausgleicht. Ein weiterer Spannungs ausgleich kann durch eine an sich bekannte Tellerscheibe (17) geschehen, deren nach oben gebogene federnde Ränder am Kolbenantrieb anliegen und deren Unterseite am Heißkanal (2) anliegt.The connection of the piston rod ( 14 ) with the needle ( 8 ) is created by expanding it cylindrically at its upper end and this extension ( 15 ) is seated in a T-groove of the piston rod, into which it is inserted radially. The mutual fit of the T-slot and the 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 manifold ( 2 ) due to thermal influences in the radial direction . A further voltage compensation 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 against the hot runner ( 2 ).
Um die Verschleißfähigkeit zu reduzieren, sind die gegeneinanderreibenden Teile des Ventilgehäuses beziehungsweise Kolbens beschichtet und zwar sind vorzugsweise die aus gehärtetem Stahl bestehenden Kolben (11) und Kolben stange (14) an der Gleitfläche mit Titannitrit beschichtet, wobei die Schicht dicke 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 dauerhafte Dichtigkeit und hohe Gleitfähigkeit zwischen der Nadel (8) und der Nadelführungsbuchse (18) wird erreicht durch ein zusätzliches Plasmanitrieren der Innenseite der Nadel führungsbuchse. Ersatzweise können diese Teile auch verchromt sein.In order to reduce the wear resistance, the parts of the valve housing or piston rubbing against each other are coated, and preferably the piston ( 11 ) and piston rod ( 14 ) made of hardened steel are coated on the sliding surface with titanium nitride, the layer being 2-4 µm thick , as well as the inside of the valve housing, 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 the inside of the needle guide bush. Alternatively, these parts can also be chrome-plated.
Zur Kontrolle des Spritzgießvorgangs ist an der Außenseite des Ventilgehäu ses (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 Kolben steuerung durch die Preßluft in die obere beziehungsweise untere Hubstellung und dem Zeitpunkt der effektiven Stellung des Kolbens in Verbindung mit den Einspritzparametern eine Differenz besteht. Bei Überschreitung eines festgeleg ten Grenzwertes der Zeitdifferenz für den entsprechenden Hub bei dem Auswurf des betreffenden Formteils wird dieses als Ausschuß verworfen. Bei Mehrfach werkzeugen wird analog verfahren, 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.To control the injection molding process, a sensor ( 36 ) is attached to the outside of the Ventilgehäu ses ( 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 the molded part in question is ejected, 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 molded parts of a cycle can be rejected as faulty.
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