DE4032165A1 - Isoliertes spritzgiess-ventilteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Spritzgießen und insbeson­ dere befaßt sie sich mit einem fortentwickelten Ventilele­ ment zur Verwendung in einer ventilgesteuerten Spritzgießan­ lage.

Bei einer ventilgesteuerten Spritzgießanlage strömt normaler­ weise die Schmelze um das Ventilelement, welche sich in ei­ ner Schmelzenbohrung hin- und hergehend bewegt, die in der Mitte einer beheizten Düse verläuft. Wie in der US-Patentan­ meldung Ser.No. 3 62 233 vom 6. Juni 1989 mit dem Titel "Spritzgießanlage, die eine versetzte Ventilstift-Vorbelastungs­ einrichtung hat" gezeigt ist, ist es in einigen Anwendungs­ fällen erwünscht, eine zusätzliche Kühlung am vorderen Ende des Ventilelements dadurch zu haben, daß Kühlwasser durch eine Mittelöffnung in dem Ventilelement geleitet wird. Dies trifft insbesondere für Ventilelemente zu, die ein erweiter­ tes vorderes Ende haben, das sich in den Hohlraum erstreckt und das in Richtung der Einfahrstellung zum Schließen vorbe­ lastet ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einigen Mate­ rialien, wie Styrol und ABS, die Kühlung des Ventilelements eine zu starke Erstarrung der Schmelze, die um dasselbe strömt, während langen Zyklen führt, so daß man unzufriedenstellen­ de Gußerzeugnisse erhält und Veränderungen bei der Färbung auftreten.

Die Erfindung zielt darauf ab, wenigstens teilweise die vor­ stehend genannten Schwierigkeiten zu überwinden, und ein Spritzgieß-Ventilelement bereitzustellen, welches isoliert ist, um die Kühlwirkung des Kühlwassers, das in der Mittel­ kühlung zirkuliert und sich auf der äußeren zylindrischen Fläche aufhält, zu reduzieren.

Hierzu gibt die Erfindung ein Spritzgieß-Ventilelement an, das einen länglichen Abschnitt mit einer im allgemeinen zy­ lindrischen Außenfläche und einer im allgemeinen zylindri­ schen Innenfläche hat, wobei die Innenfläche einen zylindri­ schen Mittelkühldorn bildet, der in Längsrichtung durch den länglichen Abschnitt des Ventilelements verläuft, wobei sich die Weiterbildung dadurch auszeichnet, daß der längli­ che Abschnitt des Ventilteils wenigstens eine Isolierkammer hat, die konzentrisch um den Mittelkühlungsdorn verläuft und in einem Abstand zwischen der äußeren und inneren zylindri­ schen Fläche vorgesehen ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevor­ zugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils einer Spritz­ gießanlage zur Verdeutlichung eines Ventilteils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht zur Verdeutli­ chung der Teile des Ventilteils, das in Fig. 1 gezeigt ist, und

Fig. 3 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung der in Fig. 2 gezeigten Teile, die einteilig mitein­ ander verbunden sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Ventilteil 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt, wel­ ches in einer Mittelbohrung 12 in einer Düse 14 aufgenommen ist, die mit Hilfe von Schrauben 16 an einer Hauptleitung 18 befestigt ist. Die Hauptleitung 18 hat einen Halteflansch 20, der gegen eine Umfangsschulter 22 einer Hohlraumplatte 24 an­ liegt, um die Düse 14 in einer Bohrung 26 in der Hohlraum­ platte 24 zu halten, wobei ein isolierender Luftraum 28 zwi­ schen der beheizten Düse 14 und der gekühlten Hohlraumplatte 24 vorgesehen ist. Der Halteflansch 20 hat durch ihn gehende Öffnungen 30, um den Wärmeverlust zur umgebenden Hohlraumplat­ te 24 zu reduzieren. Die Düse 14 und die Hauptleitung 18 sind auch mittels einem vorderen Nasenabschnitt 32 der Düse 14 zur Seite hin ausgerichtet, der in einer hierzu passenden zylin­ drischen Öffnung 34 aufgenommen ist, die durch die Hohlraum­ platte 24 geht, wobei das hintere Ende 36 der Hauptleitung 18 in einer Paßöffnung in einem Haltebund 38 aufgenommen ist. Der Haltebund 38 ist fest an Ort und Stelle mit Hilfe von Schrauben 40 gehalten, die durch die Rückplatte 42 in die Hohl­ raumplatte 24 gehen.

Die Mittelbohrung 12 durch die Düse 14 hat einen hinteren Ab­ schnitt 44 und einen durchmessergrößeren vorderen Abschnitt 46, der durch den Nasenabschnitt 32 der Düse geht, um ein Eingußteil 48 mit einer nach vorne weisenden Mündungsöffnung 50 zu bilden. Das Ventilteil 10 hat ein erweitertes vorderes Ende 52, einen länglichen Mittelabschnitt 54, welcher durch die Mittelbohrung 12 geht, und einen hinteren Abschnitt 56, der in eine Mittelöffnung 58 in der Hauptleitung 18 geht. Der Mittelabschnitt 54 des Ventilteils 10 ist im Durchmesser beträchtlich kleiner als der vordere Abschnitt 46 der Mittel­ düsenbohrung 12, durch die er geht, so daß man einen Schmelzen­ durchflußraum 60 zwischen denselben erhält. Das erweiterte, vordere Ende 52 des Ventilteils sitzt in der Mündungsöffnung 50 des Eingußteils 48 in der eingefahrenen Schließstellung, und er hat eine ebene, vordere Fläche 64, die fluchtgerecht zu der benachbarten Seite 66 des Hohlraums 68 in der Schließ­ stellung ausgerichtet ist. Der Mittelabschnitt 54 des Ven­ tilteils 10 paßt in den hinteren Abschnitt 44 der Mittel­ düsenbohrung 12, die durch die Düse 14 geht, um einen Aus­ tritt der unter Druck stehenden Schmelze um das sich hin- und hergehend bewegende Ventilteil 10 zu verhindern.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Düse 14 mittels eines integrierten, elektrischen Heizelements 70 beheizt. Die Hauptleitung 18 wird durch ein elektrisches Heizelement 72 erwärmt, das in ähnlicher Weise durch Löten integriert vor­ gesehen ist. Die Hohlraumplatte 24 wird dadurch gekühlt, daß Kühlwasser durch die Kühlleitungen 74 gepumpt wird. Bei die­ ser großvolumig bemessenen Anwendung mit der vorderen Fläche 64 des Ventilelements, die sich in den Hohlraum 68 erstreckt, ist es erwünscht, eine stärkere Kühlung des erweiterten, vor­ deren Endes 52 des Ventilteils 10 zu erreichen. Somit ist ein gewundenes Trennprallteil 76 in einem zylindrischen Mittel­ kühldorn 78 angebracht, wobei das hohle Ventil 10 und eine Umwälzung des Kühlwassers zwischen den Einlaß- und Auslaßlei­ tungen vorgesehen ist, die in Querrichtung von dem hinteren Ab­ schnitt 56 des Ventilteils 10 über seitliche Öffnungen in der Hauptleitung 18 verlaufen. Somit strömt das Kühlwasser in dem Ventilteil 10 durch die Einlaßleitung 80, durch den Kühldorn 78 längs einer Seite der spiralförmigen Pralleinrichtung 76 zu dem erweiterten, vorderen Ende 52, über das es hinweggeht, und das Kühlwasser strömt längs der anderen Seite der Prall­ einrichtung 76 nach hinten und tritt über eine Auslaßleitung (nicht gezeigt) aus.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erstreckt sich ein Schmelzendurch­ gang 82 an dem hinteren Ende 36 der Hauptleitung 18 zu dem Eingußteil 48, um eine unter Druck stehende Schmelze von ei­ nem Mitteleinlaß 84 weiterzuleiten. Der Durchgang 82 teilt sich in zwei Zweige 86 auf, die um die Öffnung 85 in der Haupt­ leitung verlaufen und sich an den Raum 60 um den Mittelab­ schnitt 54 des Ventilteils 10 anschließen. Ein Haltestift 88 erstreckt sich zwischen der Düse 14 und der Hauptleitung 18, um sicherzustellen, daß die Zweigteile 86 des Schmelzendurchganges 82 entsprechende Ausrichtungen sind, wenn die Anlage zusammen­ gesetzt ist. Der vordere Abschnitt 46 der Mitteldüsenbohrung 12 muß ausreichend größer als der Mittelabschnitt 54 des Ventil­ teils 10 sein, um einen Zwischenraum 60 mit einer ausreichenden Querschnittsfläche zu haben, damit die aufgenommene Schmelze durch die geteilten Zweigabschnitte 86 des Schmelzendurchganges 82 weiterbefördert werden kann. Wenn der Spritzdruck der Schmel­ ze das Ventilteil 10 in die vordere Offenstellung drückt, strömt die Schmelze dann durch das Eingußteil 48 nach außen um das er­ weiterte, vordere Ende 52 des Ventilteils 10 und in den Hohl­ raum 68.

Wie vollständig in der US-Patentanmeldung Ser.No. 3 62 233 wie vorstehend angegeben gezeigt und beschrieben ist, ist eine Vor­ belastungseinrichtung, die eine spiralförmige Druckfeder (nicht gezeigt) hat, vorgesehen, um ständig eine Kraft über einen ge­ teilten Ring 90 aufzubringen, und das Ventilelement in Rich­ tung der eingerückten Schließstellung vorzubelasten.

Insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 werden nun­ mehr die Auslegungen und das Verfahren zur Herstellung des Ven­ tilteils 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung näher erläutert. Wie voranstehend angegeben ist, hat das Ventilteil 10 einen länglichen Kühldorn 78, der von einer zylindrischen inneren Fläche 92, die sich von dem hinteren En­ de 94 wegerstreckt, gebildet wird, und die spiralförmige Prall­ einrichtung 76 aufnimmt, die in dieser angeordnet ist. Der Mittelabschnitt 54 des Ventilteils 10 hat eine Anzahl von kreis­ förmigen Isolierkammern 96, die sich um den Kühldorn 78 erstrec­ ken. Die Isolierkammern 96 haben in Längsrichtung einen Abstand zueinander und sind zu dem Mittelkühldorn 78 ausgerichtet. Ob­ gleich die Isolierkammern 96 einen gleichmäßigen, viereckför­ migen Querschnitt haben und gleichmäßig in Abständen bei die­ ser bevorzugten Ausführungsform angeordnet sind, können auch andere Ausgestaltungsformen vorgesehen werden, wodurch sich die Isolierwirkung längs der Länge des Mittelabschnitts 54 des Ven­ teilteils 10 variieren läßt.

Das Ventilteil 10 wird dadurch hergestellt, daß ein hohler, in­ nerer Abschnitt 98 aus Stahl mit einer Reihe von Umfangsausneh­ mungen 100 versehen wird, die sich zwischen Stegen 102 von einem Umfangsflansch 104 aus erstrecken. Nachdem die spiralförmige Pralleinrichtung 76 an Ort und Stelle angebracht ist, wird der innere Abschnitt 98 in eine hohle Stahlhülse 106 eingesetzt, die ein mit einem Flansch versehenes Ende 108 hat, das gegen den Flansch 109 des inneren Abschnitts 98 anliegt. Wülste aus einer Nickellötpaste 116 werden um das Ende 114 der Hülse 98 aufgebracht, und ein Stahlendabschnitt 110, der eine mit ei­ nem Flansch versehene Lippe 112 hat, wird dann unter Anlage ge­ gen dasselbe angebracht. Zusätzliche Wülste aus Nickellötpaste 116 werden um das mit dem Flansch versehene Ende 108 der Hülse 106 und der mit dem Flansch versehenen Lippe 112 des Endab­ schnitts 110 aufgebracht.

Die Anordnung wird dann in einen Vakuumofen eingebracht. Bei einer allmählichen Erwärmung wird der Vakuumofen auf ein rela­ tiv hohes Vakuum evakuiert, um im wesentlichen allen Sauerstoff abzuführen. Bevor der Schmelzpunkt der Nickellötpaste erreicht wird, wird der Ofen teilweise wiederum mit einem Inertgas, wie Argon oder Stickstoff, gefüllt. Wenn das Nickel schmilzt, fließt es durch die Kapillarwirkung, um einteilig eine Verbindung mit dem inneren Abschnitt 98, der Hülse 106 und dem Endabschnitt 110 herzustellen. Das vorstehende Ende 118 des Endabschnitts 110 und das mit dem Flansch versehene Ende 108 und die mit dem Flansch versehene Lippe 112 werden dann maschinell bearbeitet, um das fertiggestellte Ventilteil 10 zu bilden, welches im Abstand befindliche Isolierkammern 96 hat, die sich um den Mittelab­ schnitt 54 erstrecken. Wie sich aus dieser bevorzugten Aus­ führungsform nach der Erfindung ersehen läßt, sind die ausge­ richteten Isolierkammern 96 im wesentlichen in regelmäßigen Abständen zwischen der zylindrischen, inneren Fläche 92, die den Kühldorn 78 bildet, und der zylindrischen äußeren Fläche 120 angeordnet.

Zum Gebrauch wird die Anlage entsprechend der Figur zusammen­ gesetzt, und es erfolgt eine elektrische Energieversorgung der Heizelemente 70, 72, um die Düse 14 und die Hauptleitung 18 auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu erwärmen. Die un­ ter Druck stehende Schmelze von einer Gießmaschine (nicht ge­ zeigt) wird in den Schmelzendurchgang 82 durch den Mittelein­ laß 84 gemäß einem vorbestimmten Arbeitszyklus eingeleitet. Wenn der Spritzguß einwirkt, überwindet die auf das erweiterte Ende 52 des Ventilteils wirkende Kraft der Schmelze die Feder­ kraft, und das Ventilteil 10 wird in Richtung nach vorne be­ wegt, bis der geteilte Ring 90 zur Anlage gegen die Schulter 122 in der Offenstellung kommt. Die Schmelze strömt dann durch den Schmelzendurchgang 82 und das Eingußteil 48, bis der Hohl­ raum 68 ausgefüllt ist. Die kombinierte Kraft aus der Druck­ feder (nicht gezeigt) und dem Schmelzendruck, der auf die vor­ dere Fläche 64 des Ventilteils 10 wirkt, treibt das Ventilteil 10 in die eingefahrene Schließstellung, in der das erweiterte, vordere Ende 52 in der hierzu passenden Mündungsöffnung 50 des Eingußteils 48 sitzt. Der Spritzdruck wird dann aufgehoben und nach einer kurzen Kühlperiode wird die Form geöffnet, um das Spritzgußerzeugnis auszuwerfen. Nach dem Auswurf wird die Form geschlossen und der Spritzguß wirkt wiederum ein, so daß das Eingußteil 48 wiederum geöffnet wird. Dieser Arbeitszyklus wird kontinuierlich mit einer Frequenz abhängig von der Größe des Hohlraumes und der Art des zu vergießenden Materials ausge­ führt. Das Kühlwasser, das um die spiralförmige Pralleinrich­ tung 76 in den Mittelkühldorn 78 strömt, führt die Wärme von dem erweiterten, vorderen Ende 52 des Ventilteils ab, so daß die angrenzende Schmelze im Hohlraum 68 sich schneller ver­ festigt und hierdurch die Arbeitszykluszeit herabgesetzt wird. Das Vorsehen der Isolierkammer 96 um den Mittelkühldorn 78 je­ doch setzt den seitlichen Wärmeverlust zu dem Kühlwasser her­ ab, und es lassen sich die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Verfestigung der Schmelze in dem vorderen Abschnitt 46 der Bohrung 12 um die zylindrische, äußere Fläche 120 überwinden. Hierdurch werden Kaltfließmängel bei den Gußerzeugnissen ver­ mieden, und es sind schnellere Farbwechsel möglich.

Obgleich das Ventilelement 10 mit der Isolierkammer 96 voran­ stehend gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erläutert wor­ den ist, sind diese Ausführungen nicht im beschränkenden Sin­ ne zu verstehen. Zahlreiche Abänderungen und Modifikationen wird der Fachmann im Bedarfsfall vornehmen. Beispielsweise kön­ nen die zahlreichen Isolierkammern, die dort gezeigt sind, durch einige wenige oder sogar eine einzige, zylindrische Iso­ lierkammer ersetzt werden. Alternativ kann eine spiralförmig ausgebildete Isolierkammer dadurch vorgesehen werden, daß ei­ ne spiralförmige Ausnehmung in der äußeren Fläche des inneren Abschnittes 98 vorgesehen wird. Auch ist es möglich, die Iso­ lierkammern dadurch herzustellen, daß man Ausnehmungen auf der inneren Fläche 124 der Hülse 106 vorsieht.

Claims (4)

1. Spritzgieß-Ventilelement mit einem länglichen Abschnitt mit einer im wesentlichen zylindrischen äußeren Fläche und einer im wesentlichen zylindrischen inneren Fläche, wobei die innere Fläche einen zylindrischen Mittelkühldorn bildet, der in Längsrichtung durch den länglichen Abschnitt des Ventil­ teils verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Abschnitt (54) des Ventilteils (10) wenigstens eine Isolierkammer (96) hat, die sich konzentrisch um den Mittel­ kühldorn (78) erstreckt und im Abstand zwischen der äußeren und der inneren zylindrischen Fläche (92, 120) vorgesehen ist.

2. Ventilteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Abschnitt (54) des Ventilteils (10) eine Mehrzahl von Isolierkammern (96) hat, die in Längsrichtung im Abstand um den Mittelkühldorn (78) angeordnet sind.

3. Ventilteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkammer (96) spiralförmig ausgebildet ist und sich längs des länglichen Abschnitts (54) des Ventilelements (10) konzentrisch um den Mittelkühldorn (78) erstreckt.

4. Ventilteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühldorn (78) eine Unterteilungspralleinrichtung (76) hat, die in demselben in Längsrichtung verläuft.