DE4212516A1 - Spritzgusseinrichtung mit beheiztem ventilelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzgußeinrichtung und insbesondere eine ventilgesteuerte Spritzgußanlage oder -einrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1, das ein beheiztes Ventilelement aufweist, das von einem zugehörigen Betätigungsmechanismus hin und her bewegt wird.

Es ist allgemein bekannt, daß die Wärmeeigenschaften im Bereich des Eingußkanals einer Spritzgußanlage für einen erfolgreichen Betrieb ent­ scheidend sind. Bei einem ventilgesteuerten Einguß einiger Materialien hat sich gezeigt, daß herkömmliche Einrichtungen keinen sauberen, fehlerfreien Einguß liefern, da das vordere Ende des Ventilstiftes oder -elementes nicht vollständig im Eingußkanal der abgekühlten Form sitzt. Wie aus der US 41 25 352-A vom 14. November 1978 und der US 44 06 609-A vom 27. September 1983 des Anmelders bekannt, wurden schon früher Versuche unternommen, dieses Problem dadurch zu lösen, daß den Ventilstiften eine sehr gute Wärmeleiteigenschaft verliehen wurde, um am vorderen Ende mehr Wärme zu erzeugen. Obwohl diese Anordnungen für manche Anwendungen genügen, haben sie den Nachteil, daß die an das vordere Ende transportierbare Wärmemenge begrenzt und die Herstellung schwierig ist.

Es ist ferner Stand der Technik, an verschiedenen unbeweglichen Komponenten von Spritzgußanlagen mit diesen einteilig ausgebildete, elektrische Heizelemente vorzusehen. Derartige Beispiele sind aus US 43 76 244-A vom 8. März 1983, US 48 20 147-A vom 11. April 1989, US 48 65 535-A vom 12. September 1989 und aus der kanadischen CA 20 32 728-6-A vom 19. Dezember 1990 mit dem Titel "Injection Mol­ ding Probe with Varying Heat Profile" (Spritzgußprüfkopf mit verän­ derlichem Hitzeprofil) des Anmelders bekannt. Diese herkömmlichen Anlagen weisen jedoch nicht das Merkmal auf, daß mehrere Ventilstifte gleichzeitig und zuverlässig mit elektrischer Leistung versorgt werden müssen, wobei sich jeder Stift in einer anderen, unbeweglichen Düse in der Form hin und her bewegt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile herkömmlicher Anlagen zumindest teilweise zu beseitigen und eine Spritzgußeinrichtung mit einem langgestreckten Ventilelement zu schaf­ fen, an dessen vorderem Ende genügend Wärme bereitgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Spritzgußeinrichtung der gattungsgemä­ ßen Art erfindungsgemaß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnen­ den Teil des Anspruches 1.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung beziehen, angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt eines Bereiches einer Spritzgußanlage ge­ mäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Ventilelementes von Fig. 1; und

Fig. 3 eine isometrische Explosionszeichnung zur Erläuterung der Montage des Betätigungsmechanismus, durch welche dieser mit dem hinteren Ende des Ventilelementes in Eingriff ge­ langt.

In Fig. 1 ist eine Düse 10 mittels Bolzen 16 an der Seite 12 eines lang­ gestreckten Schmelzenverteilerstückes 14 aus Stahl befestigt. Die Düse 10 wird in einer Bohrnung 18 in einer Stahlkokille 20 aufgenommen. Die Düse 10 besitzt eine mittige Bohrnung 22, die sich entlang der Düse vom hinteren Ende 24 zum vorderen Ende 26 erstreckt und mit einem durch die Kokille 20 zum Hohlraum 30 sich erstreckenden Eingußkanal 28 ausgerichtet ist. In dieser Ausführungsform ist in das vordere Ende 26 der Düse 10 ein austauschbarer Stahleingußeinsatz 32 einge­ schraubt. Der Eingußeinsatz 32 wird bündig in einem Aufnahmesitz 34 in der Kokille 20 aufgenommen, um so die Düse 10 genau mit dem Eingußkanal 28 auszurichten. Der Eingußeinsatz 32 besitzt außerdem eine mittige Bohrung 36, die sich gleichmäßig von der mittigen Boh­ rung 22 über die Düse 10 zum Eingußkanal 28 verjüngt. Obwohl nur eine einzige Düse dargestellt ist, wird darauf hingewiesen, daß eine Spritzgußanlage normalerweise mehrere entlang des Verteilerstückes 14 angebrachte Düsen besitzt, um die Schmelze einem gemeinsamen Hohlraum 30 zuzuführen, wie aus der US 49 79 892-A vom 25. De­ zember 1990 des Anmelders bekannt ist. In anderen Anwendungen der Erfindung sind in einer Kokille mehrere Düsen vorgesehen, um die Schmelze von einem oder mehreren Verteilerstücken an verschiedene Hohlräume zu befördern. Außerdem besitzt die Kokille 20 üblicher­ weise anstatt der einheitlichen Struktur, die zur Vereinfachung der Fi­ gur gewählt wurde, mehrere verschiedene Platten.

Das Stahlverteilerstück 14 wird von einer angeschraubten elektrischen Plattenheizung 38 beheizt. Die Düse 10 wird von einem einteilig aus­ gebildeten, hartgelöteten elektrischen Heizelement 40 beheizt, wie es aus der US-47 68 283-A vom 6. September 1988 des Anmelders be­ kannt ist. Die Kokille 20 wird durch das Pumpen von Kühlwasser durch die Kühlleitungen 42 gekühlt. Wie allgemein üblich, sind das be­ heizte Verteilerstück 14 und die Düsen 10 von der daneben befindli­ chen, gekühlten Kokille 20 durch isolierende Luftspalte 44 getrennt. Die Anlage besitzt einen Schmelzenkanal 46, der von einer Längsboh­ rung 48 im Verteilerstück abgezweigt ist und sich um einen Ventilstift oder ein Ventilelement 50 erstreckt, das in der zum entsprechenden Eingußkanal 28 führenden Bohrung 22 jeder Düse 10 aufgenommen wird. Die mit Druck beaufschlagte Schmelze, die von einer Formma­ schine durch einen (nicht gezeigten) Einlaß in die Längsbohrung 48 im Verteilerstück erhalten wird, wird durch den Schmelzenkanal 46 beför­ dert, um den Hohlraum 30 gemäß einer Einspritzabfolge zu befüllen, die unten genauer beschrieben wird.

Der Fluß der Schmelze durch jeden der Eingußkanäle 28 wird von dem langgestreckten Ventilelement 50 gesteuert, das sich in der mittigen Bohrung 22 der Düse 10 zwischen einer zurückgezogenen offenen Stellung und einer vorderen geschlossenen Stellung hin und her be­ wegt. Das langgestreckte Ventilelement 50 umfaßt ein angetriebenes hinteres Ende 52 und ein vorderes Ende 54, das in der vorderen, ge­ schlossenen Stellung im Eingußkanal 28 sitzt. In Fig. 2 ist deutlich er­ kennbar, daß das Ventilelement 50 gemäß der Erfindung ferner ein elektrisch isoliertes Heizelement 56 umfaßt. In dieser Ausführungsform besitzt das Heizelement 56 einen Chrom-Nickel-Widerstandsdraht, der sich in einem Stahlgehäuse durch ein feuerfestes Pulverisoliermaterial wie etwa Magnesiumoxid erstreckt. Das Heizelement umfaßt einen in Längsrichtung vorderen Bereich 64, der sich zum vorderen Ende 66 in der Nähe des Endes 54 des Ventilelementes erstreckt, und einen hinte­ ren Bereich 68, der sich vom vorderen Bereich 64 zu seinem in einem äußeren elektrischen Anschluß 72 befindlichen hinteren Ende 70 nach außen erstreckt. In dieser Ausführungsform ragt der äußere elektrische Anschluß 72 in der Nähe des hinteren Endes 52 des Ventilelementes 50 seitlich nach außen hervor, um mit einer elektrischen Leitung 74 einer (nicht gezeigten) externen Leistungsquelle verbunden werden zu kön­ nen. Das Heizelement 56 wird in einem Vakuumofen durch Hartlöten mit dem Ventilelement 50 verbunden; es besitzt in der Umgebung des vorderen Endes 54 des Ventilelementes 50 einen Bereich mit veränder­ licher Dicke 76. Das hintere Ende 52 des Ventilelementes 50 besitzt eine Gewindebohrung 78. Aus einer weiteren Bohrung 82 ragt gegen­ über dem elektrischen Anschluß 72 ein kurzer Stellstift 80 nach außen hervor.

Am hinteren Ende 24 der Düse 10 ist mittels Bolzen 86 eine Stahlven­ tilbuchse 84 befestigt, die eine mittige Bohrung 88 besitzt, durch die sich das Ventilelement 50 erstreckt. In Fig. 3 ist am deutlichsten ein Dichtungsbuchsenbereich 90 der Ventilbuchse 84 gezeigt, der in die mittige Bohrung 22 der Düse 10 eingepaßt ist, um ein Austreten der mit Druck beaufschlagten Schmelze zu verhindern, wenn sich das Ven­ tilelement 50 hin und her bewegt. Der Dichtungsbuchsenbereich 90 be­ sitzt eine schräge Oberfläche 92, die die durch einen Querabschnitt 94 des Schmelzenkanals 46 einströmende Schmelze nach vorne um das Ventilelement 50 leitet. Die Ventilbuchse 84 besitzt außerdem einen nach hinten gerichteten Flanschbereich 96 mit einer konischen Außen­ fläche 98.

Das Ventilelement 50 wird zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung von einem Betätigungsmechanismus hin und her bewegt, der einen in einem Zylinder 102 untergebrachten Kolben 100 umfaßt. In dieser Ausführungsform ist der Zylinder 102 ein Druckluftzylinder mit auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 100 befindlichen äußeren Druckluftanschlüssen 104 und 106; in anderen Ausführungsformen kann auch ein Hydraulikzylinder verwendet werden. Der Zylinder 102 besitzt eine abnehmbare Abdeckung 108, die mit Bolzen 110 am Zylin­ der befestigt ist, und eine nach vorne sich erstreckende hohle, ge­ schlitzte Einbaubuchse 112, die durch Hartlöten befestigt ist. In Fig. 3 ist deutlich erkennbar, daß die Einbaubuchse 112 einen nach vorne weisenden Flanschbereich 114 mit einer konischen Außenfläche 116 besitzt, die an den Flanschbereich 96 angepaßt ist, der sich an der Rückseite des Verbindungselementes 84 befindet. Die Einbaubuchse 112 besitzt einen großen radialen, in Längsrichtung sich erstreckenden Schlitz 118 zur Aufnahme des Kopfes 120 des Ventilelementes 50, wo­ bei der elektrische Anschluß 72 durch den Schlitz 118 nach außen ragt. Der Schlitz 118 besitzt eine Schulter 122, gegen die der vergrößerte Kopf 120 des Ventilelementes stößt, um einen Anschlag zu schaffen, wenn sich das vordere Ende 54 des Ventilelementes 50 im Eingußkanal 28 in der vorderen geschlossenen Stellung befindet. Der Schlitz 118 besitzt auch einen kleineren länglichen Bereich 124, der sich nach hin­ ten erstreckt, um den vom Kopf 120 des Ventilelementes 50 hervorste­ henden Stellstift 80 aufzunehmen, um ein Verdrehen bei der Hin- und Herbewegung zu verhindern. Der Zylinder 102 ist an der Ventilbuchse 84 mit den aneinanderstoßenden Flanschbereichen 96 und 114 ange­ bracht. Zwei Hälften 126, 128 einer Klemmschelle 130 sind mit Bolzen 132 aneinander befestigt und so angeordnet, daß sie die Flanschberei­ che 96 und 114 umschließen. Die beiden Hälften 126 und 128 besitzen konische Innenflächen 134 und 136, die an die konischen Flächen 98 und 116 der Flanschbereiche 96 und 114 angepaßt sind. Dadurch befe­ stigt die Klemmschelle 130 den Zylinder 102 sicher und ablösbar in genauer Ausrichtung an der Ventilbuchse 84.

Der Kolben 100 besitzt einen langgestreckten Hals 138, der sich durch eine Öffnung 140 im Zylinder 102 nach vorne zu einem Gewindekopf 142 erstreckt. Der langgestreckte Hals 138 erstreckt sich durch eine Hochdruckdichtung 144, die durch einen Sicherheitsring in ihrer Posi­ tion im Zylinder 102 gehalten wird. Der Kopf 142 des Halses 138 des Kolbens 100 ist in die Gewindebohrung 78 im hinteren Ende 52 des Ventilelementes 50 geschraubt, um mit dieser fest und ablösbar ver­ bunden zu werden.

Beim Zusammenbau wird ein Thermoelement 148 in eine Thermoele­ ment-Bohrung 150 eingesetzt, um die Betriebstemperatur in der Umge­ bung des vorderen Endes 26 der Düse 10 zu überwachen. Wenn die Ventilbuchse 84 an ihrer vorgesehenen Position mittels der Bolzen be­ festigt worden ist, wird das Ventilelement 50 in die Bohrungen 88 und 22 des Verbindungselementes 84 bzw. der Düse 10 eingesetzt. Die Dichtung 144 und der Kolben 100 werden im Zylinder 102 montiert, in den die Einbaubuchse 112 durch Hartlöten befestigt wird. Dann wird die Einbaubuchse 112 so über dem hervorstehenden Kopf 120 des Ventilelementes 50 positioniert, daß der äußere Anschluß durch den größeren Schlitz 118 nach außen ragt und der Stellstift 80 in dem klei­ neren, nach hinten gerichteten Bereich 124 des Schlitzes aufgenommen wird. Der Zylinder wird dann in dieser Stellung durch Verschrauben der zwei Hälften 126 und 128 der Klemmschelle 130 über die aneinan­ derstoßenden Keilbereiche 96 und 114 gesichert. Anschließend wird der Kopf 142 des Kolbens 100 fest in die Gewindebohrung 78 im hinte­ ren Ende 52 des Ventilelementes 50 geschraubt, indem ein am hinteren Ende des Kolbens 100 vorgesehener hexagonal geformter Bereich 152 verwendet wird. Schließlich wird die Zylinderabdeckung 108 mittels Bolzen 110 in ihrer Position gehalten. Somit besitzt die Einrichtung in­ nere Teile (Ventilelement 50 und Kolben 100), die sich in unbewegli­ chen äußeren Teilen (Düse 10, Ventilbuchse 84 und Zylinder 102) hin und her bewegen. Ferner kann das Heizelement 56 des sich bewegen­ den Ventilelementes 50 an eine Stromversorgung angeschlossen wer­ den, indem der durch den in der Einbaubuchse 112 des Zylinders 102 vorgesehenen Schlitz 118 nach außen ragende Anschluß 72 verwendet wird.

Im Betrieb ist die Einrichtung so montiert, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Plattenheizung 38 und die Heizelemente 40 jeder Düse 10 werden mit Leistung versorgt, um das Verteilerstück 14 und die Düsen 10 auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur aufzuheizen. Die mit Druck be­ aufschlagte Schmelze aus einer (nicht gezeigten) Formmaschine wird gemäß einem festgelegten Betriebsablauf mittels eines durch die An­ schlüsse 104 und 106 auf den Zylinder 102 ausgeübten Luftdruckes in den Schmelzenkanal 46 eingespritzt. Die elektrische Leistung zum Heizelement 56 jedes Ventilelementes 50 wird ebenfalls gemäß einem Betriebsablauf, wie er unten beschrieben wird, gesteuert, um das Ven­ tilelement 50 zusätzlich mit Wärme zu versorgen.

Nachdem an die Einrichtung ein Luftdruck angelegt worden ist, um die Ventilelemente 50 in die offene Stellung zurückzuziehen, wird ein Ein­ spritzdruck angelegt, um die Schmelze zuerst durch das geöffnete Ven­ til und dann durch den Schmelzenkanal 46 einzuspritzen, um schließ­ lich die Hohlräume 30 zu füllen. Wenn die Hohlräume gefüllt sind, wird der Einspritzdruck zur Verdichtung kurz aufrechterhalten. Dar­ aufhin werden die Zylinder 102 mit Luftdruck beaufschlagt, um die Ventilelemente 50 nach vorne in die geschlossene Stellung zu bewegen. Die Heizelemente 56 in den Ventilelementen 50 werden mit elektri­ scher Leistung versorgt, so daß die Ventilelemente 50 mit Hitze beauf­ schlagt werden und sichergestellt ist, daß das vordere Ende 54 bündig mit dem Hohlraum vollständig im Eingußkanal 28 sitzt, um die Anguß­ stelle zu minimieren. Wenn das Ventilelement 50 schließt, kann das vordere Ende 54 durch die vom Heizelement 56 und insbesondere vom Bereich veränderlicher Dicke 76 gelieferte zusätzliche Hitze die Mate­ rialschicht, die sich um den Eingußkanal 28 der gekühlten Kokille ver­ festigt hat, schmelzen oder durchbrennen. Wenn die Eingußkanäle 28 geschlossen sind, werden die Heizelemente 56 nicht mehr mit Energie versorgt und der Einspritzdruck abgebaut. Die Kokille 20 wird dann entlang der Trennlinie 154 geöffnet, um das gegossene Produkt auszu­ werfen. Nach dem Auswurf wird die Kokille geschlossen und die Heiz­ elemente 56 in den Ventilelementen 50 werden wieder mit elektrischer Leistung versorgt. Es wird ein Luftdruck angelegt, um die Ventilele­ mente wieder zurück in die offene Stellung zu bringen, anschließend wird wieder ein Einspritzdruck angelegt, um die Hohlräume 30 erneut zu befüllen. Der Ablauf wird mit einer von der Größe der Hohlräume und der Art des Materiales abhängigen Frequenz kontinuierlich wie­ derholt.

Obwohl die Beschreibung der ein Ventilelement aufweisenden Spritz­ gußeinrichtung mit eingebautem Heizelement mit Bezug auf eine be­ stimmte Ausführungsform der Erfindung gegeben wurde, ist offen­ sichtlich, daß zahlreiche Abwandlungen möglich sind, ohne vom Be­ reich der Erfindung abzuweichen, wie er vom Fachmann verstanden wird und in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist. So können z. B. andere Verteilerstücke und Betätigungsmechanismen verwendet wer­ den, bei denen sich jedes Ventilelement von der Düse nach hinten er­ streckt, so daß die elektrische Leitung 74 mit dem Anschluß 72 sowohl in der offenen als auch in der geschlossenen Stellung an der Rückseite der Düse 10 verbunden ist.

Claims (6)

1. Ventilgesteuerte Spritzgußeinrichtung, mit
einer beheizten, in einer Kokille (20) aufgenommenen Düse (10), die ein vorderes Ende (26), ein hinteres Ende (24) und eine in Längsrichtung sich erstreckende Bohrung (22) aufweist, die mit einem durch die Kokille (20) zu einem Hohlraum (30) sich erstreckenden Ein­ gußkanal (28) ausgerichtet ist; und
einem langgestreckten Ventilelement (50), das ein vorderes Ende (54) und ein angetriebenes hinteres Ende (52) aufweist, wobei das Ventilelement (50) in der Bohrung (22) der Düse (10) aufgenommen wird und von einem Betätigungsmechanismus zwischen einer zurück­ gezogenen offenen Stellung und einer vorderen geschlossenen Stellung, in der das vordere Ende (54) des Ventilelementes (50) im Eingußkanal (28) sitzt, hin und her bewegt wird, und wobei der Betätigungsmecha­ nismus einen in einem Zylinder (102) angebrachten Kolben (100) um­ faßt, der im Betrieb mit dem hinteren Ende (52) des Ventilelementes (50) in Eingriff steht;
wobei die Düse (10) einen Schmelzenkanal aufweist, der mit der Bohrung (22) verbunden ist und sich in der Bohrung (22) um das Ventilelement (50) zum Eingußkanal (28) erstreckt;
dadurch gekennzeichnet, daß
das Ventilelement (50) ein inneres, elektrisch isoliertes Heiz­ element (56) mit einem vorderen Ende (66), einem hinteren Ende (70), einem vorderen Längsbereich (64) und einen hinteren Bereich (68) um­ faßt;
der vordere Längsbereich (64) des Heizelementes (56) im Ventilelement (50) in im wesentlichen mittiger Position angeordnet ist und sich zu seinem in der Nähe des vorderen Endes (54) des Ventil­ elementes (50) sich befindenden vorderen Ende (66) erstreckt; und
der hintere Bereich (68) des Heizelementes (56) sich vom vorderen Bereich (64) nach außen zu einem in der Nähe des hinteren Endes (70) des Ventilelementes (50) sich befindenden äußeren elektri­ schen Anschluß (72) erstreckt.

2. Spritzgußeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich das Ventilelement (50) von der Düse (10) nach hin­ ten erstreckt, wobei sich der äußere elektrische Anschluß (72) des Ventilelementes (50) sowohl in der offenen als auch in der geschlosse­ nen Stellung hinter der Düse (10) befindet.

3. Spritzgußeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zylinder (102) an einer nach vorne sich erstrecken­ den Einbaubuchse (112) befestigt ist, die mit einem radialen Längs­ schlitz (118) versehen ist, wobei sich der elektrische Anschluß (72) des Ventilelementes (50) durch den Schlitz (118) nach außen erstreckt, um mit einer äußeren Leitung (74) verbunden zu werden.

4. Spritzgußeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitz (118) in der Einbaubuchse (112) einen zweiten Längsbereich (124) besitzt und das Ventilelement (50) einen Stellstift (80) umfaßt, der sich nach außen in den zweiten Bereich (124) er­ streckt, um das hin und her bewegte Ventilelement (50) gegen Verdre­ hen zu sichern.

5. Spritzgußeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (100) einen langgestreckten Hals (138) aufweist, der sich nach vorne durch eine Öffnung (140) im Zylinder (102) erstreckt, um mit dem hinteren Ende (52) des Ventil­ elementes (50) in Eingriff zu gelangen.

6. Spritzgußeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Ende (52) des Ventil­ elementes (50) eine Gewindebohrung (78) und der Hals (138) des Kol­ bens (100) einen Gewindekopf (142) besitzt, der in die Gewindeboh­ rung (78) im hinteren Ende (52) des Ventilelementes (50) geschraubt ist.