DE4308922B4

DE4308922B4 - Beheizte Mehrfach-Spritzgußdüse

Info

Publication number: DE4308922B4
Application number: DE19934308922
Authority: DE
Inventors: Alex C. Downsview Teng
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2013-03-20
Also published as: DE4308922A1

Abstract

Mehrfach-Spritzgussdüse (10), die in eine Vertiefung (14) in einer Formplatte (16) einzusetzen ist, wobei die Düse (10) ein rückwärtiges Ende (26), ein vorderes Ende mit einer Vorderseite (24) und einen Schmelzekanal (50) aufweist, der sich durch sie hindurch erstreckt, um Schmelze von einem Zulauf an dem rückwärtigen Ende (26) in Richtung zu einer Mehrzahl von beabstandeten Angüssen (60) zu fördern, die sich durch die Formplatte (16) hindurch erstrecken, wobei der Schmelzkanal (50) einen mittleren Abschnitt (52) und eine Mehrzahl Verzweigungsabschnitte (54) aufweist, sich der mittlere Abschnitt (52) in Längsrichtung von dem rückwärtigen Ende (26) erstreckt und sich jeder der Verzweigungsabschnitte nach außen zu einem Auslass (58) verzweigt, die Auslässe (58) gleich beabstandet sind, wobei jeder Auslass (58) zu jeweils einem der Angüsse (60) führt, die Düse ein Heizelement (86) aufweist, wobei das Heizelement (86) einen dem rückwärtigen Ende (26) der Düse (10) benachbarten Anschluss (96) und einen Spiralabschnitt (94) aufweist,...

Description

Diese Erfindung betrifft eine Mehrfach-Spritzgießdüse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mehrfach-Spritzgießen wird häufig vorgesehen, indem sich ein Schmelzedurchlaß oder Kanal in einer beheizten Verzweigung auf mehrere verschiedenen Düsen aufteilt. Ein Beispiel davon ist in der US 4,424,622 A gezeigt. Es ist auch bekannt, einen Mehrfach-Seitenanschnitt vorzusehen, in dem sich der Schmelzedurchlaß oder Kanal in die Düse selbst verzweigt. Dies ist in der Patent US 4,344,750 A gezeigt. Während diese Düsen ein integriertes, elektrisches Heizelement aufweisen, besitzen sie den Nachteil, dass eine angemessene ausgeglichene Wärme um die verschiedenen Zweige und Auslässe des Schmelzedurchlasses herum nicht geliefert wird. Dies wurde mit der zunehmenden Anforderung, mehr temparaturempfindliche Materialien zu formen, ein ernsteres Problem. Ein Versuch, dieses Problem zu überwinden, ist in US 4,921,708 A gezeigt. Es zeigt, dass die Düse eine Anzahl von beabstandeten, leitfähigen Fühlern hat, von denen jeweils einer mit jedem Einlauf ausgerichtet ist. Nachdem die Schmelze mittig durch die Düse fließt, verzweigt sie sich, um jeden der leitenden Fühler herum und durch den entsprechenden Einlauf. Jedoch liefert diese Düse keine ausreichende Wärme für alle Anwendungen. Auch üben die großen Flächen der flüssigen Schmelze einen so großen Rückdruck gegen die Verzweigung aus, dass sich bei hohem Druck ein Lecken ergeben kann.

Die Druckschrift DE 28 24 729 A1 befasst sich mit einer Spritzgussdüse, die gemäß einiger Ausführungsformen einen Düsenkörper aufweist, der aus einem im wesentlichen zylinderförmigen, geraden Bereich 10a mit mittigen Schmelzekanal und einem sich radial nach außen erstreckenden Abschnitt gebildet ist. In diesem Abschnitt erstrecken sich mehrere Schmelzezuführkanäle radial nach außen, die gemeinsam mit dem Schmelzekanalabschnitt in Verbindung stehen und von diesen die Kunststoffschmelze erhalten. In dem unteren Abschnitt ist eine Heizvorrichtung eingebettet, die den unteren Bereich aufheizt. Die Anmeldung geht nicht näher auf die Ausgestaltung und Anordnung der Heizvorrichtung ein. Aus den Figuren (z.B. 1) ist zu entnehmen, dass die Heizvorrichtung quer zu den Kanalabschnitten verläuft.

Demgemäß ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, wenigstens teilweise die Nachteile bei dem Stand der Technik zu überwinden, indem eine Düse für Mehrfachgießen geschaffen wird, die ein integrales Heizelement aufweist, das eine ausgeglichenere Wärme nahe bei jedem der verschiedenen Schmelzkanalauslässe liefert.

Hierfür schafft gemäß einem ihrer Gesichtspunkte die Erfindung eine Spritzgußdüse, die in eine Verzweigung in einer Formplatte einzusetzen ist, wobei die Düse ein rückwärtiges Ende, eine Vorderseite und einen Schmelzkanal aufweist, der sich durch sie hindurch erstreckt, um Schmelze von einem Einlaß an dem rückwärtigen Ende in Richtung zu einer Mehrzahl von beabstandeten Einläufen zu fördern, die sich durch die Formplatte hindurch erstrecken, wobei der Schmelzekanal einen mittleren Abschnitt und eine Mehrzahl diagonaler Abschnitte aufweist, sich der mittlere Abschnitt in Längsrichtung von dem rückwärtigen Ende erstreckt und sich jeder der diagonalen Abschnitte diagonal nach außen zu einem Auslaß verzweigt, die Auslässe gleich beabstandet sind, wobei jeder Auslaß zu jeweils einem der Einläufe führt, die Düse ein integrales, elektrisch isoliertes Heizelement aufweist, wobei das Heizelement einen dem rückwärtigen Ende der Düse benachbarten Anschluß und einen Spiralabschnitt auf weist, der sich in der Düse um wenigstens einen Teil des mittleren Abschnittes des Schmelzkanals herum erstreckt, wobei die Verbesserung darin, dass das Heizelement einen vorderen Abschnitt aufweist, der sich quer, nahe der Vorderseite der Düse zwischen den gleichbeabstandeten Auslässen der Diagonalabschnitte des Schmelzekanals erstreckt, und dass sich der vordere Abschnitt des Heizelements in einer vorbestimmten Konfiguration mit einer Mehrzahl von Armen erstreckt, wobei sich einer der Arme radial nach außen in eine Richtung in der Mitte zwischen jeweils zwei benachbarten Auslässen erstreckt.

Weitere Ausführungen und Vorteile der Erfindung erscheinen aus der folgenden Beschreibung.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Schnittansicht eines Teils eines Mehrfachform-Spritzgießsysterms, das eine Düse gemäß einer Ausführungsform zeigt,
2 eine Ansicht der Vorderseite der Düse, wobei die Torpedos an ihrem Platz angebracht sind,
3 eine isometrische Teilsprengansicht, die darstellt, wie die Düse hergestellt wird und
4 eine Schnittansicht einer Düse gemäß einer anderen Ausführungsform.
Zuerst wird auf 1 Bezug genommen, die einen Teil eines Mehrfach-Spritzgießsystems zeigt, das eine integrale, geheizte Düse 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Während das gezeigte System eine Stahlverzweigung 12 aufweist, um Schmelze zu verschiedenen Düsen 10 zu verteilen, mögen andere Systeme nur eine einzige Düse aufweisen, die selbst die Schmelze zu verschiedenen unterschiedlichen Einläufen verteilt, wie es mehr im einzelnen unten beschrieben wird. Jede Düse 10 erstreckt sich in einem Raum 14 in einer Stahlformplatte 16. Während nur eine einzelne Formplatte 16 zur Erleichterung der Darstellung gezeigt ist, mag es natürlich verschiedene Abstandselemente, Halter oder andere Arten von Platten oder Einsätzen in Abhängigkeit von der Formausgestaltung geben. Bei dieser Ausführungsform weist jede Düse 10 einen Umfangsisolierflansch 18 auf, der gegen eine passende Schulter 20 in dem Raum 14 sitzt, und der Raum 14 ist so geformt, dass er einen erwünschten, isolierenden Luftraum 22 zwischen sich und der geheizten Düse 10 liefert. Jede Düse 10 weist eine Vorderseite 24 und ein rückwärtiges Ende 26 auf, gegen das die Schmelzverteilungsverzweigung 12 stößt. Die Verzweigung 12 besitzt einen zylindrischen Einlaßabschnitt 28 und ein elektrisches Heizelement 30, wie es in der US 5,142,126 A beschrieben ist. Die Verzweigung 12 ist so angebracht, dass sie sich zwischen der Formplatte 16 und einer Rückplatte 32 aus Stahl erstreckt. Die Formplatte 16 und die Rückplatte 32 werden gekühlt, indem Kühlwasser durch die Kühldurchgänge 34 gepumpt wird. Ein Ring 36 ist zwischen die Verzweigung 12 und die Formplatte 16 eingesetzt, um die Verzweigung 12 in ihrer Lage richtig anzuordnen. Doppelt isolierende und elastische Abstandselemente 38 sind zwischen der Verzweigung 12 und der Rückplatte 32 durch Stifte 40 festgelegt. Die Rückplatte 32 ist in ihrer Lage durch Haltebolzen 42 befestigt, die sich in die Formplatte 16 erstrecken. Die Rückplatte 32 beaufschlagt mit einer Kraft durch die Abstandselemente 38 und die geheizte Verzweigung 12, die die Düsen 10 sicher in ihrer Lage hält. Somit ist die geheizte Schmelzverteilungsverzweigung 10 sicher in einer Lage angeordnet, die einen isolierenden Luftraum 44 zwischen sich und der benachbarten, gekühlten Formplate 16 und der Rückplatte 12 liefert. Wie es gut bekannt ist, liefert dies eine beträchtliche Wärmetrennung, indem die tatsächliche Stahl-zu-Stahl-Berührung zwischen den geheizten und gekühlten Bauteilen der Form minimiert wird.
Ein Schmelzedurchgang 46 erstreckt sich von einem gemeinsamen Einlaß 48 in dem Einlaßabschnitt 28 der Verzweigung 12 und verzweigt sich zu jeder Düse 10 nach außen, wo er sich durch einen Schmelzekanal 50 erstreckt. Der Schmelzekanal 50 jeder Düse 10 weist einen mittleren Abschnitt 52 und verschiedene Diagonalabschnitte 54 auf. Der mittlere Abschnitt 52 er streckt sich in Längsrichtung von einem Einlaß 56 an dem rückwärtigen Ende 26, und die Diagonalabschnitte 54 verzweigen sich diagonal von dem mittleren Abschnitt 52 zu beabstandeten Auslässen 58 nach außen. Bei dieser Ausführungsform sind die Auslässe 58 um die vordere Seite 24 der Düse 10 herum gleich beabstandet und jeder führt zu einem Einlaß 60, der sich durch die Formplatte 16 zu einer der Formen 62 erstreckt. Jeder Diagonalabschnitt 54 des Schmelzkanals 50 durch die Düse 10 hindurch weist einen vergrößerten Sitz 64 auf, um sicher ein Torpedo 66 und eine hohle zylindrische Dichtung 68 aufzunehmen. Wie es in in der US 5,028,227 A zu sehen ist, weist jedes Torpedo 66 einen Außenring 70 und mehrere, beabstandete Lamellen 72 auf, die zu einer gespitzten Spitze 74 schräg verlaufen, die mit einem der Einläufe 60 ausgerichtet ist. Jede Düse 10 weist einen Positionierungsstift 76 auf, der sich in eine Öffnung 78 in der Gußplatte 16 erstreckt, wo er durch einen Nocken 80 befestigt wird, um sicherzustellen, dass die Ausrichtung der spitzen Spitzen 74 der Torpedos 66 zu den entsprechenden Einläufen genau aufrechterhalten wird. Jede Abdichtung 68 befindet sich mit Gleitsitz in einem der Sitze 64, um einen der Torpedos 66 in seiner Lage zu halten, und stößt gegen einen Kreissitz 82, der sich um einen der Einläufe 60 in der Formplatte 16 erstreckt, um ein Lecken der sich unter Druck befindenden Schmelze in den isolierenden Luftraum 22 zu verhindern. Jede Abdichtung 68 besitzt einen entfernbaren Kreisflansch 84, der eine zusätzliche Umgreifungsfestigkeit schafft und erleichtert, dass er aus dem Sitz 64 mit einem geeigneten Werkzeug zum Austausch des Torpedos 66 herausgebracht wird.
Jede Düse 10 wird durch ein integriertes, elektrisch isoliertes Heizelement 86 geheizt, und es wird auch beim Beschreiben, wie es hergestellt wird, auf die 3 Bezug genommen. Das Heizelement 86 besitzt einen Nickel-Chrom-Widerstandsdraht 88, der sich durch ein hitzebeständiges Pulver 90, wie Magnesiumoxid, in einem Stahlgehäuse 92 erstreckt. Es ist integral in der Düse 10 geschweißt und besitzt einen Spiralabschnitt 94, der sich um den mittleren Abschnitt 52 des Schmelzkanals 50 zu einem äußeren, elektrischen Anschluß 96 erstreckt. Der Anschluß 96 ist aus einer Anzahl von Bauteilen hergestellt, wie es in US-A-4,837,925 von Gellert beschrieben ist, das am 13. Juni 1989 erteilt wurde, um eine Gewindeverbindung für eine Verbindungsleitung 98 von einer äußeren Stromquelle (nicht gezeigt) zu schaffen. Das Heizelement 86 weist auch einen vorderen Abschnitt 100 auf, der sich in einer vorgegebenen Konfiguration quer, der Vorderseite 24 der Düse 10 benachbart erstreckt. Bei dieser Ausführungsform besitzt der Schmelzkanal 50 vier Auslässe 58, die um die Vorderseite 24 der Düse 10 herum gleichbeabsstandet sind. Ein Längenabschnitt des Heizelement 86 ist abgeschnitten, damit es ein vorderes Diagonalende 102 aufweist, um den inneren Widerstandsdraht 88 freizulegen. Es wird dann seinem vorderen Ende 102 benachbart, zu einer vorbestimmten Konfiguration vorgebogen, um den vorderen Abschnitt 100 zu bilden. Wie man in 3 sieht, ist bei dieser Ausführungsform der vordere Abschnitt 100 mit zwei Schichten 104 und vier sich radial erstreckenden Armen 106 hergestellt. Der vordere Abschnitt 100 wird dann in passende Nuten 108 eingesetzt, die in der Vorderseite 24 der Düse 10 eingearbeitet sind. Somit erstreckt sich der vordere Abschnitt 100 des Heizelementes 86 zwischen den vier Auslässen 58 des Schmelzkanals 50, wobei sich jeder Arm 106 in der Mitte zwischen jeweils zwei benachbarten Auslässen 58 erstreckt. Dies liefert mehr Wärme nahe bei den Schmelzkanalauslässen 58, und die gelieferte Wärme ist gleichmäßig zwischen den Auslässen 58 ausgeglichen. Die Düse 10 besitzt eine äußere Oberfläche 110 mit einem abgeschrägten Abschnitt 112. Das Heizelement 86 ist eingesetzt, damit es sich von dem vorderen Abschnitt 100 durch eine Längsbohrung 114 in der Düse 10 erstreckt und ist dann in einer Spiralnut 115 gewickelt, die sich um die äußere Oberfläche 110 der Düse herum erstreckt, um den Spiral abschnitt 94 des Heizelementes 96 zu bilden. Eine hohle Füllröhre (nicht gezeigt) ist angebracht, wo sich die Nuten 108 auf der Vorderseite 24 der Düse 10 kreuzen, um eine Nickellegierung aufzunehmen. Die Düsen 10 werden dann in Sätzen in einen Vakuumofen geladen. Wenn der Ofen nach und nach auf die Schmelztemperatur der Nickellegierung erwärmt wird, wird er auf ein relativ hohes Vakuum evakuiert um im wesentlichen den ganzen Sauerstoff zu entfernen. Das Vakuum wird, gut bevor der Schmelzpunkt der Nickellegierung erreicht ist, verringert, indem teilweise ein Inertgas wie Argon oder Stickstoff wieder eingebracht wird. Wenn die Nickellegierung schmilzt, fließt sie durch die Kapillarwirkung nach unten, um das Heizelement 86 integral in die Nuten 108, 112 einzuschweißen und die anderen Teile der Düse 10 werden auch einstückig zusammengeschweißt. Dieses Schweißen in dem Vakuumofen liefert eine metallurgische Verbindung der Nickellegierung mit dem Stahl, die den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von dem Heizelement 86 verbessert. Natürlich berührt und schmelzt die Nickellegierung den Widerstandsdraht 88 an dem vorderen diagonalen Ende 102, das das Heizelement 86 elektrisch an Masse legt. Jede Düse 10 ist auch mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Thermoelementbohrung 116 versehen, um herausnehmbar einen Thermoelementdraht 118 aufzunehmen, um die Betriebstemperatur nahe bei den Auslässen 58 des Schmelzkanals 50 zu überwachen.
Bei der Verwendung wird das Spritzgießsystem zusammengebaut, wie es in 1 gezeigt ist. Elektrische Energie wird an das Heizelement 30 in der Verzweigung 12 und an das Heizelement 86 in den Düsen 10 angelegt, um sie auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu erwärmen. Sich unter Druck befindende Schmelze von einer Gießvorrichtung (nicht gezeigt) wird dann in den Schmelzdurchlaß 46 durch den gemeinsamen Einlaß 48 gemäß einem vorbestimmten Zyklus in einer herkömmlichen Weise eingespritzt. Bei dieser Ausführungsform verzweigt sich die sich unter Druck befindliche Schmelze zuerst in die Verzweigung 12 und dann in jede Düse 10 zu den Einläufen 60, um die Formen 62 zu füllen. Nachdem die Formen 62 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend gehalten, um zu verdichten, und dann aufgehoben. Nach einer kurzen Abkühldauer wird die Form geöffnet, um die gegossenen Produkte herauszustoßen. Nach dem Ausstoßen wird die Form geschlossen und der Einspritzdruck wird wieder angewendet, um die Formen 62 zu füllen. Dieser Zyklus wird fortwährend mit einer Frequenz wiederholt, die von der Größe und Form der Formräume und der Art des geformten Materials abhängt. Die Verzweigung der Diagonalabschnitte 94 des Schmelzkanals 50 in jeder Düse 10 und die Anordnung des vorderen Abschnittes 100 des Heizelementes 86 zwischen den Auslässen 58 liefert eine zusätzliche Wärme zu der Schmelze nahe den Auslässen 58 und stellt sicher, daß sie gleichmäßig zwischen den verschiedenen Diagonalabschnitten 54 verteilt ist.
Es wird nun auf die 4 bezug genommen, um eine zweite Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. Da die meisten der Elemente dieser Ausführungsform die gleichen wie jene der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform sind, werden den beiden Ausführungsformen gemeinsame Elemente unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen beschrieben und dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist die Düse 10 eine etwas unterschiedliche Form mit einer abgeschrägten Oberfläche 120 auf, die sich der vorderen Seite 24 benachbart rundherum erstreckt. Die Diagonalabschnitte 54 des Schmelzkanals 50 verzweigen sich von dem mittleren Abschnitt 52 nach außen zu den Auslässen 58, die um die abgeschrägte Oberfläche 120 herum gleich beabstandet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Abdichtungen durch Einlaufeinsätze 122 vorgesehen, die in die Sitze 64 um jeden der Auslässe 58 herum gesetzt werden. Wie es dargestellt ist, weist jeder Einlaufeinsatz 122 einen Einlauf 60 auf, der sich für eine Mehrfachform-Anschnitt-Technik unter einem Winkel erstreckt. Die Bohrung 110 erstreckt sich unter einem leichten Winkel, und der vordere Abschnitt 100 des Heizelements 86 hat gegenüber der ersten Ausführungsform etwas unterschiedliche Ab messungen. Der Sitz 64 und der Einlaufeinsatz 122 sind verschraubt, und der Einlaufeinsatz 122 weist einen sechseckförmigen Abschnitt 124 auf, um ihn in seiner Lage anzuziehen. Sonst sind die Beschreibung und der Betrieb dieser Ausführungsform die gleichen, wie die obenangegebenen und muß nicht wiederholt werden.
Während die Beschreibung der Düsen 10 unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen gegeben worden sind, ist es offensichtlich, daß verschiedene Abänderungen möglich sind, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie sie von dem Durchschnittsfachmann verstanden wird und in den folgenden Ansprüchen abgesteckt ist.

Claims

Mehrfach-Spritzgussdüse (10), die in eine Vertiefung (14) in einer Formplatte (16) einzusetzen ist, wobei die Düse (10) ein rückwärtiges Ende (26), ein vorderes Ende mit einer Vorderseite (24) und einen Schmelzekanal (50) aufweist, der sich durch sie hindurch erstreckt, um Schmelze von einem Zulauf an dem rückwärtigen Ende (26) in Richtung zu einer Mehrzahl von beabstandeten Angüssen (60) zu fördern, die sich durch die Formplatte (16) hindurch erstrecken, wobei der Schmelzkanal (50) einen mittleren Abschnitt (52) und eine Mehrzahl Verzweigungsabschnitte (54) aufweist, sich der mittlere Abschnitt (52) in Längsrichtung von dem rückwärtigen Ende (26) erstreckt und sich jeder der Verzweigungsabschnitte nach außen zu einem Auslass (58) verzweigt, die Auslässe (58) gleich beabstandet sind, wobei jeder Auslass (58) zu jeweils einem der Angüsse (60) führt, die Düse ein Heizelement (86) aufweist, wobei das Heizelement (86) einen dem rückwärtigen Ende (26) der Düse (10) benachbarten Anschluss (96) und einen Spiralabschnitt (94) aufweist, der sich in der Düse (10) um wenigstens einen Teil des mittleren Abschnittes (52) des Schmelzkanals (50) herum erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (86) einen vorderen Abschnitt (100) aufweist, der sich parallel und nahe dem vorderen Ende der Düse (10) befindet, wobei dieser Abschnitt (100) aus einer Mehrzahl von Armen (106) besteht, die sich in einer vorgebbaren Form radial nach außen in der Mitte zwischen jeweils zwei benachbarten Auslässen (58) erstrecken.
Mehrfach-Spritzgussdüse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (58) der Verzweigungsabschnitte (54) des Schmelzkanals (50) in der Vorderseite (24) der Düse (10) münden und gleich beabstandet sind.
Mehrfach-Spritzgussdüse (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) wenigstens eine von der Vorderseite (24) ausgehende, kegelige und im Durchmesser zunehmende Oberfläche (120) aufweist, in der die Auslässe (58) der Verzweigungsabschnitte (54) des Schmelzekanals (50) münden und gleich beabstandet sind.
Mehrfach-Spritzgussdüse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Abschnitt (100) des Heizelements (86) in Nuten (108) in der Vorderseite (24) der Düse (10) verschweißt ist.
Mehrfach-Spritzgussdüse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Abschnitt des Heizelements (86) zweilagig ausgestaltet ist, und die zwei Lagen in den Nuten (108) in der Vorderseite (24) der Düse (10) aufgenommen sind.
Mehrfach-Spritzgussdüse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verzweigungsabschnitt (54) des Schmelzkanals (50) einen dem Auslass (58) benachbarten, vergrößerten Sitz (64) aufweist, um eine passende, hohle Dichtung aufzunehmen.