DE4404894C1 - Beheizte Düse zur Zuführung einer Kunststoffschmelze in die Formhöhlung eines Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine beheizte Düse zur Zuführung einer Kunststoffschmelze in die Formhöhlung eines Kunststoff- Spritzgießwerkzeuges entsprechend dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Eine solche Düse ist durch die DE 40 05 437 C2 bekannt­ geworden. Die bekannte beheizte Düse großer axialer Länge, eine sog. Langdüse, reicht durch den erhabenen Bereich einer Form hindurch in die Formhöhlung hinein. Eine solche Anord­ nung wird beispielsweise dann getroffen, wenn der Anspritz­ punkt von der Ansichtsfläche des Artikels weg im wesentlichen unsichtbar in die Hohlseite eines Artikels hinein plaziert werden soll.

Die bekannte Langdüse besitzt ein den Zentralkanal für die Kunststoffschmelze bildendes kreiszylindrisches inneres Tragrohr, auf welches ein aus mehreren Axialabschnitten be­ stehender Düsenkörper, z. B. aus CuBe, mit Preßsitz aufgescho­ ben ist (vgl. DE 40 05 437 C2 Sp. 4 Z. 22-28).

Der bezüglich der Strömungsrichtung der Kunststoff­ schmelze stromabwärts vorderste Axialabschnitt des rohrarti­ gen Düsenkörpers besteht aus einem hinteren Bereich mit eng­ gewendelten Aufnahmerillen für den sich über die Gesamtlänge des Düsenkörpers mit unterschiedlicher Steigung erstreckenden Rohrheizkörper. Nach vorn weisend, besitzt der vorderste Axi­ alabschnitt, einstückig und werkstoffeinheitlich angeschlos­ sen, eine Düsenspitze. Die Düse weist zudem auf nahezu ihrer gesamten axialen Länge ein Hüllrohr auf, welches den einge­ preßten schraubenlinienförmig gewendelten Rohrheizkörper auch bei dessen Wärmeausdehnung in der düsenkörperseitigen Nut hält.

Die bekannte beheizte Düse ist insbesondere als Langdüse vorteilhaft, weil der CuBe-Düsenkörper aus mehreren Axialab­ schnitten besteht, die jeweils für sich Umfangsnuten einheit­ licher, untereinander jedoch unterschiedlicher, Steigung auf­ weisen. Auf diese Weise läßt sich ein Düsenkörper, der über seine Gesamtlänge Umfangsnuten unterschiedlicher Steigung aufweisen soll, in fertigungsgünstiger Weise baukastenartig zusammenstellen.

Indessen ist die durch die DE 40 05 437 C2 bekannte be­ heizte Düse vor allen Dingen bei Düsen von über 200 mm Länge auch verbesserungsbedürftig. Für den Fall nämlich, daß z. B. das innere Tragrohr aus Stahl und der ein- oder mehrteilige rohrartige Düsenkörper aus CuBe besteht, ergeben sich Pro­ bleme. Die größere Wärmedehnung des CuBe verursacht im Über­ gang zum eingepreßten inneren Tragrohr Spannungen, die insbe­ sondere im Bereich der Düsenspitze und im hinteren Axialab­ schnitt zu Rissen oder Brüchen und damit zu Undichtigkeiten der einzelnen Teile führen können.

Ausgehend von der beheizten Düse gemäß der DE 40 05 437 C2, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Düse so zu verbessern, daß diese unabhängig von ihrer axialen Gesamtlänge und unabhängig von der unterschied­ lichen Wärmedehnung der verwandten Einzelteile eine unproble­ matische Handhabung im Betrieb gestattet.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Düsenspitze ein vorne am Tragrohr gehaltenes, bezüglich des Düsenkörpers separates Bauteil bildet, und daß die Düsenspitze sowie ein hinten am Tragrohr gehaltener Ab­ schlußkörper endseitige Widerlager für den zwischen ihnen angeordneten, unter Einschaltung mindestens einer Axialdruck­ feder in Axialrichtung vorgespannten, Düsenkörper bilden, der mit Schiebesitz gleitbar auf dem Tragrohr angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist zunächst die Düsenspitze vorn am Tragrohr gehalten, beispielsweise dort mit dem Tragrohr lös­ bar verschraubt oder unlösbar verbunden, wie z. B. verlötet, verschweißt oder werkstoffeinheitlich stoffschlüssig ange­ formt. Sodann ist es erfindungsgemäß wesentlich, daß der Dü­ senkörper, sei er nun einteilig oder aus mehreren Axialab­ schnitten bestehend, mit Schiebesitz gleitbar auf dem Trag­ rohr angeordnet ist. Auf diese Weise ist der Düsenkörper ins­ gesamt zwischen einem vorderen Widerlager, der Düsenspitze, und einem hinteren Widerlager, dem hinten am Tragrohr gehal­ tenen Abschlußkörper, unter Wärmeeinwirkung entgegen der Rückstellkraft mindestens einer Axialdruckfeder in Axialrich­ tung dehnbar, ohne daß es zu Beschädigungen der Düsen-Einzel­ teile kommt. Es ist zweckmäßig, den Düsenkörper durch die Axialdruckfeder in Axialrichtung vorzuspannen, um auf diesem Wege beispielsweise die relative Umfangslage des Düsenkörpers bezüglich einer Rohrheizwendel zu fixieren. Da die erfin­ dungsgemäße Düse jedoch nicht zwingend einen gewendelten Rohrheizkörper aufweisen muß, sondern vielmehr auch mit ande­ ren Heizeinrichtungen, wie z. B. mit einer Heizmanschette, be­ trieben werden kann, ist eine axiale Vorspannung des Düsen­ körpers nicht in allen Anwendungsfällen unbedingt erforder­ lich. Vielmehr ist es wichtig, daß der Düsenkörper) bedingt durch seine Wärmedehnung, nur durch die axiale Rückstellkraft der Axialdruckfeder behindert, ansonsten jedoch frei, auf dem inneren Tragrohr gleiten kann.

Mit der erfindungsgemäßen beheizten Düse verbindet sich noch folgender wesentlicher Vorteil: nachdem keinerlei mecha­ nische Belastung mehr auf dem ein- oder mehrteiligen rohrar­ tigen Düsenkörper liegt, sondern dieser nur noch der guten Wärmeübertragung dient, kann dieser zur Ersparnis aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung hergestellt werden.

Durch die US 45 88 367 ist es im weiteren Sinne in Ver­ bindung mit einer beheizten Düse von Kunststoff-Spritzgieß­ werkzeugen an sich bekannt, Axialdruckfedern unterschiedli­ cher Ausgestaltung einzusetzen. Vom Erfindungsgegenstand un­ terscheidet sich die durch die US 45 88 367 bekannte Anord­ nung indessen im wesentlichen dadurch, daß beim Bekannten der gesamte Heißkanalblock praktisch zwischen zwei federnden Wi­ derlagern abgestützt ist, so daß die beheizte Düse von der wärmebedingten Verlagerung des Heißkanals insgesamt abhängig ist. Eine Anregung zur Aufdeckung der Nachteile bei der gat­ tungsgemäßen Düse gemäß der DE 40 05 437 C2 und wie diese Nachteile dann im einzelnen bei dieser gattungsgemäßen Düse zu beheben seien, ist der US 45 88 367 nicht entnehmbar.

Für den Fall, daß erfindungsgemäß die Düsenspitze mit dem Tragrohr verschraubt ist, wird der baukastenartige Aufbau gemäß der DE 40 05 437 C2 weiter verbessert. Je nach Einsatz­ fall können unterschiedliche Düsenspitzen mit dem Tragrohr verschraubt werden, so daß hierdurch im Vergleich zu Düsen mit einstückig angeformter Düsenspitze der Lageraufwand er­ heblich verringert werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ab­ schlußkörper mit dem Tragrohr verschraubt. Hiermit ist die Möglichkeit geschaffen worden, den Abschlußkörper in Axial­ richtung mehr oder weniger zustellen zu können, um auf diese Weise fertigungsbedingte axiale Längentoleranzen des ein- oder mehrteiligen Düsenkörpers, die sich vor allem bei Mehrfachanspritzungen negativ auswirken, auszugleichen.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß die Düsenspitze zur Halterung am Tragrohr einen nach hinten gerichteten, das vordere Ende des Tragrohres überlappenden hülsenartigen An­ satz aufweist.

Hierbei kann die Düsenspitze entsprechend anderen Erfin­ dungsmerkmalen zur Halterung am Tragrohr einen nach hinten gerichteten, das vordere Ende des Tragrohres außen übergrei­ fenden hülsenartigen Ansatz besitzen. Der hülsenartige An­ satz, der mit einem korrespondierenden Gegengewinde am vorde­ ren Ende des Tragrohres zusammenwirken kann, ist hierbei zweckmäßig so ausgebildet, daß der Düsenkörper den das vor­ dere Ende des Tragrohres außen übergreifenden hülsenartigen Ansatz mit Schiebesitz gleitbar übergreift.

Zweckmäßig weist der Düsenkörper zur Aufnahme des hül­ senartigen Ansatzes eine Stufenbohrung auf, deren axiale Länge größer ist als der axiale Längenbedarf des hülsenarti­ gen Ansatzes. Diese zuletzt beschriebene Ausbildung trägt dem Umstand Rechnung, daß der Düsenkörper bei seiner Wärmedehnung nicht vom hülsenartigen Ansatz behindert wird.

Die vorbeschriebenen Widerlager sind erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß Düsenspitze und Abschlußkörper je­ weils als Widerlagerfläche für eine Axialdruckfeder oder für eine benachbarte kreisringförmige Stirnfläche des Düsenkör­ pers eine sich radial erstreckende Anschlagfläche aufweisen.

Als jeweilige Axialdruckfeder hat sich ein Tellerfeder­ paar mit zwei entgegengesetzt angeordneten Tellerfedern als zweckmäßig herausgestellt.

Ein erster Teil einer erfindungsgemäßen Anwendungsalter­ native besteht darin, daß sowohl zwischen Düsenspitze und Dü­ senkörper als auch zwischen Düsenkörper und Abschlußkörper je eine Axialdruckfeder angeordnet ist.

Falls es die Anwendungsfälle erlauben oder erfordern ist auch der zweite Teil der Anwendungsalternative denkbar, wo­ nach entweder zwischen Düsenspitze und Düsenkörper oder zwi­ schen Düsenkörper und Abschlußkörper eine Axialdruckfeder an­ geordnet ist.

Bei einem aus mehreren gesonderten Axialabschnitten be­ stehenden Düsenkörper einer Langdüse kann es auch zweckmäßig sein, daß zwischen mindestens zwei einander benachbarten Axi­ alabschnitten je eine Axialdruckfeder angeordnet ist.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel entsprechend der Erfindung dargestellt.

Hierbei stellt die Zeichnung einen axialen Längsschnitt durch eine Düse dar, deren Düsenkörper aus mehreren Axialab­ schnitten besteht. Es handelt sich dabei um eine sogenannte Langdüse.

In der Zeichnung ist die beheizte Düse zur Zuführung ei­ ner Kunststoffschmelze in die nicht gezeigte Formhöhlung ei­ nes Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges insgesamt mit 10 bezeich­ net.

Die Düse 10 weist ein Gehäuse 11 mit einem Vorderteil 12, einem Mittelteil 13, einem Hinterteil 14 und einem Deckel 15 auf, welcher über mehrere Schrauben 17 mit dem Hinterteil 14 verschraubt ist. Das Vorderteil kann auch direkt mit dem Hinterteil ohne Mittelteil verschraubt sein. Zwischen dem Hinterteil 14 und dem Deckel 15 befindet sich eine Durchfüh­ rungsöffnung 18 für einen Kabelanschluß 16, welcher der elektrischen Einspeisung eines gewendelten Rohrheizkörpers 19 dient.

Der Rohrheizkörper 19 umgibt einen rohrartigen Dü­ senkörper 20 und ist in dessen umfangsseitig vorgesehenen, etwa halbkreisförmig profilierten gewendelten Nut 21 aufge­ nommen.

Die Wendelung des Rohrheizkörpers 19 ist ebenso wie die Wendelung der Nut 21 uneinheitlich. Im vorderen Bereich, be­ nachbart dem Gehäuse-Vorderteil 12 und dem Gehäuse-Mittelteil 13, weist die Wendelung des Rohrheizkörpers 19 eine enge, im mittleren Bereich der Düse 10 eine große und schließlich, be­ züglich des Flusses der Kunststoffschmelze stromaufwärts, wiederum eine enge Steigung auf.

Die Wendelung mit unterschiedlicher Steigung soll einer gleichmäßigen Wärmeverteilung beim Heizen des Düsenkörpers 20 mittels des Rohrheizkörpers 19 dienen.

Der rohrartige Düsenkörper 20 besteht aus drei gesonder­ ten Axialabschnitten, nämlich einem vorderen Axialabschnitt 22, einem mittleren Axialabschnitt 23 und einem hinteren Axi­ alabschnitt 24.

Die Axialabschnitte 22, 23, 24 sind auf ein inneres Tragrohr 25, und zwar über dessen endseitiges Außengewinde 26 hinweg, in Richtung einer Düsenspitze 27 in Axialrichtung aufgeschoben.

Das innere Tragrohr 25 besteht aus Stahl, zweckmäßig aus einem relativ verschleißfesten austenitischen rostfreien Stahl. Die Düsenspitze 27 kann ebenfalls aus einem verschleißfesten rostfreien austenitischen Stahl oder - ebenso wie der Düsenkörper 20 - aus CuBe, CuCoBe oder aus CuNiBe bestehen.

Der vordere Endbereich des inneren Tragrohres 25 ist mit einem Außengewinde 28 versehen, welches mit einem Innenge­ winde 29 eines hülsenartigen Ansatzes 30 verschraubt ist. Der hülsenartige Ansatz 30 übergreift das mit Innengewinde 29 versehene vordere Ende des inneren Tragrohres 25 außen.

Die Axialabschnitte 22, 23, 24 des Düsenkörpers 20 sind mit Schiebesitz gleitbar auf dem Tragrohr 25 angeordnet. Dies gilt auch für den Bereich, in welchem der vordere Axialab­ schnitt 22 den hülsenartigen Ansatz 30 in Axialrichtung über­ lappt. Der vordere Axialabschnitt 22 bildet in seinem vorde­ ren Bereich eine Stufenbohrung 31, deren axiale Länge größer ist als der axiale Längenbedarf des hülsenartigen Ansatzes 30. Auf diese Weise verbleibt zwischen der Stirnfläche 32 des hülsenartigen Ansatzes 30 und dem Grund der Stufenbohrung 31 ein ringförmiger Freiraum 33 mit deutlicher axialer Er­ streckung. Die axiale Länge des Ringraumes 33 soll die wärme­ bedingte axiale Ausdehnung des Düsenkörpers 20 mit immerhin noch vorhandenem axialen Restspiel aufnehmen können.

Die heiße Kunststoffschmelze durchströmt den vom inneren Tragrohr 25 gebildeten Zentralkanal 34 in Strömungsrichtung z in Richtung Durchtrittsöffnung 35 der Düsenspitze 27. Von dort gelangt die Kunststoffschmelze über einen etwa parabol­ artigen Vorraum 47 zur eigentlichen Düsenöffnung 36, an wel­ che sich die nicht gezeigte Formhöhlung unmittelbar an­ schließt. Für den Fall, daß die Düse 10 über kein Gehäuse 11 verfügt, ist der parabolartige Vorraum 47 in eine nicht dar­ gestellte Formplatte selbst eingearbeitet.

Die Düsenspitze 27 besitzt eine sich radial erstreckende Widerlagerfläche (Anschlagfläche) 37, welche einer kreisring­ förmigen Stirnfläche 38 des Axialabschnittes 22 zugekehrt ist.

Auf das hintere Außengewinde 26 des inneren Tragrohres 25 ist ein Abschlußkörper 39 mit seinem Innengewinde 40 auf­ geschraubt. Der Abschlußkörper 39 weist einen zum hinteren Axialabschnitt 24 weisenden bundartigen Ansatz 41 auf, wel­ cher sich endseitig auf einer Stirnfläche 42 des Gehäuse-Hin­ terteils 14 abstützt.

Der Abschlußkörper 39 besitzt eine sich radial er­ streckende Widerlagerfläche (Anschlagfläche) 43, die zu einer sich ebenfalls radial erstreckenden kreisringförmigen Stirn­ fläche 44 des hinteren Axialabschnittes 24 zeigt.

Jeweils zwischen der Widerlagerfläche 37 und der benach­ barten kreisringförmigen Stirnfläche 38 sowie zwischen der Widerlagerfläche 43 und der benachbarten kreisringförmigen Widerlagerfläche 44 ist ein Tellerfederpaar T, jeweils beste­ hend aus zwei entgegengesetzt angeordneten Tellerfedern 45, in Axialrichtung verspannt.

Die Montage der Tellerfederpaare T soll wie folgt von­ statten gehen:
Bevor der Düsenkörper 20 auf das innere Tragrohr 25 auf­ geschoben wird, wird das vordere Tellerfederpaar T über das hintere Außengewinde 26 des inneren Tragrohres 25 hinweg bis nach vorn zum Anschlag an die düsenspitzenseitige Widerlager­ fläche 37 geschoben. Sodann werden über das Außengewinde 26 hinweg der gesamte Düsenkörper 20 einschließlich des montier­ ten Rohrheizkörpers 19 und schließlich das hintere Tellerfe­ derpaar T aufgeschoben.

Durch Aufschrauben des Abschlußkörpers 39 werden die beiden Tellerfederpaare T parallel zur Mittellängsachse x in einem gewissen Maße vorgespannt. Durch eine mehr oder weniger starke axiale Vorspannung können zudem bei der Fertigung der einzelnen Axialabschnitte 22, 23, 24 entstandene Längentole­ ranzen ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann bei der spä­ teren Gehäusemontage mit dem Anschrauben des Deckels 15 die Düsenspitze 27 bezüglich der Düsenöffnung 36 exakt auf eine enge Längentoleranz einjustiert werden.

Die Zeichnung veranschaulicht, daß der Düsenkörper 20 auf dem inneren Tragrohr 25 ungehindert gleiten kann, um wär­ mebedingte Längenausgleichsbewegungen entgegen der Rückstell­ kraft der Tellerfederpaare T auszuführen.

Ergänzend bleibt noch zu erwähnen, daß der gewendelte Rohrheizkörper 19 von einer Rohrhülse 46 aus rostfreiem au­ stenitischen Stahl umgeben ist.

Die Gehäuseteile 12, 13 und 14 sind über Gewindeanord­ nungen G miteinander verschraubt.

Claims (14)

1. Beheizte Düse (10) zur Zuführung einer Kunststoff­ schmelze in die Formhöhlung eines Kunststoff-Spritzgießwerk­ zeuges mit einem von der Kunststoffschmelze innerhalb eines Zentralkanals (34) durchströmten, benachbart der Formhöh­ lung mit einer Düsenspitze (27) versehenen rohrartigen Düsen­ körper (20), welcher aus mindestens einem Axialabschnitt (22) besteht, der auf ein den Zentralkanal (34) für die Kunst­ stoffschmelze bildendes kreiszylindrisches inneres Tragrohr (25) aufgeschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen­ spitze (27) ein vorne am Tragrohr (25) gehaltenes, bezüglich des Düsenkörpers (20) separates Bauteil bildet, und daß die Düsenspitze (27) sowie ein hinten am Tragrohr (25) gehaltener Abschlußkörper (39) endseitige Widerlager (37, 43) für den zwischen ihnen angeordneten, unter Einschaltung minde­ stens einer Axialdruckfeder (T) in Axialrichtung (x) vorge­ spannten Düsenkörper (20) bilden, der mit Schiebesitz gleit­ bar auf dem Tragrohr (25) angeordnet ist.

2. Beheizte Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Düsenspitze (27) mit dem Tragrohr (25) ver­ schraubt (bei 28, 29) ist.

3. Beheizte Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Düsenspitze (27) mit dem Tragrohr (25) unlösbar verbunden ist.

4. Beheizte Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abschlußkörper (39) mit dem Tragrohr (25) verschraubt ist.

5. Beheizte Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Düsenspitze (27) zur Halterung am Tragrohr (25) einen nach hinten gerichteten, das vordere Ende des Tragrohres (25) überlappenden hülsenartigen Ansatz (30) aufweist.

6. Beheizte Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Düsenspitze (27) zur Halterung am Tragrohr (25) einen nach hinten gerichteten, das vordere Ende des Tragrohres (25) außen übergreifenden hülsenartigen Ansatz (30) aufweist.

7. Beheizte Düse nach Anspruch 5 oder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenartige Ansatz (30) mit Gewinde (29) versehen ist, welches mit einem korrespondieren­ den Gegengewinde (28) am vorderen Ende des Tragrohres (25) zusammenwirkt.

8. Beheizte Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (20) auch den das vordere Ende des Tragrohres (25) außen übergreifenden hülsen­ artigen Ansatz (30) der Düsenspitze (27) mit Schiebesitz gleitbar übergreift, wobei der Düsenkörper (27) zur Aufnahme des hülsenartigen Ansatzes (30) eine Stufenbohrung (31) auf­ weist, deren axiale Länge größer ist als der axiale Längenbe­ darf des hülsenartigen Ansatzes (30).

9. Beheizte Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß Düsenspitze (27) und Abschlußkörper (39) jeweils als Widerlagerfläche für eine Axialdruckfeder (T) oder für eine benachbarte kreisringförmige Stirnfläche (38, 44) des Düsenkörpers (20) eine sich radial erstreckende Anschlagfläche (37, 43) aufweisen.

10. Beheizte Düse nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Axialdruckfe­ der von einem Tellerfederpaar (T) mit zwei entgegengesetzt angeordneten Tellerfedern (45) oder von einer Schraubenfelder gebildet ist.

11. Beheizte Düse nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zwischen Düsenspitze (27) und Düsenkörper (20) als auch zwischen Düsenkörper (20) und Abschlußkörper (39) je eine Axialdruckfeder (T) angeord­ net ist.

12. Beheizte Düse nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß entweder zwischen Düsen­ spitze (27) und Düsenkörper (20) oder zwischen Düsenkörper (20) und Abschlußkörper (39) eine Axialdruckfeder (T) ange­ ordnet ist.

13. Beheizte Düse nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch einen aus mehreren gesonderten Axi­ alabschnitten (22, 23, 24) bestehenden Düsenkörper (20) einer Langdüse (10).

14. Beheizte Düse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen mindestens zwei einander benachbarten Axi­ alabschnitten (22, 23) je eine Axialdruckfeder (T) angeordnet ist.