DE60037449T2

DE60037449T2 - Verbesserte mischvorrichtung und -verfahren für spritzgiessmaschinen

Info

Publication number: DE60037449T2
Application number: DE60037449T
Authority: DE
Inventors: Abdeslam Swanton BOUTI
Original assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Current assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: US6089468A; US6349886B1; DE60037449D1; US6382528B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Heißkanal-Spritzgießdüsen haben Torpedos oder Ventilschäfte im Schmelzestrom, die typischerweise Schweißliniengrate im fertigen Teil erzeugen, die darauf zurückzuführen sind, daß der Schmelzestrom durch diese Hindernisse geteilt wird und stromabwärts derselben wiederhergestellt werden muß. Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Spritzgießdüse und ein Verfahren, welches eine verbesserte Strömungskanalgeometrie einschließen, um diese Schweißlinien zu eliminieren oder signifikant zu minimieren, während gleichzeitig eine raschere Farbenänderungsleistung ermöglicht werden soll.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wenn Kunststoffschmelze durch ein Heißkanalsystem in Richtung des Formhohlraumes strömt, muß gelegentlich die einzige feste zylindrische Strommasse an Hindernissen, wie Torpedos, Stützschaufeln und Flügeln, Ventilschäften, Schaftführungen oder Stützklingen, vorbeiströmen. Wenn der Strom auf diese Weise geteilt und der gestörte Schmelzestrom stromabwärts des Hindernisses wiederhergestellt wird, wird zumindest eine Schweißlinie gebildet, wenn die Schmelzeströme aus den divergenten Pfaden wieder zusammenkommen. Eine solche Schweißlinie wird, sofern nicht ein homogenes Nachmischen erfolgt, in dem Schmelzestrom in der Folge vorhanden sein und als Grat oder Linie in dem geformten Teil auftreten, der in dem Formhohlraum gebildet wird. Auch wenn die Farbe der Schmelze geändert wird, werden beträchtliche Mengen des Harzes vergeudet, um die alte Farbe auszuspülen, die durch diese Strömungshindernisse gefangen wird oder an ihnen haften bleibt.
Das US-Patent Nr. 4,266,723 an Osuna-Diaz und das US-Patent Nr. 4,279,588 an Gellert sind Beispiele für wärmeleitende Torpedos. Das deutsche Patent DE 32 49 486 an Manner und das europäische Patent 0 638 407 an Krummenacher zeigen Ventilschäfte, die durch Düsenspitzen geführt werden, welche Flügel aufweisen, die sich in den Schmelzestrom erstrecken. Alle diese Ausführungen sind Beispiele von Schmelzestromhindernissen.
Das US-Patent Nr. 5,405,258 an Babin zeigt eine Heißkanaldüse mit einem Torpedo, der dazu verwendet wird, die von der stromaufwärtigen Schmelze aufgenommene Hitze über seine Länge zur Einlaufzone zu absorbieren. Der Torpedo ist innerhalb des Schmelzestromes positioniert und durch Spiralschaufeln abgestützt, welche der Schmelze eine Wirbelbewegung erteilen, wenn sie daran vorbeiströmt, um ein kräftigeres Produkt in der Einlaufzone zu erzeugen. Der Schmelzestrom wird aus einem zylindrischen Strom stromaufwärts des Torpedos in einen ringförmigen Strom geteilt, um an dem Torpedo vorbeizuströmen. Er wird auch in dem ringförmigen Strom unterteilt, um zu beiden Seiten der Mehrfach-Spiralschaufeln vorbeizuströmen. Stromabwärts der Schaufeln wird die Schmelze kurz in dem ringförmigen Kanal rekombiniert, wodurch Schweißlinien geformt werden, die als Linien in dem geformten Teil erscheinen.
Das US-Patent Nr. 5,849,343 an Gellert et al. zeigt eine Ventileinlaufdüse mit einer schaftführenden Düsenspitze, die bewirkt, daß die Schmelze aus einem zylindrischen Strom in einen ringförmigen Strom unterteilt wird, um dem Ventilschaft zu begegnen, dann wieder unterteilt wird, um den spiralförmigen Flügeln zu begegnen, welche den Schaft an der Spitze abstützen. Wie bei der '258 Torpedoversion muß die Schmelze unterteilt werden, um an den spiralförmigen Schaufeln vorbeizuströmen und sodann wieder rekombiniert werden.
Das Rekombinieren des Stromes bei allen vorstehenden Beispielen bewirkt typischerweise Schweißlinien, die an dem geformten Teil erscheinen; auch werden Farbänderungen langwierig und teuer.
Verschiedene Versuche zum Mischen der Schmelze in Heißkanaldüsen sind in dem US-Patent Nr. 4,965,028 an Maus et al., dem US-Patent Nr. 5,513,976 an McGrevy, dem europäischen Patent 0 546 554 an Gellert und dem deutschen Patent DE 32 01 710 an Gellert gezeigt. Ein spiralförmig ausgebildeter Mischer, der in der Spritzgießmaschinendüse inkludiert ist, ist im österreichischen Patent 231696 an Hehl gezeigt. Alle diese Beispiele unterteilen den Schmelzestrom in diskrete Pfade, die stromabwärts des Hindernisses rekombiniert werden müssen, und dies erzeugt Stromgrate in dem geformten Teil.
Das US-Patent Nr. 5,545,028 an Hume et al. zeigt eine Heißkanalspitze in einem Semi-Torpedostil, in welchem die Außenfläche des Torpedos einen Strömungskanal aufweist, der einen einzigen zylindrischen Einlaßstrom in einen ringförmigen Strom umwandelt, welcher an der Spitze vorbeiströmt. Jedoch zeigt das '028 Patent nicht: Nuten an der Innenseite des Spitzenkörpers, irgendeinen Anfangsspalt oder ein Anfangsspiel, um hängengebliebenes Material zu eliminieren, eine Entspannungszone, um Restspannungen aus der Stromumwandlung in dem genuteten Abschnitt zu eliminieren, oder eine Strömungsverengung oder Formungszone, um die Dickenänderungen zu reduzieren, die in der genuteten Zone erzeugt werden.
In Spiraldornmatrizen, die für die Extrusionsformung verwendet werden, kann ein einzelner oder können mehrere einströmende zylindrische Schmelzeströme in einem kontinuierlichen Verfahren in einen einzigen ringförmigen Austragstrom, wie bei der Filmextrusions-Blasformung, umgewandelt werden. Die US-Patente Nrn. 5,783,234 und 5,900,200 an Teng zeigen eine Heißkanalanwendung mit einer ventilgesteuerten Einlaufdüse, in welcher die Spiralelemente in einem vergleichsweise großdurchmeßrigen Ventilschaft geformt und relativ weit entfernt vom Formhohlraumeinlauf positioniert werden. In diesem Zusammenhang soll auch Bezug genommen werden auf: „Analysis for Extrusion Die Design" von B. Proctor, SPE, ANTEC, Washington, D. C., Seiten 211–218 (1971); „The Nuts and Bolts of Blown-Film Design" von C. Rauwendaal, Plastics World, Seiten 85–87 (1991); und „Extrusion Dies for Plastics and Rubber" von W. Michaeli, Carl Hanser Verlag, München, ISBN 3-446-16190-2 (1992).
Es ist deshalb ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen verbesserten Schmelzestrommischer zu schaffen, der in einer Spritzgießmaschine angeordnet ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Düse und ein verbessertes Verfahren, wie vorstehend erwähnt, zu schaffen, welche Schweißlinien im fertigen Produkt eliminieren oder signifikant minimieren.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Düse und ein verbessertes Verfahren der vorstehend erwähnten Art zu schaffen, die einen raschen Farbwechsel ermöglichen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Co-Einspritzdüse und eines verbesserten Verfahrens, welche Schweißlinien sowie Grate in dem geformten Gegenstand eliminieren oder signifikant reduzieren, und die zugleich ein verbessertes Verfahren zum gleichzeitigen Co-Einspritzen von zwei oder mehr Materialien zur Verfügung stellen.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Das US-Patent 5,916,605 beschreibt ein ventilgesteuertes Spritzgießsystem, welches den Schmelzestrom im Einlaufbereich einer Düse erleichtert. Der Ventilstift erstreckt sich durch einen ringförmigen Einsatz, wobei die Außenfläche des Einsatzes eine Spiralnut aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorstehenden Ziel und Vorteile leicht erreicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schmelzestrommischer für eine Spritzgießmaschine geschaffen, die geformte Teile erzeugt, welche eine Kernseitenfläche und eine Hohlraumseitenfläche haben, wobei der Mischer aufweist: einen Strömungskanal mit einem langgestreckten Element, das in dem Strömungskanal angeordnet ist, wobei der Strömungskanal eine Auslaßzone hat; eine erste Spiralnut, die auf einer Oberfläche in dem Strömungskanal vorgesehen ist, wobei die erste Spiralnut gegen die Auslaßzone hin in der Tiefe abnimmt, und wobei durch Bereiche zwischen der ersten Spiralnut Stege definiert werden, wobei das Spiel der Stege gegen die Auslaßzone hin zunimmt, derart, daß ein Harzstrom, der im Betrieb in die Schmelzvorrichtung eingebracht wird, durch die erste Spiralnut wendelförmig und über die Stege axial wird, um eine Harzverteilung zu bewirken, wenn der Strom zwischen der Oberfläche und dem langgestreckten Element und von der Auslaßzone heraus strömt; dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spiralnut dem langgestreckten Element zugekehrt ist, wobei die Orientierung der ersten Spiralnut das Aussehen der Hohlraumseitenfläche ei nes geformten Teiles verbessert, der während eines Formungszyklus der Spritzgießmaschine geformt wird, indem die Harzverteilung und die Verteilung der Schweißlinien oder -fehler in dem geformten Teil gegen die Kernseitenfläche bewirkt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einspritzen und Mischen einer Materialschmelze in eine Form zur Bildung eines geformten Teiles mit einer Kernseitenfläche und einer Hohlraumseitenfläche geschaffen, wobei das Verfahren umfaßt: Erzeugen eines Materialschmelzestromes in einem Schmelzeströmungskanal; Lenken des Schmelzestromes um ein langgestrecktes Element herum, das in dem Strömungskanal vorgesehen ist; wendelförmiges Umlenken des Materialschmelzestromes um zumindest eine Spiralnut; und intermittierendes Aussetzen des wendelförmigen Stromes den Stegzonen, die durch die Bereiche zwischen der Spiralnut gebildet sind, um ein axiales Umlenken des Materialschmelzestromes in diesen Zonen der Stege zu erzeugen, wobei das Spiel der Stege gegen die Auslaßzone zunimmt; und Überführen der Schmelze durch den Auslaß in einen Hohlraum einer Form; dadurch gekennzeichnet, daß das wendelförmige Umlenken entlang einer Innenfläche des Schmelzeströmungskanals erfolgt, welche dem langgestreckten Element gegenüberliegt, wobei die Orientierung der ersten Spiralnut die Verteilung des Harzes in der Form bewirkt, um eine Verteilung der Schweißlinien oder -fehler gegen die Kernseitenfläche des geformten Teiles zu bewirken, um das Aussehen der Hohlraumseitenfläche des geformten Teiles zu verbessern.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein geformtes Produkt, das nach dem Verfahren gemäß Anspruch 17 geformt ist, geschaffen, wobei das geformte Produkt durch eine Seitenwand definiert ist, die eine Innenfläche und eine Außenfläche hat und bei welchem Grate oder Schweißlinien von der Außenfläche des geformten Gegenstandes entfernt sind.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die angeschlossenen illustrativen Zeichnungen besser verständlich, in denen zeigen:
1 eine Teilschnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1A eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
die 3, 4 und 5 Schnittansichten nach den Linien III-III, IV-IV und V-V in 2;
die 6, 7, 8 und 9 Teilschnittansichten weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
10 eine Teilschnittansicht eines Co-Einspritz-Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
die 11 und 11A Teilschnittansichten weiterer Co-Einspritz-Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
die 12 und 12A weitere Teilschnittansichten weiterer Co-Einspritz-Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
die 13 und 14 Teilschnittansichten weiterer Co-Einspritz-Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
15 eine Teilschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, das in einer Formungsmaschinen-Einlaufstange angeordnet ist;
16 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 eine isometrische Ansicht der vorliegenden Erfindung, die an verschiedenen Stellen innerhalb der Strömungskanals eines Heißkanalsystems angeordnet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In einer Spiraldornmatrize, die für die Extrusionsformung verwendet wird, wird der Schmelzestrom zuerst unter Verwendung eines sternförmigen oder ringförmigen Verteilers in mehrere separate Ströme unterteilt. Die Ströme werden dann in separate spiralförmige Kanäle eingeführt, die in dem Dorn wie ein mehrgängiges Gewinde ausgeschnitten sind. Die Tiefe der Kanäle nimmt ständig ab, und der Spalt zwischen dem Dorn und der inneren Matrizenwand nimmt ständig zu, beides in der Strömungsrichtung. Dies bewirkt einen Strom, der anfänglich in der geschlossenen Spirale eingeschlossen ist und dann in zwei Ströme unterteilt wird, wenn er aus dem sich erweiternden Spalt austritt. Ein Strom strömt in dem Spiralkanal, welcher der Dornwand benachbart ist, wendelförmig weiter, während ein zweiter Strom über den Scheitel des Spiralkanalteilers und in axialer Richtung weiter strömt. Wenn die Tiefe des spiralförmigen Kanals stärker zunimmt, wird dem Axialstrom immer mehr Harz hinzugefügt. Somit wird der Strom allmählich aus einer wendelförmigen Strömungsrichtung in eine axiale Strömungsrichtung transformiert, ohne die Bildung von Schweißlinien und mit größerer mechanischer Homogenität und größerer Gleichmäßigkeit der Schmelzetemperatur. Diese Betriebsfunktion wird durch das US-Patent Nr. 4,965,028 nicht gelehrt, welches vor allem nicht lehrt, die Kanaltiefe zu reduzieren und gleichzeitig das Spiel zur Wand über den ringförmigen Strömungsabschnitt der Spitze zu erhöhen.
Wenn die Spiraldornmatrizen-Ausbildungstheorie auf eine Heißkanal-Düsenspitze angewendet wird, wurde gefunden, daß mit den Spiralkanälen, die in die Außenfläche des Torpedoeinsatzes eingeschnitten sind, Schweißlinien von der Oberfläche des geformten Teiles im Anschluß an die Formkernfläche gegenüber dem Einlauf vollständig eliminiert werden, wogegen Grate weiterhin in der gegenüberliegenden Oberfläche auftreten können, die im Anschluß an den Formhohlraum dem Einlauf benachbart gebildet wird. Diese Vorgangsweise ist in den US-Patenten Nrn. 5,783,234 und 5,900,200 gezeigt. Wenn im Gegensatz dazu die spiralförmigen Kanäle in die Außenfläche des Düsenkanals gegenüber dem Torpedo, wie gemäß der vorliegenden Erfindung, eingeschnitten werden, werden Schweißlinien von der Oberfläche des geformten Teiles im Anschluß an die Formhohlraumfläche nahe dem Einlauf vollständig vermieden, wogegen Grate weiterhin auf der gegenüberliegenden Oberfläche vorhanden sein können, die im Anschluß an die Formkernfläche gegenüber dem Einlauf geformt wird. Da in den meisten Fällen diese im Formhohlraum geformte Fläche die Außenfläche bzw. Sichtfläche des geformten Teiles ist, stellt diese Düsenkonfiguration eine bevorzugte Betriebsweise dar.
Analog wird zur Erzeugung eines Teiles, bei dem beide Flächen frei von Schweißlinien sind, eine Düsenspitzenkonfiguration mit spiralförmigen Kanälen auf beiden Seiten des ringförmigen Kanalabschnittes erforderlich, wie sie auch gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kontempliert wird.
Andere Variationen von Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
Unter Bezugnahme auf 1 ist in dieser eine torpedoartige Einspritzdüse 10, einschließlich eines Heißkanal-Düsengehäuses 12 und eines zylindrischen Schmelzeströmungskanals 14 in dem Gehäuse, gezeigt. Der Strömungskanal 14 umfaßt eine Außenfläche 15, eine Einlaßzone 16 zur Aufnahme des geschmolzenen Harzes und einen Auslaßbereich 18 zum Überführen des geschmolzenen Harzes zum Formhohlraum 20. In das vordere Ende des Düsengehäuses bzw. die Düsenspitze 22 ist ein Düsenspitzenhalter 24 eingeschraubt, der typischerweise aus einem wärmeisolierenden Material, wie Titan, besteht und auch eine Dichtung 26 gegen eine Blasenzone 28 des Formeinlaufes 30 bildet, derart, daß das geschmolzene Harz, das durch die Düse strömt, die Blasenzone 28 füllt, bevor es über den Einlauf 32 in den Formhohlraum 20 eintritt. Die Dichtung 26 verhindert auch, daß geschmolzenes Harz in den Isolierraum 34 leckt, der das Düsengehäuse 12 umgibt.
Der langgestreckte Torpedo 36 ist so ausgebildet, daß er sich nahe dem Auslaßbereich 18 in den Strömungskanal 14 erstreckt. Der Torpedo hat eine gekrümmte hintere Zone 38 und eine spitz zulaufende vordere Zone 40, die sich zum Einlauf 32 erstreckt. Der Spitzenhalter 24 hält den Torpedo 36 an Ort und Stelle, indem er an einer Hülse 42 angreift, die in einer Bindungszone 34 an den Torpedo angeschweißt oder angelötet ist. Der Torpedo besteht zweckmäßig aus einem wärmeisolierenden Material, wie Berylliumkupfer oder Wolframkarbid, während die Hülse aus einem harten abriebfesten Material, wie Stahl oder Wolframkarbid, bestehen kann, möglicherweise durch elektrische Erosionsbearbeitung (EDM), Pulvermetallformung, Drehen, Räumen, Gießen und Schneiden oder irgendein anderes geeignetes Verfahren hergestellt.
Die Außenfläche des Torpedos 36 ist zylindrisch. Die exponierte Außenfläche der Hülse 42 umfaßt zumindest eine Spiralnut 46. Da die exponierte Außenfläche der Hülse 42 zumindest zum Teil die Außenfläche 15 des Strömungskanals 14 bildet, ist die zumindest eine Spiralnut 46 in der Außenfläche des Strömungskanals ausgebildet, und wie aus 1 hervorgeht, in die Außenfläche des Strömungskanals eingeschnitten. Außerdem liegt die Spiralnut dem Torpedo 36 gegenüber.
Nahe der Nut sind Scheitel 48 vorgesehen. Die Nut ist so geformt, daß sie in der Tiefe gegen den Auslaßbereich 18 und gegen den Einlauf 32 abnimmt. Die Scheitel 48 sind an den Torpedo 36 in der Bindungszone 44 am stromabwärtigen Ende der Hülse 42 angeschlossen. Die Scheitel 48 haben ein Anfangsspiel, das bezüglich des Torpedos 36 gegen den Auslaßbereich 18 und gegen den Einlauf 32 zunimmt. Das Anfangsspiel ist ein optionales Merkmal und beträgt zweckmäßig zumindest 0,05 mm. Dieses Anfangsspiel ist für die Farbänderungsleistung wesentlich, weil es das Spülen irgendeines Harzes ermöglicht, welches in den Totzonen, die zwischen den Spiralnuten erzeugt werden, hängengeblieben sein kann. Ansonsten würde das Harz dazu neigen, einen Teil des kleinen Anfangsspieles zu füllen und dort während einer längeren Zeitspanne hängenzubleiben, wodurch Farbänderungen sehr langwierig werden. Das Harz kann auch dort hängenbleiben, bis es abgebaut wird und zurück in den Schmelzestrom fließt. Mit einem Anfangsspiel von etwa 0,05 mm ermög licht dieses abrupte definierte Spiel am Ende des Kontaktes zwischen den Scheiteln und dem Schaft einem Teil des Schmelzestromes, in den Umfang zwischen den Nuten zu strömen, um die Totzonen zu reinigen.
Im Betrieb strömt deshalb die Schmelze vom Einlaßende 16 des Strömungskanals 14 durch den ringförmigen Teil des Strömungskanals gegen das Auslaßende 18 des Strömungskanals 14. Die Schmelze tritt in eine oder mehrere der Spiralnuten oder Kanäle 46 ein, bevor sie das Auslaßende 18 erreicht. Die Spiralnuten bedingen einen wendelförmigen Strömungsweg der Schmelze. Wenn die Schmelze gegen den Einlauf 32 weiter strömt, tritt mehr und mehr Schmelze über die Scheitel 48 über, weil die Scheitel in ihrem Spiel zunehmen und weil die Nutentiefe abnimmt, so daß die wendelförmige Strömungsrichtung allmählich in eine axiale Strömungsrichtung über die Länge der Hülse 42 geändert wird. Am Ende des Spiralnutabschnittes strömt die Schmelze an dem ersten ringförmigen Abschnitt 50 des Strömungskanals 14 stromabwärts der Nut 46 vorbei, die vergleichsweise großen Durchmesser hat, und strömt dann zu einem ringförmigen Abschnitt 52 des Kanals 14 stromabwärts des ersten ringförmigen Abschnittes 50 weiter, der im Durchmesser reduziert ist und der vor dem Ende des Düsenspitzenhalters 24 angeordnet ist, derart, daß sich der Schmelzestrom entspannt, wenn er durch den ringförmigen Abschnitt 50 strömt. Der Entspannungsabschnitt hilft auch, die Spannungen und irgendwelche Strömungsunregelmäßigkeiten zu minimieren und die Schmelze zu homogenisieren. Schließlich strömt die Schmelze durch den Einlauf 32, um den Formhohlraum 20 zu füllen.
Die die Strömungslinie eliminierende Spitzenausbildung kann durch die folgenden fünf Zonen definiert werden:
Eine Haftungszone (Torpedoversion oder Schaftführung) oder Gleitkontakte (Ventilschaftversion) zwischen den Scheiteln und dem Schaft können einen verjüngten Sitz bilden, welcher den Schaft verriegelt, um einer Druckwirkung im Falle eines Torpedos standzuhalten. Diese Zone bildet die Abstützung und/oder Ausrichtung für den Torpedo oder die Ventilschaftführung oder eine Führung des Ventilschaftes.
Eine Zone eines endlichen Anfangsspaltes oder Anfangsspieles, das aus einer abrupten Vermeidung des Kontaktes zwischen den Hülsenscheiteln und dem Schaft besteht. Dieses Merkmal verhindert hängengebliebenes Harz, das auftreten kann, wenn die Spielzunahme von Null beginnt. Der Anfangsspalt gestattet einem Teil der Schmelze herumzuströmen und die Totpunkte zwischen den Nuten am Beginn der Spielzunahme zu reinigen. Der Anfangsspielwert hängt auch von dem verarbeiteten Material und den Verarbeitungsparametern (Strömungsdurchsatz etc.) ab.
Eine Zone der Strömungsumkehr, wo der Schmelzestrom allmählich in einen ringförmigen Strom umgewandelt wird, ohne Schweißlinien zu erzeugen, die auf dem geformten Teil sichtbar sind. In dieser Zone nimmt die Tiefe der Nut allmählich ab, und der Spalt zwischen dem Schaft und den Scheiteln nimmt allmählich zu.
Eine Entspannungszone, die ermöglicht, daß die Moleküle des Polymers sich von den Spannungen erholen, die sich während der Strömungsumkehr in der vorhergehenden Zone angesammelt haben. Die Entspannungszone kann auch als Auslaufzone für Herstellungswerkzeuge verwendet werden.
Eine Formungszone, welche die Schmelze durch einen engen ringförmigen Abschnitt drückt, um Dickenvariationen zu reduzieren, die durch aufeinanderfolgende Überströmvorgänge erzeugt worden sind, welche während der Strömungsumkehr aufgetreten sind. Diese Zone kann ein ringförmiger Abschnitt sein, der gegen den Einlauf konvergiert, falls er durch diese Anwendungsform erforderlich ist.
Die Ausführungsform nach 1A ist ähnlich jener nach 1, wobei der Torpedo oder Schaft 36 einen oder mehrere Flügel 37 aufweist, beispielsweise 2, 3 oder 4 Flügel, welche den Torpedo gegen das Düsengehäuse 12 abstützen. Die Flügel 37 umfassen einen ringförmigen Teil 39, welcher an dem Düsengehäuse angreift. Bei der Ausführungsform nach 1A ist der Torpedo nicht wie in der Bindungszone 44 nach 1 angeschweißt oder angelötet, sondern greift einfach an der Eingriffszone 45 an oder ist auf diese aufgepreßt. Somit kann ein fester Eingriff leicht erzeugt werden. Als eine weitere Alternative kann der Torpedo als Ventilschaftführung verwendet werden, wenn er ein Führungsloch oder einen Kanal aufweist.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer torpedoartigen Einspritzdüse, bei welcher der Düsenspitzenhalter 24 aus 1 eliminiert ist und die spiralförmigen Kanäle direkt in dem Düsengehäuse oder der Düsenspitze geformt sind. Somit zeigt 2 einen Torpedo 36', ein Düsengehäuse 12' mit einem vorderen Ende oder einer Düsenspitze 22', einen Strömungskanal 14' und einen Einlauf 32'. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Spiralnut oder der Spiralkanal 46' direkt in der Düsenspitze 22' geformt, die aus einem Material, wie Berylliumkupfer, Stahl, Wolframkarbid, oder anderen geeigneten Materialien besteht. Die Düsenspitze kann, falls erwünscht, in ein separates Düsengehäuse eingeschraubt sein. Die Düsenspitze 22' kann beispielsweise durch Räumen, Gießen, Schneiden, Drehen, EDM, Pulvermetallformung oder ein anderes geeignetes Verfahren hergestellt werden. Außerdem ist die Blasenzone 28 eliminiert, indem ein Isolator 54 nahe dem Einlauf 32' vorgesehen wird, der aus einem geeigneten Polymermaterial hergestellt sein kann. Dies minimiert effektiv Zonen, in denen die Schmelze hängenbleiben und sich abbauen kann. Der leitende Torpedo 36' ist angeschweißt, angelötet, durch Pressen eingepaßt oder durch eine Verjüngung an der Düsenspitze 22' gemäß 1 aufgesetzt. Die 3, 4 und 5 sind Querschnittsansichten nach den Linien III-III, IV-IV und V-V, die zeigen, wie die Spiralnutgeometrie variiert. Scheitel 48' sind nahe der Nut 46' vorgesehen. In einer Weise nach 1 nimmt die Spiralnut in der Tiefe gegen die Auslaßzone 18' ab, und die Scheitel nehmen in ihrem Spiel von dem Torpedo gegen die Auslaßzone 18' zu. Ein erster ringförmiger Abschnitt 50' und ein weiterer ringförmiger Abschnitt 52' sind ebenso wie in 1 vorgesehen.
Die Ausführungsform nach 6 zeigt das Düsengehäuse 56 mit dem vorderen Ende des Düsengehäuses bzw. der Düsenspitze 58, einschließlich einer Gewindekappe 60, welche die Hülse 62 an Ort und Stelle hält. Spiralförmige Kanäle bzw. Nuten 64 sind in der Hülse 62 ausgebildet. Die Hülse 62 wirkt auch als Führung für den beweglichen Ventilschaft 66, der im Strömungskanal 68 angeordnet ist, wo der Ventilschaft in Kontaktzonen 72 durch Scheitel 70 kontaktiert wird. Stromabwärts der Kontaktzonen 72 hört der Kontakt auf, wenn der spiralförmige Kanal bzw. die Nutentiefe abnimmt und das Scheitelspiel des Ventilschaftes gegen den Ventileinlauf 74 zunimmt. Die Kappe 60 ist vom Einlaufeinsatz 76 durch einen Isolator 78 beabstandet, der aus einem geeigneten Polymermaterial bestehen kann, und, falls erwünscht, kann dieses Material durch beispielsweise einen Titandichtungsisolator 80 gestützt sein.
Wenn im Betrieb der Ventilschaft 66 durch geeignete Bewegungsmittel (nicht gezeigt) zurückgezogen wird, strömt die Schmelze aus dem ringförmigen Teil des Schmelzekanals 68 in eine oder mehrere der spiralförmigen Nuten bzw. Kanäle 64, welche der Schmelze einen wendelförmigen Strömungspfad auferlegen. Wenn die Schmelze gegen den Ventileinlauf 74 weiter strömt, tritt mehr und mehr der Schmelze über die Scheitel 70 über, wenn die Scheitel in ihrem Spiel von dem Ventilschaft zunehmen und wenn die Nutentiefe abnimmt, so daß die wendelförmige Strömungsrichtung allmählich in eine axiale Strömungsrichtung über die Länge der Hülse 62 geändert wird. Am Ende des spiralförmigen Nutenteiles ist ein erster ringförmiger Abschnitt 82 des Strömungskanals 68, der relativ großen Durchmesser hat, gefolgt von einem weiteren ringförmigen Abschnitt 84, der reduzierten Durchmesser hat, derart vorgesehen, daß der Schmelzestrom sich entspannt, wenn er durch den ersten ringförmigen Abschnitt strömt. Der Entspannungsabschnitt hilft die Spannungen zu minimieren, die sich in der Schmelze während der Strömungsänderung aufgebaut haben, und minimiert jegliche Strömungsunregelmäßigkeit und homogenisiert die Schmelze. Die Entspannungszone kann auch als Werkzeugauslauf für bestimmte Herstellungsvorgänge, wie das Schneiden, Drehen etc., verwendet werden. Schließlich strömt die Schmelze durch den Einlauf 74, um den Formhohlraum zu füllen.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das Doppelspiralnuten bzw. Kanäle aufweist. Gemäß 7 umfaßt die Einspritzdüse 86 eine Düsenspitze 88 und einen Strömungskanal 90, einschließlich einer Außenfläche 92. Ein Torpedo 94 ist in dem Strömungskanal vorgesehen. Die Doppelspiralnut bzw. der Doppelspiralkanal 96 ist durch Bildung eines äußeren Nutabschnittes 98 in der Düsenspitze 88 in deren Außenfläche 92 des Strömungskanals 90 und eines inneren Nutabschnittes 100 in der benachbarten Außenfläche 102 des Torpedos 94 ausgebildet, um eine im wesentlichen kreisförmige Nut 96 zu bilden. Scheitel 104, 105 sind in benachbarten Nuten vorgesehen. Gemäß 7 wird der Torpedo 94 an die Düsenspitze 88 an der stromaufwärtigen Scheitelkontaktzone 106 angelötet oder angeschweißt. Natürlich können andere Ausrichtungsmerkmale vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Ausrichtungsmittel, wie beispielsweise ein Dowel-Stift, vorgesehen sein, um die Nuten der Hülse mit den Nuten des Torpedos auszurichten. Danach nimmt die Tiefe der spiralförmigen Kanäle 96 gegen die Strömungskanal-Auslaßzone 108 fortschreitend ab, und das Spiel zwischen den Scheiteln 104, 105 nimmt gegen die Auslaßzone 108 allmählich zu. Die Entspannungszone 110 und die Durchmesserreduzierzone 112 sind stromabwärts der spiralförmigen Nut vorgesehen, wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Die spiralförmigen Nuten können, falls erwünscht, auch andere Konfigurationen, Winkel oder gegensinnige Orientierungen haben.
Wenn im Betrieb die Schmelze gegen die Einlaufzone der Spitze fortschreitet, tritt mehr und mehr der Schmelze über die Scheitel über, und das Spiel nimmt zu, und wenn die Nutentiefe abnimmt, wird die wendelförmige Strömungsrichtung allmählich in eine axiale Strömungsrichtung umgewandelt. Da Schmelze über die Scheitel auf beiden Seiten übertritt, verbleibt nur die wendelförmige Strömung an den Rändern des Kanals, bis diese ebenfalls in eine axiale Strömung umgewandelt wird, wenn die spiralförmigen Kanäle aufhören. Somit werden jegliche Schmelzeunvollkommenheiten, die mit der Strömung nahe einer glatten Wand verbunden sind, auf beiden Seiten des geformten Teiles eliminiert. Der Torpedo und die Spitze können aus dem gleichen oder aus ungleichen Materialien, beispielsweise Berlylliumkupfer, Stahl, Wolframkarbid, oder anderen geeigneten wärmeleitenden abriebfesten Materialien bestehen. Es ist auch eine einstückige Ausbildung möglich, die aus einem einzigen Material durch Pulvermetallformung, eine Formung mit verlorenem Kern oder irgendein anderes geeignetes Herstellungsverfahren hergestellt wird.
Das Ausführungsbeispiel nach 8 ist ähnlich jenem nach 7, einschließlich einer Doppelspiralnut bzw. eines Doppelspiralkanals 96'. 8 umfaßt jedoch einen bewegbaren Ventilschaft 114 in einem Strömungskanal 90', der durch den Torpedoeinsatz 116 gleitverschieblich geführt ist. Der Torpedoeinsatz ist an die Düsenspitze 88' angelötet oder angeschweißt oder auf andere Weise mit dieser an der Scheitelkontaktzone 106' verbunden, wie bei dem Ausrichtungsmerkmal, das einen Dowel-Stift aufweist. Diese Ausführungsform arbeitet auf ähnliche Weise wie jene nach 7.
Die Ausführungsform nach 9 ist ähnlich jener nach 8, einschließlich einer spiralförmigen Nut bzw. eines spiralförmigen Kanals 96'', wobei der bewegliche Ventilschaft 114 im Strömungskanal 90'' durch den Torpedoeinsatz 116' gleitverschieblich geführt ist. Der Torpedoeinsatz ist an die Düsenspitze 88'' angelötet oder angeschweißt oder steht auf andere Weise mit dieser an der Scheitelkontaktzone 106'' in Eingriff. Jedoch ist bei der Ausführungsform nach 9 die spiralförmige Nut bzw. der spiralförmige Kanal 96'' lediglich in der Düsenspitze 88'' und im Torpedo 116'' ohne Nuten ausgebildet, und wirkt als Ventilschaftführung.
Die verschiedenen Abdichtungs- und Isolierdetails an dem Blasen- und Einlaufende der Düse sind zwischen den Ausführungsformen austauschbar. Somit kann der Düsenspitzenhalter 24, der polymerische Isolator 54 und 78 und der Titandichtungsisolator 80 bei allen Versionen angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf 10 ist eine ventileinlaufartige Co-Einspritzdüse 100, einschließlich eines Heißkanal-Düsengehäuses 112 und eines zylindrischen ersten Schmelzeströmungskanals 114 in dem Gehäuse, gezeigt. Der Strömungskanal 114 umfaßt eine Außenfläche 115, eine Einlaßzone 116 zur Aufnahme des ers ten geschmolzenen Harzes und eine erste Auslaßzone 118 zum Überführen des ersten geschmolzenen Harzes in den Formhohlraum 120. Die Co-Einspritzdüse 100 umfaßt ein vorderes Ende bzw. eine Düsenspitze 124 stromabwärts des Düsengehäuses 112 und ist mit diesen verbunden.
Der langgestreckte Torpedo bzw. Ventilschaft 136 ist so ausgebildet, daß er sich in den Strömungskanal 114 nahe der ersten Auslaßzone 118 erstreckt. Der Torpedo kann, falls erwünscht, eine flache vordere Zone, wie gezeigt, oder eine gekrümmte hintere Zone und eine zugespitzte vordere Zone haben, die sich in den Einlauf 132 erstreckt.
Der Torpedo bzw. Ventilschaft 136 kann zweckmäßig bewegbar sein, um den Einlauf 132 oder die erste Auslaßzone 118 und die Verbindung des ersten Strömungskanals 114 mit der ersten Auslaßzone 118 progressiv zu blockieren oder zu öffnen. Somit kann der langgestreckte Schaft bzw. Torpedo 136, falls erwünscht, ein beweglicher Ventilschaft sein, der betätigbar ist, um den Harzfluß zu gestatten oder zu stoppen. Natürlich kann der Torpedo oder Ventilschaft eine geeignete oder zweckmäßige Konfiguration haben.
Die Düsenspitze 124 hält die Hülse 142 gegen das Düsengehäuse 112 mit dem Torpedo bzw. Ventilschaft 136 innerhalb der Hülse 142 an Ort und Stelle und in den Kontaktzonen 144 in Eingriff damit, oder in den Kontaktzonen 144 daran gebunden. Der Torpedo bzw. Ventilschaft besteht zweckmäßig aus Stahl und kann beispielsweise aus einem wärmeleitenden Material, wie Berylliumkupfer oder Wolframkarbid, bestehen, wogegen die Hülse aus einem harten abriebfesten Material, wie Stahl oder Wolframkarbid, bestehen kann, möglicherweise durch elektrische Erosionsbearbeitung (EDM), Pulvermetallformung, Drehen, Räumen, Gießen und Schneiden oder irgendeinen anderen geeigneten Prozeß hergestellt.
Die Außenfläche des Torpedos 136 ist vorzugsweise zylindrisch. Die exponierte Oberfläche der Hülse 142 umfaßt zumindest eine erste Spiralnut 146. Da die exponierte Oberfläche der Hülse 142 zumindest teilweise die Außenfläche 115 des Strömungskanals 114 bildet, ist die zumindest eine Spiralnut 146 in der Außenfläche des Strömungskanals ausgebildet und kann, wie 10 zeigt, in die Außenfläche des Strömungskanals eingeschnitten sein. Außerdem ist diese Spiralnut dem Torpedo 136 zugekehrt.
Die Scheitel 148 sind nahe der Nut vorgesehen. Die Nut ist so geformt, daß sie in der Tiefe gegen die erste Auslaßzone 118 und gegen den Einlauf 132 abnimmt. Die Scheitel 148 berühren vorzugsweise den Torpedo 136 an der Kontaktzone 144 am stromaufwärtigen Ende der Hülse 142. Die Scheitel 148 haben ein Anfangsspiel, und dieses Spiel nimmt bezüglich des Torpedos 136 gegen die erste Auslaßzone 118 und gegen den Einlauf 132 zu.
Außerdem umfaßt die Düse 100 einen zweiten Strömungskanal 214, der in Umfangsrichtung um den ersten Strömungskanal 114 vorgesehen ist, und eine Einlaßzone 216 zur Aufnahme eines zweiten geschmolzenen Harzes und eine zweite Strömungskanal-Auslaßzone 218 aufweist, die mit der ersten Auslaßzone 118 zum Überführen des zweiten geschmolzenen Harzes durch den Einlauf 132 in den Formhohlraum 120 in Verbindung steht. Der zweite Strömungskanal 214 umfaßt zumindest eine zweite Spiralnut 246 in der Außenfläche der Düsenspitze 124, welche die Innenfläche des zweiten Strömungskanals 214 bildet und dem äußeren Düsengehäuse 212 zugekehrt ist.
Die Scheitel 248 sind nahe der zweiten Nut vorgesehen. Außerdem ist die zweite Nut ähnlich der ersten Nut 146 so ausgebildet, daß sie in der Tiefe gegen die Auslaßzonen 218 und 118 und gegen den Einlauf 132 abnimmt. Die Scheitel 248 können mit der Wand 215 des zweiten Strömungskanals 214 am stromaufwärtigen Ende der Düsenspitze 124 wie bei dem ersten Strömungskanal 114 verbunden sein oder diese Wand kontaktieren.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 10 haben die Scheitel 248 bezüglich der Außenwand 215 ein Anfangsspiel, und eine Zunahme des Spieles gegen die Auslaßzonen 218 und 118 und gegen den Einlauf 132 tritt auf. Das Anfangsspiel kann zweckmäßig die gleichen Dimensionen wie bei dem ersten Strömungskanal haben und die gleichen Vorteile liefern.
Im Betrieb des zweiten Strömungskanals strömt deshalb die zweite Schmelze von dem Einlaßende 216 des Strömungskanals 214 gegen das Auslaßende des Strömungskanals 214 durch den ringförmigen Teil des Strömungskanals. Die zweite Schmelze tritt in eine oder mehrere der spiralförmigen Nuten bzw. Kanäle 246 ein, bevor sie die zweite Strömungskanal-Auslaßzone 218 durch Portale erreicht, die zweckmäßig mit dem Start der wendelförmigen Nut ausgerichtet sein können. Die Ausrichtung kann durch einen Dowel-Zapfen oder einen Lokalisierzapfen zwischen dem Düsengehäuse 112 und dem äußeren Düsengehäuse 212 erfolgen. Die spiralförmigen Nuten erzeugen für die Schmelze einen wendelförmigen Strömungsweg. Wenn die Schmelze gegen den Einlauf 132 strömt, tritt progressiv mehr und mehr der Schmelze über die Scheitel 248 über, wenn diese in ihrem Spiel zunehmen und die Nutentiefe abnimmt, so daß die wendelförmige Strömung allmählich in eine axiale Strömungsrichtung über die Länge der Nuten 246 geändert wird.
Am Ende des spiralförmigen Nutenabschnittes tritt die Schmelze in den zweiten Strömungskanalabschnitt 251 des Strömungskanals 214 stromabwärts der Nuten 246 über und verläuft dann zur zweiten Strömungskanal-Auslaßzone 218 der Auslaßzone 118, dem Einlauf 132 und dem Formhohlraum 120. Zweckmäßig sind der erste und der zweite Schmelzestrom sequentiell, obwohl, falls erwünscht, gleichzeitige Ströme oder teilweise gleichzeitige Ströme, möglich sind.
Das Ausführungsbeispiel nach 11 ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach 10, außer daß die zweite spiralförmige Nut 246 in der Außenfläche 215 des zweiten Strömungskanals 214 gegenüber der Düsenspitze 124 ausgeformt ist. Außerdem nimmt die zweite Nut 246 in der Tiefe gegen die Auslaßzonen 218 und 118 ab, und die Scheitel 248 haben vergrößertes Spiel gegen die Auslaßzonen 218 und 118.
Das Ausführungsbeispiel nach 11A, das ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach 11 ist, sind die Nuten 246 im äußeren Düsengehäuse 212 in einem separaten Einsatz 213 ausgebildet, der durch einen Lokalisierzapfen 122 und durch die Düsenkappe 125 gehalten ist.
Das Ausführungsbeispiel nach 12 umfaßt einen dritten Strömungskanal 260 in der Einspritzdüse 200. Die Einspritzdüse 200 umfaßt ein Düsengehäuse 212 und eine innere Düse 222. Der erste Strömungskanal 114 für den ersten geschmolzenen Harzstrom umfaßt eine erste Hülse 142, die durch die innere Düse 222 gehalten ist und eine erste spiralförmige Nut 146 bildet. Die zweite innere Düse 224 formt für den zweiten Strom geschmolzenen Harzes eine zweite spiralförmige Nut 246 in dem zweiten Strömungskanal 214. Der dritte Strom geschmolzenen Harzes in dem dritten Strömungskanal 260 in dem äußersten Teil der Düse 200 durch die äußere Hülse 243 ist durch die äußere Düsenspitze 223 und den Lokalisierzapfen 122 gehalten.
Die erste spiralförmige Nut 146 nimmt in der Tiefe gegen die dritte Auslaßzone 318 und die Auslaßzone 118' ab, und die ersten Scheitel 148 nehmen in ihrem Spiel gegen die dritte Auslaßzone 318 und die Auslaßzone 118' zu. Auf ähnliche Weise nimmt die zweite Spiralnut 246 in der Tiefe gegen die Auslaßzonen 318 und 118' ab, und die zweiten Scheitel 248 nehmen in ihrem Spiel gegen die Auslaßzonen 318 und 118' zu. Auch die dritte Spiralnut 346 nimmt in der Tiefe gegen die Auslaßzonen 318 und 118' ab, und die dritten Scheitel 348 nehmen in ihrem Spiel gegen die Auslaßzonen 318 und 118' zu.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 12 können, falls erwünscht, die erste Hülse 142 und die erste Spiralnut 146 relativ weiter stromabwärts von der zweiten Spiralnut als bei den Ausführungsbeispielen der 10 und 11 angeordnet sein. Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 12 strömt geschmolzenes Harz direkt von der ersten Spiralnut 146 in den ersten Strömungskanal 114. Falls erwünscht, sind die Harzströme sequentiell.
Somit verlaufen die Strömungswege für das erste, das zweite und das dritte Harz durch Spiralnuten, die in der Tiefe gegen die Auslaßzonen abnehmen, und über Scheitel nahe den Nuten, die in ihrem Spiel gegen die Auslaßzonen zunehmen, so daß ein wendelförmiger Strömungsweg der Harze durch die entsprechenden Spiralnuten erzeugt wird und ein axialer Strömungsweg der Harze über die entsprechenden Scheitel erfolgt. Außerdem hat die Co-Einspritzdüse nach 12 mit drei (3) Harzen die vorstehend erwähnten beträchtlichen Vorteile der Erfindung, z. B. das Eliminieren der Schweißlinien, die Homogenisierung der Strömung und die gleichmäßige ringförmige Strömungsgeschwindig keit, die zu einer gleichmäßigen Lagenbildung, einem Eliminieren des Dip-Effektes und einer Verminderung der Düsenverlagerung führt.
Das Ausführungsbeispiel nach 12A ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach 12, wobei die dritte Spiralnut 346 an der Innenfläche des Einsatzes 244 gezeigt ist.
Die Ausführungsbeispiele der 13 und 14 zeigen beide, wie beim Ausführungsbeispiel nach 12, eine Co-Einspritzdüse 200 mit drei Strömungskanälen 114, 214 und 260 für drei Ströme geschmolzenen Harzes. Jedoch ist beim Ausführungsbeispiel nach 13 die zweite Spiralnut 246 in der Innenfläche 217 des zweiten Strömungskanals 214 in der inneren Düse 222 mit Scheiteln 248 und Nuten 246 geformt, die dem Düsengehäuse 212 zugekehrt sind. Auch ist die erste Spiralnut 146 im ersten Strömungskanal 114 in einer ersten Hülse 142 geformt, die im vorderen Ende des ersten Strömungskanals 114 durch einen ersten Halter 149 an Ort und Stelle gehalten ist, welcher eine Außenfläche 115 des ersten Strömungskanals 114 bildet.
Beim Ausführungsbeispiel nach 14 ist die zweite Spiralnut 246 in der Außenfläche 215 des zweiten Strömungskanals 214 im Düsengehäuse 212 ausgebildet, wobei die Scheitel 248 und Nuten 246 der inneren Düsenspitze 222 zugekehrt sind.
Unter Bezugnahme auf 15 (in der gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind) ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 300 gezeigt, bei welcher die Mischvorrichtung in einer Einlaufstange 12a einer Spritzgießmaschine installiert ist. Ein torpedoartiger Schmelzemischer 300 ist gezeigt, der eine zylindrische Strömungskanal-Einlaufstange 12a und einen Schmelzeströmungskanal 14 in der Einlaufstange umfaßt. Der Strömungskanal 14a umfaßt eine innere Fläche 15a, eine Einlaßzone 16a zur Aufnahme des geschmolzenen Harzes und eine Auslaßzone 18a zum Überführen des geschmolzenen Harzes weiter stromabwärts in einen Heißkanal 52a.
Der langgestreckte Torpedo 36a ist so ausgebildet, daß er sich nahe der Auslaßzone 18a in den Strömungskanal 14a erstreckt. Der Torpedo 36a hat eine gekrümmte hintere Zone 38a und eine zugespitzte vordere Zone 40a. Der Torpedo ist in dem Strömungskanal 14a durch eine Hülse 42a gehalten, die in das Strömungskanalgehäuse 12a eingesetzt wird. Der Torpedo 36a greift an der Hülse 42a in einer Bindungszone 44a an, die den Torpedo starr an der Hülse durch Schweißen, Löten oder ähnliche Haltemittel festlegt.
Die Außenfläche des Torpedos 36a ist zylindrisch. Die exponierte Fläche der Hülse 42 umfaßt zumindest eine Spiralnut 46a. Da die exponierte Fläche der Hülse 42a zumindest zum Teil die Innenfläche 15a des Strömungskanals 14a bildet, wird zumindest eine Spiralnut 46a in der Innenfläche des Strömungskanals geformt. Außerdem ist die Spiralnut dem Torpedo 36a zugekehrt.
Die Scheitel 48a sind nahe der Spiralnut 46a vorgesehen. Die Nut ist so geformt, daß sie in der Tiefe gegen die Auslaßzone 18a zunimmt. Die Scheitel 48a sind an den Torpedo 36a in einer Bindungszone 44a nahe der Einlaßzone 16a gebunden. Die Scheitel 48a haben ein Anfangsspiel, und das Spiel erhöht sich bezüglich des Torpedos 36a gegen die Auslaßzone 18a. Das Anfangsspiel ist ein optionales Merkmal und beträgt vorzugsweise zumindest 0,05 mm.
Unter Bezugnahme auf 16 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das ähnlich dem nach 15 ist, aber keinen Teil der Erfindung bildet (ähnliche Bezugszeichen werden verwendet, um ähnliche Merkmale anzuzeigen), wobei der Torpedo 36a einen verjüngten Schaft mit einer wendelförmigen Nut hat. Alternativ könnte der Torpedo 36a zylindrisch sein, wobei die Spiralnuten 46a in der Tiefe gegen die Auslaßzone 18a abnehmen. Die Schmelze strömt in eine ringförmige Einlaßzone 16a des Torpedos 36a und tritt dann in die zumindest eine Spiralnut 46a ein, die an der Außenfläche des Torpedos 36a vorgesehen ist. Ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach 15 nimmt die Tiefe der Spiralnut 46a gegen die Auslaßzone 18a ab. Nahe der Nut 46a sind Scheitel 48a vorgesehen, die mit der Hülse 42a in Eingriff stehen, wobei die Höhe der Scheitel 48a gegen die Auslaßzone 18a abnimmt. Der größte Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel, das jedoch keinen Teil der Erfindung bildet, und dem Ausführungsbeispiel nach 15 besteht darin, daß die Lage der Spiralnut 46a an der Außenseite des Torpedos 36a ist, wobei sie der flachen zylindrischen Fläche der Hülse 42 zugekehrt ist. Alternativ könnte die zylindrische Fläche der Hülse 42a verjüngt sein, um einen sich allmählich ändernden Spalt mit den Scheiteln 48a zu bilden.
Unter Bezugnahme auf 17 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich den vorher diskutierten Ausführungsbeispielen gemäß den 15 und 16, wobei der größte Unterschied darin besteht, daß eine zweite Spiralnut 58a in der Innenfläche der Hülse 42a geformt ist, wobei die zweite Spiralnut dem Torpedo 36a zugekehrt ist, wobei die zweiten Scheitel 60a nahe der zweiten Spiralnut 58a vorgesehen sind. Die Scheitel 48a sind nahe den zweiten Scheiteln 60a vorgesehen, wobei der Spalt zwischen den Scheiteln 48a und 60a gegen die Auslaßzone 18a zunimmt. Die zweite Spiralnut 58a ist nahe der Spiralnut 48a angeordnet, wodurch eine fortlaufende Spiralnut für die Schmelze gebildet wird, wenn diese gegen die Auslaßzone 18a wandert.
Unter Bezugnahme auf 18 kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel 300 der vorliegenden Erfindung an vielen Stellen innerhalb einer Spritzgießmaschine und eines Heißkanalsystems installiert werden. Da die größten Strömungsungleichheiten durch das Aufteilen der nicht-homogenen Schmelze innerhalb des Heißkanals 52a verursacht werden, wirkt die vorliegende Erfindung am besten, wenn sie stromaufwärts jedes Zweiges in der Spritzgießmaschine installiert ist. Der Mischer gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht die Schmelzehomogenität, bevor eine Teilung auftritt, wodurch das Vorhandensein irgendwelcher Strömungsungleichheiten reduziert wird. Die Reduktion der Strömungsungleichheiten, wie vorstehend erörtert, reduziert die Gefahr, daß Schweißlinien in dem Produkt auftreten, und stellt ein gleichmäßiges Füllen der Formhohlräume sicher.
Die vorliegende Erfindung hat viele Vorteile. Tests haben gezeigt, daß die vorliegende Erfindung Schweißlinien eliminiert, eine homogene Schmelze erzeugt und rasche Farbänderungen sowie stärkere geformte Teile, insbesondere in der Einlaufzone, ermöglicht.
Signifikante Merkmale der vorliegenden Erfindung umfassen die spiralförmigen Strömungskanäle mit ihrer abnehmenden Tiefe und ihrem zunehmenden Scheitelspiel. Das Anfangsspiel mit einer endlichen Länge minimiert oder eliminiert mögliches hängengebliebenes Material am Beginn des Spieles. Das Anfangsspiel ist ein signifikantes Merkmal für Farbänderungsleistung und ermöglicht ein Spülen irgendwelchen Harzes, das in den Toträumen hängengeblieben ist, die zwischen den Spiralnuten gebildet werden. Im Falle der Abwesenheit des Anfangsspieles füllt das Harz einen Teil des kleinen Spieles und bleibt dann dort wäh rend einer längeren Zeitspanne hängen, wodurch Farbänderungen sehr langwierig werden. Das Harz kann auch hängenbleiben, bis es sich abbaut und in den Schmelzestrom zurückleckt. Die vorliegende Erfindung eliminiert oder minimiert wesentlich Strömungslinien, insbesondere, wenn kein Anfangsspiel vorhanden ist. Wenn aber ein abruptes definitives Spiel am Ende des Kontaktes zwischen den Scheiteln und dem Schaft vorhanden ist, ist es möglich, daß ein Teil der Schmelzestromes in dem Umfang zwischen den Nuten strömt, um die Toträume zu reinigen. Außerdem wird ein Entspannungsraum stromabwärts der spiralförmigen Kanäle geschaffen. Die vorliegende Erfindung eignet sich auch zur Verwendung sowohl mit stiftförmigen Torpedos, Schaftführungstorpedos und Gleitventilschaft-Konfigurationen und ist besonders vielseitig.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, die lediglich illustrativ für die beste Ausführungsform der Erfindung sind und die Modifikationen hinsichtlich der Form, Größe, Anordnung von Teilen und Betriebsdetails unterliegen können. Die Erfindung soll vielmehr alle diese Modifikationen umfassen, die durch die Ansprüche definiert sind.

Claims

Schmelzestrommischer für eine Spritzgießmaschine, die geformte Teile erzeugt, welche eine Kernseitenfläche und eine Hohlraumseitenfläche haben, wobei der Mischer aufweist: einen Strömungskanal (14) mit einem langgestreckten Element (36), das in dem Strömungskanal (14) angeordnet ist, wobei der Strömungskanal eine Auslaßzone (18) hat; eine erste Spiralnut (46), die auf einer Oberfläche in dem Strömungskanal (14) vorgesehen ist, wobei die erste Spiralnut (46) gegen die Auslaßzone (18) hin in der Tiefe abnimmt, und wobei durch Bereiche zwischen der ersten Spiralnut (46) Stege (48) definiert werden, wobei das Spiel der Stege gegen die Auslaßzone (18) hin zunimmt, derart, daß ein Harzstrom, der im Betrieb in die Schmelzvorrichtung eingebracht wird, durch die erste Spiralnut (46) wendelförmig und über die Stege (48) axial wird, um eine Harzverteilung zu bewirken, wenn der Strom zwischen der Oberfläche und dem langgestreckten Element (36) und von der Auslaßzone (18) heraus strömt; dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spiralnut (46) dem langgestreckten Element (36) zugekehrt ist, wobei die Orientierung der ersten Spiralnut das Aussehen der Hohlraumseitenfläche eines geformten Teiles verbessert, der während eines Formungszyklus der Spritzgießmaschine geformt wird, indem die Harzverteilung und die Verteilung der Schweißlinien oder -fehler in dem geformten Teil gegen die Kernseitenfläche bewirkt wird.
Schmelzemischvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine zweite Spiralnut, die an dem langgestreckten Element (36) vorgesehen ist; wobei die erste Spiralnut (46) mit der zweiten Spiralnut ausgerichtet ist, um die Kernseitenfläche des geformten Teiles weiter zu verbessern.
Mischer nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das langgestreckte Element (36) eines von folgenden ist: ein Torpedo; ein beweglicher Ventilschaft (74) der im Betrieb den Strom des Harzes steuert; und eine Ventilschaftführung (116).
Mischer nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem der Schmelzeströmungskanal (14) in einem von folgenden angeordnet ist: einem Einlaufeinsatz (30); einer Einlaufstange (12a); und einem Heißkanalverteiler.
Mischer nach Anspruch 4, bei welchem der Einlaufeinsatz (30) in einem Heißkanalverteiler vorgesehen ist.
Mischer nach Anspruch 4, bei welchem der Heißkanalverteiler in einer Form vorgesehen ist.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Oberfläche in dem Strömungskanal (14) ist: eine Innenfläche des Strömungskanals (14); oder eine Oberfläche eines Einsatzes (42), der in dem Strömungskanal angeordnet ist; oder eine Oberfläche einer Düsenspitze (22'), die mit dem Strömungskanal (14) ausgerichtet ist.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen ersten ringförmigen Abschnitt (50) stromabwärts der ersten Spiralnut (46) aufweist, um Spannungen in dem Harz abzubauen.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen zweiten ringförmigen Abschnitt (52) stromabwärts des ersten ringförmigen Abschnittes (50) aufweist, um Dickenvariationen in dem Harz zu reduzieren.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste Spiralnut (46) im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt hat.
Mischer nach Anspruch 2, bei welchem die erste und zweite Nut (46) im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt haben.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Teil der Stege (48) an das langgestreckte Element (36) gebunden ist, und das Spiel der Stege (48) bezüglich dem langgestreckten Element (36) gegen die Auslaßzone (18) zunimmt.
Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Anfangsspiel zwischen dem langgestreckten Element (36) und den Stegen (48) zumindest 0,05 mm beträgt.
Mischer nach Anspruch 1 oder 2, der ferner eine Düsenspitze (58) und einen Düsenspitzerhalter (60) aufweist, wobei der Düsenspitzenhalter (60) in die Düsenspitze (58) eingreift und die Düsenspitze (58) in dem Schmelzeströmungskanal (14) festlegt.
Mischer nach Anspruch 14, der ferner einen Einlaufeinsatz (30) nahe der Auslaßzone (18) aufweist, welcher eine Rührzone (28) bildet, wobei der Düsenspitzenhalter (60) eine Dichtung mit der Rührzone (28) bildet.
Mischer nach Anspruch 1 oder 2, der ferner zumindest zwei Schmelzeströmungskanäle (14, 214) aufweist, wobei zumindest Mischer in getrennten Schmelzeströmungskanälen (14, 214) vorgesehen sind.
Verfahren zum Einspritzen und Mischen einer Materialschmelze in eine Form zur Bildung eines geformten Teiles mit einer Kernseitenfläche und einer Hohlraumseitenfläche, wobei das Verfahren umfaßt: Erzeugen eines Materialschmelzestromes in einem Schmelzeströmungskanal (14); Lenken des Schmelzestromes um ein langgestrecktes Element (36) herum, das in dem Strömungskanal (14) vorgesehen ist; wendelförmiges Umlenken des Materialschmelzestromes um zumindest eine Spiralnut (46); und intermittierendes Aussetzen des wendelförmigen Stromes den Stegzonen (48), die durch die Bereiche zwischen der Spiralnut (46) gebildet sind, um ein axiales Umlenken des Materialschmelzestromes in diesen Zonen der Stege (48) zu induzieren, wobei das Spiel der Stege (48) gegen die Auslaßzone (18) zunimmt; und Überführen der Schmelze durch den Auslaß in einen Hohlraum einer Form; dadurch gekennzeichnet, daß das wendelförmige Umlenken entlang einer Innenfläche (42) des Schmelzeströmungskanals (16) erfolgt, welche dem langgestreckten Element (36) gegenüberliegt, wobei die Orientierung der ersten Spiralnut (46) die Verteilung des Harzes in der Form bewirkt, um eine Verteilung der Schweißlinien oder -fehler gegen die Kernseitenfläche des geformten Teiles zu bewirken, um das Aussehen der Hohlraumseitenfläche des geformten Teiles zu verbessern.
Verfahren zum Einspritzen und Mischen einer Materialschmelze in eine Form zur Bildung eines geformten Teiles gemäß Anspruch 17, wobei das wendelförmige Umlenken des Materialschmelzestromes den Schmelzestrom wendelförmig um eine zweite Spiralnut (96) umlenkt, die an dem langgestreckten Element vorgesehen und mit der ersten Spiralnut (46) ausgerichtet ist.