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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Spritzgießen von
Kunststoffmaterial. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf eine Vorrichtung zum Abdichten der Grenzfläche zwischen zwei Kanälen, die
in Verbindung miteinander in einer Spritzgießform angeordnet sind und durch
welche erhitztes geschmolzenes Harz unter hohem Druck ohne Lecken
zu den Formhohlräumen in
einem zyklischen Betrieb transportiert wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Verhindern eines Leckens des heißen und unter Druck stehenden
geschmolzenen Harzmaterials stellt eine Hauptherausforderung bei
der Konstruktion einer Spritzgießmaschine oder einer Spritzgießform dar.
Eine kritische Leckzone in einer Spritzgießmaschine ist beispielsweise
zwischen der Maschineneinspritzdüse
und der Eingießbuchse
vorhanden. In einer Spritzgießmaschine
tritt häufig
Lecken zwischen dem Verteiler und den Formdüsen oder an der Grenzfläche zwischen
der Formdüse
und dem Formhohlraum auf.
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Spritzgießverteiler
werden üblicherweise
aus einem massiven Kanalblock hergestellt, der mit den Einspritzdüsen in Verbindung
steht, welche nahe den Formhohlräumen
angeordnet sind. Das Lecken des geschmolzenen Harzmaterials an der
Grenzfläche zwischen
dem Kanalblock und der Einspritzdüse stellt beispielsweise ein
Hauptproblem infolge des hohen Druckes des erhitzten fließenden geschmolzenen
Harzes und der relativ unterschiedlichen Wärmeexpansion des Materials
dar, welches den Block bildet, wodurch dieser quer zu den Einspritzdüsen gleitet.
Ein Abdichten der Fluidgrenzfläche
zwischen den Innenkanälen,
die in dem Block oder Verteiler ausgebildet sind, und der Einspritzdüse stellt
ein signifikantes Konstruktionsproblem dar, speziell wenn in Betracht
gezogen wird, dass der Einspritzvorgang stillgesetzt werden muss,
falls ein Lecken auftritt.
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Der
Stand der Technik lehrt mehrere Abdichtverfahren und -elemente,
die entwickelt worden sind, diese lösen aber das Leckproblem, speziell
an der Grenzfläche
zwischen dem Verteiler und der Formdüse, nicht in zufriedenstellender
Weise. Zusätzlich gestattet
der Stand der Technik große
Druckkräfte
innerhalb der Spritzgießverteiler,
was die Verwendung von dicken Stahlplatten und zahlreichen strukturellen Befestigungseinrichtungen
erfordert.
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Bekannte
Entwurfskonzepte von Spritzgießformen
wenden eine kleine Vorbelastung zwischen dem Verteiler und der Düse in kaltem
Zustand an. Diese kleine Vorbelastung begleitet die inhärente Wärmeexpansion
des Verteilers, um einen ausreichenden Druck zwischen den Teilen
aufrechtzuerhalten, so dass eine Abdichtung zwischen dem Verteiler und
der Düse
oder zwischen anderen Kanälen
in dem System während
des Betriebes erhalten bleibt. Während
jedoch eine zu geringe Kompression in einem Lecken des Kunststoffes
resultiert, verursacht eine extreme Kompression entweder ein permanentes
Setzen des Verteilerstahles oder eine Beschädigung des Düsengehäuses. Während des
Betriebes können
Kräfte
zwischen dem Verteiler und der Düse von über 44.482–62.275
N (10.000–14.000
Pfund) für
jede Düse
auftreten. Diese großen
Kräfte
erfordern die Verwendung massiver Stahlblöcke und zahlreicher hochfester
Befestigungseinrichtungen innerhalb einer Spritzgießmaschine.
Zusätzlich
reduziert der verlängerte
und zyklische Spritzgießvorgang
die Wirksamkeit der Vorbelastung, wodurch die Gefahr eines Leckens
vergrößert wird.
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Verschiedene
Verbesserungen an diesem Entwurfskonzept sind entwickelt worden,
die verschiedene Verfahren und Mittel anwenden, um ein Lecken des
Kunstharzes zu verhindern.
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Das
US-Patent 3,849,048 an Bielfeldt zeigt eine hydraulisch betätigte Abstützung, welche
das kalte Spiel aufnimmt, um ein Lecken zu verhindern. Dieser Kolben
wirkt wie eine Feder. Innerhalb des Gehäuses ist ein zweiter hydraulischer
Kolben vorgesehen, der den Ventilschaft antreibt. Der Düsenkörper ist
in den Verteilereinsatz eingeschraubt und expandiert deshalb thermisch
seitlich, wenn der Verteiler expandiert. Die enge Nähe des entflammbaren Hydrauliköles zu dem
erhitzten Verteiler stellt bei dieser Konstruktion ein großes Brandrisiko
dar, nachdem die Dichtungen abgenützt sind.
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Das
US-Patent 3,716,318 an Erik zeigt ein kombiniertes Düsen-/Verteilerbuchsenstück, welches
durch den Verteiler von der Unterseite her eingesetzt ist und durch
eine Gewinde-Abstützung gehalten
wird. Diese Konstruktion ist ebenfalls nachteilig, weil die Düsenanordnung
mit dem Verteiler seitlich wandern muss, wenn dieser thermisch expandiert.
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Das
US-Patent 3,252,184 an Ninneman zeigt ein Verteilerbuchsenstück, das
durch den Verteiler eingesetzt ist und an dem Ende des Düsenkörpers anliegt.
Da der Düsenkörper mit
dem Verteiler verbolzt ist, muss er seitlich wandern, wenn der Verteiler
thermisch expandiert.
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Das
US-Patent 3,023,458 an Seymour zeigt eine einstückige Verteilerbuchse und einen
Düsenkörper, der
durch den Verteiler eingesetzt ist. Der Ventilschaft wird durch
eine Feder geschlossen und über
den Einspritzdruck geöffnet.
Das Düsenende der
Buchse scheint in einer Ausnehmung der Formhohlraumplatte angeordnet
zu sein und kann offensichtlich die seitliche Wärmeexpansion der Verteilerplatte
bezüglich
der Hohlraumplatte nicht aufnehmen. Tatsächlich tritt ein Biegen auf,
was dazu führen würde, dass
der Ventilschaft gebogen wird.
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Das
US-Patent 5,896,640 an Lazinski et al. lehrt ein ringförmig geformtes
Wärmeexpansionselement,
das eine verbesserte Abdichtung an der Grenzfläche zwischen dem Verteiler
und dem Düsenkörper schafft.
Dieses ringförmige
Element weist eine winkelförmige
federartige radiale Fläche
auf, die mit der Unterseite der Düsenkörperschulter eine Grenzfläche hat,
wodurch das Dichtungsdruckprofil an den zusammenwirkenden Flächen verbessert
wird. Diese Vorrichtung schafft zwar ein verbessertes Druckprofil für die Dichtung
nahe dem Kanal, erzeugt aber noch immer große Druckkräfte, welche die Verwendung von
großen
Verteilerstrukturen erfordern.
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Das
US-Patent 4,588,367 an Schad lehrt ein Wärmeexpansionselement zum Abdichten
des Harzstromes durch die Grenzfläche zwischen dem Verteilerkanal
und der Einspritzdüse,
oder ein Wärmeexpansionselement
mit einem Hinterschnitt, um ihm zusätzliche elastische Dichtungseigenschaften
zu erteilen, oder ein Wärmeexpansionselement
mit einem Federelement zur Verbesserung der Dichtungseigenschaften
durch Hinzufügen
eines elastischen Merkmales. Das Wärmeexpansionselement gestattet
eine Relativbewegung zwischen dem Verteiler, dem Wärmeexpansionselement
und der Düse.
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Das
US-Patent 5,374,182 an Gessner wendet eine Feder an, die auslenkt,
wenn der Düsenkörper und
ein Abstützungs-Luftkissen
infolge der Erhöhung
der Temperatur expandieren. Die Dichteinrichtung wendet Belleville-artige
Scheibenfedern an, die in einer Isolierbuchse zusammengebaut sind.
Wenn sich der Verteiler erhitzt, absorbiert das Scheibenfederpaket
die Wärmeexpansion
und verhindert eine Überbeanspruchung
des Düsengehäuses oder
ein Setzen der Verteilerstahlplatte. Diese Konstruktion schafft
eine verbesserte Antilecklösung
in vielen Situationen, wo der Einspritzdruck relativ klein ist.
Das Scheibenfedersystem des '182-Patentes
belastet den Flansch des Düsengehäuses ausschließlich in axialer
Richtung senkrecht zur Grenzfläche
zwischen der Düse
und der Verteilerplatte. Durch Vorsehen einer axialen Dichtungskraft
zeigt das Profil der Dichtungsbeanspruchung eine signifikante Abnahme
gegen den Schmelzenkanal hin relativ zur Spitze, die am Berührungspunkt
zwischen der Feder und der Düse
erreicht wird. Im Falle, dass der Einspritzdruck höhere Werte
er reicht, verhindert aber diese Ausbildung ein Lecken des geschmolzenen
Kunstharzes aus dem Durchgang heraus nicht wirksam.
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Das
US-Patent 5,507,637 an Schad et al. lehrt einen Dichtungsklemmring,
der an dem Verteiler befestigt ist und den Düsenkörper umgibt, welcher ein Lecken
des Harzes aus der Grenzfläche
zwischen dem Verteiler und der Düse
verhindert. Ein bestimmtes seitliches Spiel, das zwischen dem Klemmring
und der Düse
verbleibt, gestattet dem Verteiler und dem Klemmring seitwärts zu gleiten,
ohne die Ausrichtung der Düsenspitze
bezüglich
des Formventils zu beeinträchtigen.
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Die
Konstruktionskonzepte der zitierten Patente stellen einen signifikanten
Fortschritt dar und wenden eine gleitende Grenzfläche zwischen
dem Verteiler und dem Düsengehäuse an.
Wenn sich der Verteiler erhitzt und expandiert, gleitet er auch
quer zu den Düsengehäusen, die
in den Gegenbohrungen der Hohlraumplatte gehalten sind. Dies gestattet
eine Beibehaltung der ordnungsgemäßen Ausrichtung der Düsenspitzenlage
mit der Formöffnung,
unabhängig von
der Temperatur des Verteilers. Bei einer gleitenden Grenzfläche zwischen
der Düse
und dem Verteiler ist es jedoch schwierig, die Grenzfläche zwischen den
Kanälen
und den beiden Teilen unter Verwendung der in diesen Druckschriften
offenbarten Dichtungsmitteln vollständig abzudichten, und man kann eine
Dichtungsspannungsverteilung, die ihren Scheitel nahe den Kanälen hat,
nicht leicht erzeugen. Zusätzlich
beruhen all diese Beispiele des Standes der Technik auf der Verwendung
von hohen Kräften,
die durch ihre Federn oder federartigen Strukturen erzeugt werden,
um sicherzustellen, dass die Grenzflächenabdichtung über einen
weiten Temperaturbereich effektiv ist, wodurch die Gefahr eines
Leckens an der Grenzfläche
vermieden wird. Diese großen Kräfte bedeuten,
dass die Struktur der Form und des Verteilers so konstruiert sein
muss, dass sie Lasten zwischen 44.482 und 62.275 N (10.000–14.000 Pfund)
pro Düse
standhalten kann.
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Dementsprechend
ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Abdichten der Grenzfläche
zwischen den beiden Kanälen
einer Spritzgießvorrichtung,
speziell zwischen einem Einspritz-Düsenkanal und einem Verteiler-Heißkanal,
zu schaffen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der vorstehend erwähnten Art
zu schaffen, die eine Dichtungsspannungsverteilung erzielt, deren
Scheitel nahe den Kanälen
oder Durchgängen
liegt.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der vorstehend erwähnten Art
zu schaffen, welche die Kräfte
zwischen dem Düsenkörper und
dem Verteiler reduziert, wodurch die strukturellen Anforderungen
an den Verteiler reduziert werden und eine Verringerung der Größe und Anzahl
von Befestigern erzielt wird, die zur Herstellung der Spritzgießmaschine
erforderlich sind.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der vorerwähnten
Art zu schaffen, die eine verläßlichere
Abdichtung gewährleistet,
welche imstande ist, der zyklischen Natur des Spritzgießens zu
widerstehen, wodurch die Maschinenwartungszeiten reduziert werden
und die gesamte Maschinenwirksamkeit erhöht wird.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der vorerwähnten
Art zu schaffen, die ein kostengünstigeres
Mittel zum Abdichten der Grenzfläche
zwischen dem Düsenkörper und
dem Verteiler bietet, wodurch die Maschinenherstellung und die Wartungskosten
reduziert werden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die vorstehenden Aufgaben und Vorteile leicht erreicht.
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie im Anspruch 1 beschrieben
ist, dichtet die Grenzfläche
zwischen den beiden Kanälen
einer Spritzgießvorrichtung
ab, die zwei aneinandergrenzende Kanäle zum Transportieren von geschmolzenem
Kunststoff unter Druck aufweist, mit einer Grenzfläche zwischen
den Kanälen,
und Mittel zum Abdichten der beiden aneinandergrenzenden Kanäle, die
dahingehend wirksam sind, dass sie eine ringförmige Dichtungskraft auf die
Grenzflächenzone ausüben. Die
Vorrichtung umfasst insbesondere eine Einspritzdüse mit einem Kanal, wobei der
Einspritz-Düsenkanal
der erste der aneinandergrenzenden Kanäle ist, und ein Heißkanalverteiler
mit einem Kanal an die Düse
angrenzt, wobei der Verteilerkanal der zweite der aneinandergrenzenden
Kanäle
ist. Insbesondere hat die Dichtungsspannungsverteilung ihren Scheitel
nahe den Kanälen
und der Grenzfläche.
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird aus den folgenden illustrativen Zeichnungen
leichter verständlich,
in denen zeigen:
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1 einen Schnitt eines bevorzugten
Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung;
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2 einen vergrößerten vereinfachten Schnitt
des bevorzugten Ausführungsbeispieles
im Bereich der Dichtgrenzfläche;
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3 einen Schnitt des bevorzugten
Ausführungsbeispieles
in einer Version ohne Ventilverschlusseinrichtung;
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4 einen Schnitt des Versagensmodus des
Standes der Technik mit einer Dichtungsdruckverteilung nach dem
Stand der Technik;
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5 einen Schnitt des bevorzugten
Ausführungsbeispieles
mit einer konischen Oberfläche und
einer verbesserten Dichtungsdruckverteilung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In 1 ist ein Heißkanal-Ventilverschlußsystem
für das
Einspritzen von Kunststoffmaterial 100 in eine Form od.
dgl. dargestellt. Das System umfasst eine Trägerplatte 102 und
eine Verteilerplatte 104. Das System weist ferner eine
Düsenanordnung 108 zum
Einführen
von geschmolzenem Kunststoffmaterial in eine Form (nicht gezeigt)
und eine Verteiler/Buchsenanordnung 110 zum Herstellen
einer Verbindung für
das Kunststoffmaterial von einer Quelle (nicht gezeigt) zur Düsenanordnung 108 auf. Ein
Verteilererhitzer 139 ist in einen Verteiler 138 eingesetzt
und erhitzt dadurch den Verteiler 138, der seinerseits
den strömenden
Kunststoff innerhalb eines Schmelzenkanals 142 und eines
Buchsenkanals 144 erhitzt.
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Wie 1 zeigt, besteht die Düsenanordnung 108 aus
einem Düsenkörper 112,
einer Spitze 114, einem Düsenerhitzer 116, Federmitteln 118 und einem
Düsenisolator 113.
Der Zweck der Federmittel 118 wird nachfolgend erläutert. Der
Düsenkörper 112 ist
typischerweise aus Stahl hergestellt, während die Spitze 114 aus
irgendeinem geeigneten hochwärmeleitenden
Material gebildet ist, das aus dem Stand der Technik bekannt ist,
wie Beryllium/Kupfer. Der Düsenkörper 112 hat
einen Axialkanal 120, durch welchen das geschmolzene Kunststoff material strömt. Die
Spitze 114 umgibt einen Endabschnitt des Axialkanals 120.
Falls erwünscht,
kann die Düsenspitze 114 eine
Hülle 122 zur
Wärmeisolierung
des stromabwärtigen
Endes der Düsenspitze 114 aufweisen.
Die Hülle 122 kann
aus einem Kunstharzmaterial gebildet sein, das vorfabriziert sein
kann. Alternativ kann die Hülle 122 aus
dem Überfließen von
eingespritztem Harz während
des ersten Arbeitszyklus oder den ersten Arbeitszyklen geformt werden.
Der Düsenisolator 113 wird
innerhalb eines Hohlraumes der Verteilerplatte 104 eingebaut
und bewirkt eine Reduzierung der Wärmeverbindung zwischen dem Düsenkörper 112 und
der Verteilerplatte 104, wodurch die hohe Temperatur des
geschmolzenen Kunststoffmaterials aufrechterhalten wird, während dieses
durch den Axialkanal 120 strömt. Der Düsenisolator 113 kann
aus irgendeinem geeigneten Isoliermaterial geformt werden, typischerweise
aus Titan, wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist.
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Der
Düsenerhitzer 116 kann
irgendein geeigneter elektrischer Erhitzer sein, der aus dem Stand der
Technik bekannt ist, dem Strom über
ein Kabel 124 zugeführt
wird. Wie 1 zeigt, umgibt
der Düsenerhitzer 116 einen
Teil des Düsenkörpers 112.
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Ein
Ventilschaft 126 ist vorgesehen, um ein Öffnen und
Schließen
des Verschlusses 128 im Düsenkörper 112 zu ermöglichen.
Der Ventilschaft 126 kann aus einem Stahlstab geformt werden,
der sich durch einen Durchgang 129 in der Buchse 130 und
in den Düsenkörper 112 erstreckt.
Wie aus 1 hervorgeht,
passt der Durchgang 129 mit dem Schmelzenkanal 144 in
der Buchse 130 zusammen. Das Ende des Ventilschaftes 126 gegenüber dem
Verschluss 128 ist durch eine Stellschraube 132 mit
einem Kolbenkopf 131 verbunden.
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Der
Kolbenkopf 131 ist innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 135 angeordnet,
das aus ersten und zweiten Endwänden 133 und 134 gebildet
ist. Ein Hub des Kolbenkopfes 131 nach unten bewirkt, dass sich
der Ventilschaft 126 in eine Position bewegt, in welcher
er die Querschnittsfläche
des Verschlusses 128 verschließt oder reduziert, um die Strömung des geschmolzenen
Kunststoffmaterials einzuschränken. Ein
Hub des Kolbenkopfes 131 nach oben bewirkt, dass sich der
Ventilschaft 126 bewegt, um die Strömung des geschmolzenen Kunststoffmaterials
durch den Verschluss 128 zu erhöhen.
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Wie
vorher erwähnt,
umfasst das Ventilverschlußsystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung auch eine Verteiler/Buchsenanordnung 110, die
aus einem Verteiler 138 und einer Buchse 130 besteht. Der
Verteiler 138 ist durch eine Verteilerplatte gebildet,
die zwischen den Platten 102 und 104 angeordnet
ist, aber von diesen durch einen Luftspalt 140 getrennt
ist. Die Trägerplatte 102 ist
an der Verteilerplatte 104 durch eine Vielzahl von hochfesten
Bolzen 107 starr befestigt, die großen Zugkräften widerstehen müssen, welche
während
des zyk lischen Formungsvorganges erzeugt werden. Der Verteiler umfasst
den Schmelzenkanal 142, welcher einen Teil des Heißkanalsystems
zum Transport des geschmolzenen Kunststoffmaterials von einer Quelle
(nicht gezeigt) zudem Verschluss 128 bildet, welcher der
entsprechenden Form bzw. den Formen zugeordnet ist. Der Verteiler
umfasst ferner eine Bohrung 143, in welche die Buchse 130 eingesetzt
ist. Der Verteiler 138 kann aus irgendeinem geeigneten
Metall oder einem wärmeleitenden
Material, wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist, gebildet
sein. Der Verteilererhitzer 139 ist dem Stand der Technik
gut bekannt und umfasst typischerweise einen Draht-/Keramik-Widerstanderhitzer
mit einem zylindrischen Querschnitt, der in einer Nut des Verteilers 138 sitzt.
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Die
Buchse 130 umgibt einen Teil des Ventilschaftes 126.
Die Buchse 130 ist aus irgendeinem geeigneten Material
gebildet, das aus dem Stand der Technik bekannt ist (üblicherweise
Stahl) und ist so ausgebildet, dass sie durch den Verteiler 138 von
der Unterseite her eingesetzt werden kann. Wie 1 zeigt, passt der Buchsenkanal 144 in
der Buchse 130 mit dem Schmelzenkanal 142 im Verteiler 138 und dem
Axialkanal 120 in der Düsenanordnung 108 zusammen.
Einer oder mehrere Zapfen 146 sind vorgesehen, um die Ausrichtung
des Verteilers 138 und der Buchse 130 zu erleichtern,
damit die Kanäle 142 und 144 axial
ausgerichtet gehalten werden.
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Die
Buchse 130 hat einen unteren Teil 148, der zwischen
der Unterseite des Verteilers 138 und einer oberen Fläche 150 des
Düsenkörpers 112 angeordnet
ist. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist die obere
Fläche 150 nicht
flach, sondern hat typischerweise ein konisches oder kugelförmiges Profil, wodurch
eine nicht-flache Dichtgrenzfläche 151 gebildet
wird. Diese einzigartige Struktur schafft eine Druckverteilung,
die den Dichtungsdruck nahe dem Buchsenkanal 144 und dem
Axialkanal 120 konzentriert. Diese verbesserte Druckverteilung
gestattet eine verläßliche Kunststoffabdichtung
an der Grenzfläche
des Düsenkörpers 112 und
der Buchse 130. Zusätzlich
gestattet die konzentriertere Dichtungskraft, eine Reduzierung der
Druckkräfte
zu erzielen, um eine verläßliche Kunststoffabdichtung
zu schaffen. Die reduzierte Druckkraft ergibt eine Verringerung
der Größe der Trägerplatte 102 und
der Verteilerplatte 104 sowie eine Verringerung der Größe und Anzahl
der Bolzen 107.
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Die
Buchse 130 hat ferner einen zentralen Teil 152,
dessen Außendurchmesser
im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Bohrung 143 des Verteilers 138 ist.
Ferner hat die Buchse einen oberen Teil 154, der entlang
zumindest eines Teiles seiner Erstreckung mit einem Gewinde versehen
ist.
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Wie
in 1 gezeigt ist, erstreckt
sich der obere Teil 154 der Buchse 130 durch eine Öffnung 156 in
einer Abstützung 136.
Ein Bolzen 158 ist vorgesehen, um die Buchse 130 mit
der Abstützung 136 mechanisch
zu verbinden. Die Abstützung 136 wirkt dahingehend,
die Wärmeverbindung
zwischen der Trägerplatte 102 und
dem Verteiler 138 zu reduzieren, wodurch der geschmolzene
Kunststoff auf einer erhöhten
Temperatur gehalten wird. Eine Abdichtung 159 ist vorgesehen,
um die Möglichkeit
eines Leckens des Kunststoffmaterials am Umfang der Bohrung 143 weiter
zu reduzieren. Die Dichtung 159 besteht typischerweise
aus einem wärmeresistenten Material
wie Stahl.
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Die
Federmittel 118 werden abgelenkt, wenn der Düsenkörper 112 und
die Abstützung 136 infolge von
Temperaturerhöhungen
expandieren. Gemäß der vorliegenden
Erfindung bewirken die Federmittel 118 eine Federwirkung
in der Düsenanordnung 108. Es
sei jedoch bemerkt, dass irgendeine Wirkung, die von den Federn 118 auf
den Düsenkörper 112 ausgeübt wird,
vollständig
unabhängig
von irgendeiner Abdichtwirkung zwischen der Verteilerbuchse 130 und dem
Verteiler 138 und zwischen der Verteilerbuchse 130 und
der Abstützung 136 ist.
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In 2 ist ein vergrößerter Querschnitt
der nicht-flachen Dichtgrenzfläche 151 zwischen
der Buchse 130 zu dem Verteiler 138 gezeigt. Bei
dieser Ausführung
ist die Verteiler/Buchsenanordnung 110 entfernt, und der
Düsenkörper 112 sitzt
direkt am Verteiler 138.
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3 zeigt ein Heißkanalsystem
ohne Verschlußventil
zum Einspritzen von Kunststoffmaterial in eine Form od. dgl. Dieses
System arbeitet im wesentlichen ähnlich
wie das in 1 gezeigte
System, außer
dass der Mechanismus zum Öffnen
und Schließen
des Ventils 128 an der Spitze 114 entfernt ist.
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Der
Leser wird bemerken, dass bei einem solchen Verschlußsystem
ohne Ventil nach 3 die Verteiler/Buchsenanordnung 110 gemäß 1 ebenfalls entfernt ist.
Bei dieser Ausführung
sitzt die obere Fläche 150 des
Düsenkörpers 112 direkt
am Verteiler 138.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat die obere Fläche 150 eine
nicht-flache Oberfläche,
derart, dass die Grenzfläche
zwischen dem Düsenkörper 112 und
dem Verteiler 138 unmittelbar nahe dem Schmelzenkanal 142 und
dem Axialkanal 120 auftritt. Die nicht-flache Oberfläche könnte konisch,
kugelförmig
od. dgl. sein. Diese einzigartige strukturelle Anordnung erzeugt
einen konzentrierten Dichtungsdruck, dessen Scheitel nahe dem Punkt
eines möglichen
Leckens ist, während
er gleichzeitig die Größe der Druckkräfte reduziert,
die innerhalb des gesamten Systems zur Leckverhinderung erforderlich
sind.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist
ein typisches Versagen nach dem Stand der Technik gezeigt. Die Dichtungsdruckverteilung 160 nach
dem Stand der Technik wird erzeugt, wenn die flache obere Fläche 150 gegen
die im wesentlichen flache Fläche
des Verteilers 138 gedrückt
wird. Die Dichtungsdruckverteilung 160 ist nahe dem Schmelzenkanal 142 und
dem Axialkanal 120 am niedrigsten. Der hohe Druck des geschmolzenen
Kunststoffes, der in den Kanälen 142 und 120 strömt, bewirkt
eine Verformung der Dichtungsgrenzfläche gemäß
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4 infolge eines verringerten
Dichtungsdruckes an der Grenzfläche,
und ein Lecken des geschmolzenen Kunststoffes tritt auf.
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Es
wird nun auf 5 Bezug
genommen, die allgemein den Düsenkörper 112 mit
einer konischen oberen Fläche 150 zeigt.
Diese Anordnung überwindet
den Versagensmodus nach 4,
indem eine verbesserte Dichtungsdruckverteilung 162 erreicht wird,
die ihren Spitzendichtungsdruck nahe dem Schmelzenkanal 142 und
dem Axialkanal 120 hat. Ein inniger Oberflächenkontakt
in dieser Zone dichtet die kleinen Unvollkommenheiten zwischen den
zusammenwirkenden Flächen
ab, wodurch die Möglichkeit
eines Dichtungsversagens gemäß 4 reduziert wird.
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Das
Vorsehen einer kugelförmigen
oberen Fläche 150 statt
der konischen Fläche
hat den zusätzlichen
Vorteil, dass die Last allmählicher
verteilt wird, wenn die Kraft aufgebracht wird, jedoch ist die Produktion
noch immer sehr teuer. Ein Computermodell und eine Analyse sagen
vorher, dass eine konische Fläche
beschrieben werden kann, die dem idealen kugelförmigen Radius am nächsten kommt.
Es ist ermittelt worden, dass ein Konuswinkel von weniger als 1°, vorzugsweise
zwischen 0,2° und
0,4°, zur Horizontalen
ideal für
die Schmelzenkanäle
ist, die einen Durchmesser zwischen 5 und 12 mm haben, wobei Einspritzdrücke zwischen
1.378 und 1.930 bar (20.000–28.000
psi) maximal auftreten. Dieser optimale Winkel wird vergrößert, wenn
die Einspritzdrücke
abnehmen, und der Winkel wird verkleinert, wenn die Einspritzdrücke zunehmen.
Falls eine kugelförmige
Gestalt erwünscht
ist, kann sie im vergleichbaren Größenbereich von 350–4.000 mm
Radius liegen.
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Wie
vorher erwähnt,
werden infolge des konzentrierten Dichtungsdruckes gemäß der vorliegenden
Erfindung die Drucklasten innerhalb der Spritzgießmaschine
reduziert. Als Ergebnis werden die Reibungskräfte, die mit dem Einspritzvorgang
verbunden sind, wesentlich verringert, während sich die verschiedenen
Komponenten relativ zueinander bewegen. Die reduzierten Druckkräfte reduzieren
auch das Potential für
ein örtliches
Plattenausknicken sowie Reibung und Verschluss, die auftreten können, wenn
die Oberflächen übereinander
gleiten. Der Fachmann kann leicht einen Düsengehäuseflansch oder eine Basis
mit einer nichtflachen Grenzfläche konstruieren,
die als Druckkraftregulierer durch Veränderung des Konus winkels und
der Gehäuseflanschdicke
wirken kann, welche ein Biegen des Gehäuseflansches selbst gestatten
würde.
In 5 ist eine ringförmige Stufe 161 gezeigt,
die angewendet werden könnte,
um gegen den Verteiler zu biegen und Lasten über die kalkulierten Werte
hinaus aufzunehmen, damit sichergestellt wird, dass nahe der Schmelzenkanalgrenzfläche keine
exzessiven Kräfte auftreten.
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Natürlich kann
das System gemäß der vorliegenden
Erfindung wirksam in anderen Kanalverbindungen einer Spritzgießmaschine
angewendet werden, wo ein Lecken des geschmolzenen Kunstharzes ein
Problem sein kann, beispielsweise bei anderen Verteilerverbindungen.