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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Düse eines bestimmten Typs zum
Einspritzen eines Stromes einer geschmolzenen Kunststoffsubstanz
in einen oder mehrere Formungshohlräume.
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Die
vorliegende Erfindung findet vorzugsweise bei Düsen Verwendung, die in Maschinen
zum Einsatz kommen, die eine Mehrzahl von Kunststofferzeugnissen,
so genannte Vorformlinge, gleichzeitig formen, die anschließend durch
Blasformen in die jeweilige Behälterendform,
insbesondere in die Form von Kunststoffflaschen, geformt werden
sollen.
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Obwohl
in der nachstehenden Beschreibung, da dies in Kombination mit den
Vorabschritten des Schmelzens und Extrudierens des Kunststoffmaterials
erfolgt, hauptsächlich
aus Gründen
der einfacheren Beschreibbarkeit auf eine vertikal betriebene Maschine
zum Formen von Vorformlingen aus einem Kunststoffmaterial Bezug
genommen wird, ist unmittelbar einsichtig, dass sich die vorliegende
Erfindung auch auf horizontal betriebene Formungsmaschinen oder
andere Einsatzarten beziehen kann, soweit diese in den Schutzumfang
der beigefügten
Ansprüche fallen.
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Es
ist im Stand der Technik gemeinhin bekannt, dass während des
Formungsvorgangs des Vorformlings üblicherweise eine Formungsmaschine zum
Einsatz kommt, die eine Düsenträgerplatte
und eine Platte umfasst, die darunter für die so genannten Heißkammern
(oder Heißkanäle beziehungsweise "Hotrunners", als die sie im
Stand der Technik besonders bekannt sind) vorgesehen ist. Diese
Platte enthält
im Allgemeinen die Heißkanäle, das
heißt
Zuleitungen, die zum Zuführen
des geschmolzenen Harzes aus einem entsprechenden Extruder vorgesehen sind.
Die Hohlraumträgerplatte
enthält
eine Vielzahl von Hohlräumen,
in die der von der Basisplatte her einströmende Strom des plastischen
Harzes eingespritzt wird, wobei der Strom des Kunststoffharzes zwischen
den Elementen über
entsprechende jeweilige Einspritzdüsen transportiert wird, die
zwischen der Hohlraumträgerplatte
und der Düsenträgerplatte angeordnet
sind.
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Die
Mittel, die gemeinhin verwendet werden, um die Düsen in engem Kontakt mit den
Oberflächen der
Platten zu halten, umfassen das Versehen der Düsen mit Gewinden zum Zwecke
des anschließenden
Befestigens derselben durch Schrauben oder, als Alternative hierzu,
das Erzeugen einer Kraft zwischen den parallelen Flächen der
Düsen und
den Flächen
der Platten derart, dass die Düsen
in einer Position dazwischen druckarretiert werden können.
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Sämtliche
derartigen Maßnahmen
sind dem Durchschnittsfachmann bekannt und werden lediglich zu demjenigen
Zweck kurz geschildert, dass der technische Zusammenhang der vorliegenden
Erfindung effizienter dargestellt werden kann.
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Eines
der vordringlichsten Probleme bei der Ausgestaltung und Verwendung
der Düsen
rührt von dem
Umstand her, dass die Düsen
im kalten Zustand zusammengesetzt werden und ihr Zusammenwirken mit
den anderen Elementen der Maschine beginnen müssen, wenn sie ihre stationäre oder
Nenntemperatur noch nicht erreicht haben, ohne – und zwar auch nicht in den
Anfangsphasen des Vorgangs, wenn die Anordnung ihren stationären Betriebszustand
noch nicht erreicht hat – Anlass
zu Verlusten an geschmolzenem Harz zu geben.
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Während des
Betriebes erwärmen
sich die mit den Düsen
verbundenen Platten und neigen als Ergebnis hiervon zur Ausdehnung,
wodurch sich der für
die Düse
verfügbare
Raum verringert, weshalb wiederum eine Kompression auftritt, die
die jeweils betroffenen Bauteile beschädigen kann.
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Zum
Zwecke der Verringerung dieses Kompressionseffektes ist notwendigerweise
die Verbindung anfänglich
nicht zu eng beziehungsweise dicht zu wählen. Dies kann jedoch zu anfänglichen
Harzverlusten führen,
also zu einer Situation, die auf jeden Fall vermieden werden sollte,
und zwar aufgrund der Notwendigkeit der unmittelbaren Entfernung
des ausgelaufenen Harzes beziehungsweise bei schwerwiegenderen Verlusten
aufgrund der Ausfallzeit der Maschine und des für diese Aufgabe benötigten Personals.
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Düsen für das Einspritzen
von Kunststoffsubstanzen der in 1 und 2 dargestellten Art sind
aus dem Stand der Technik bekannt und weit verbreitet, wobei diese
Düsen einen
vorderen mittleren Abschnitt 101 und einen hinteren ringförmigen Abschnitt 102 aufweisen,
und innerhalb des hinteren ringförmigen
Abschnitts 102 eine Nut 103 vorgesehen ist, die eine
Wand 104 nach außen
hin begrenzt.
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Wird
eine Düse
auf übliche
Art zwischen die Düsenträgerplatte 30 und
die Platte 40 mit den Heißkanälen eingeführt, so wirken auf die Düse einander entgegengesetzte
Kräfte,
die in den Figuren mit den Buchstaben "F" und "G" bezeichnet sind.
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Aufgrund
der Struktur der Düse
reagiert selbige auf die entgegengesetzten Kraftwirkungen durch
Kompression der Wand 104 und des hinteren festen Teils
des Abschnitts 102.
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Da
selbiger fest ist, weist er inhärent
eine sehr hohe Druckfestigkeit auf, was mit der praktischen Unmöglichkeit
einer axialen Verformung einhergeht. Was die Wand 104 betrifft,
so weist sie eine eher kleine axiale Abmessung und folglich auch
bei erhöhter
Kompression eine entsprechend kleine Kompressibilität auf. In
der Praxis zeigen Düsen
dieses Typs daher gegebenenfalls lediglich eine verringerte Möglichkeit
der elastischen Verformung und folglich lediglich eine verringerte
Neigung, Abmessungsschwankungen auszugleichen, die zwischen den
Platten durch thermische Ausdehnungsvorgänge derselben entstehen.
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Der
einschlägige
Stand der Technik hinsichtlich zwischen Platten im Presssitz angeordneter
und arretierter Düsen
ist in den folgenden Patentveröffentlichungen
offenbart:
US 4,558,367 ,
US 5,220,154 ,
US 5,554,395 ,
US 5,759,595 ,
US 5,820,899 .
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Die
genannten Patentveröffentlichungen
befassen sich bei Bereitstellung einer Mehrzahl von Lösungsansätzen mit
der Frage, wie die bestmögliche Lösung für das Problem
zu finden ist, eine Anzahl einander widersprechender Anforderungen
in Einklang zu bringen, die da wären:
die Sicherstellung des Schutzes beim Hochfahren aus dem kalten Zustand;
einen großen
Bereich von Abmessungstoleranzen sowohl für die Platten wie auch für die Düsen; und
die Fähigkeit
des Betriebes innerhalb eines im Vergleich zum Üblichen größeren Temperaturbereiches einschließlich der
Möglichkeit
des Erreichens von Übertemperaturen
von bis zu 50°C über der
normalen Betriebstemperatur.
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Keines
der aufgeführten
Patente scheint jedoch in der Lage, alle vorstehend aufgeführten Anforderungen
in befriedigendem Umfang zu erfüllen.
Darüber
hinaus greifen einige von ihnen auf zusätzliche Dichtungseinrichtungen,
beispielsweise Gummidichtungen und dergleichen zurück, durch
die das Problem jedoch nicht dauerhaft gelöst, sondern tendenziell eher
weiter verkompliziert wird.
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Eingedenk
der vorstehenden Überlegungen besteht
daher der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung darin, eine Düse bereitzustellen,
die allen oben aufgeführten
und einander widersprechenden Anforderungen automatisch genügt.
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Ein
weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Düse der hier
in Rede stehenden Art bereitzustellen, die unter Rückgriff
auf einfach verfügbare
und daher kosteneffektive Materialien und Techniken einfach eingebaut,
verwendet und betrieben werden kann.
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Die
aufgeführten
Zwecke der vorliegenden Erfindung sind zusammen mit weiteren Merkmalen
in einer Düse
verwirklicht, die gemäß dem Inhalt
der beigefügten
Ansprüche
hergestellt ist und betrieben wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann in der Form eines nicht das einzige seiner
Art darstellenden bevorzugten Ausführungsbeispiels verwirklicht
sein, das gemäß der nachstehenden
detaillierten und nicht beschränkt
gedachten Ausführungen
anhand einer Zeichnung erläutert
wird, die sich wie folgt zusammengesetzt.
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3 ist eine perspektivische
Ansicht eines mittleren Abschnittes einer Düse entsprechend der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist eine Vorderansicht
des Abschnittes der in 3 gezeigten
Düse.
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5 ist eine vertikale Ansicht
eines mittleren Abschnittes eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in zwei unterschiedlichen
Arbeitsphasen.
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6 ist eine vertikale Ansicht
des mittleren Abschnittes desselben erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles
in zwei weiteren unterschiedlichen Arbeitsphasen, wobei eine Phase
der in 5 gezeigten Phase
entspricht.
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7 ist eine vertikale Ansicht
des mittleren Abschnittes des vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles,
in dem alle drei in den vorherigen Figuren gezeigten Betriebsphasen dargestellt
sind.
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8 ist eine Ansicht, die
zeigt, wie sich ein ringförmiger
Abschnitt unter extremen Beanspruchungen entsprechend verformt.
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Entsprechend
der Darstellung der vorstehend aufgelisteten Figuren umfasst eine
erfindungsgemäße Düse einen
hinteren Abschnitt 1, einen vorderen Abschnitt 2 und
einen Innenkanal 3, der sich durch die beiden Abschnitte
hindurch erstreckt und ausgelegt ist, um einen Strom aus geschmolzenem Kunststoffharz
hin zu einer oder mehreren Spritzdüsen 4 zu leiten, die
auf einer Düsenträgerplatte 30 angeordnet
sind.
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Der
vertikale mittlere Abschnitt der Düse weist eine Gestalt auf,
die im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die vertikale Achse
X ist, die durch die Mitte des Innenkanals verläuft.
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Der
vordere Abschnitt 2 ist im Wesentlichen länglich,
wohingegen der hintere Abschnitt 1 mit einem äußeren ringförmigen Element 5 versehen
ist, dessen Außenprofil
im Wesentlichen zylindrisch ist und sowohl den vorderen Abschnitt
wie auch den Innenkanal 3 umgibt.
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Das äußere ringförmige Element 5 endet
an seiner Rückseite
mit einer wenigstens teilweise planen Abschlussfläche 7,
und der hintere Abschnitt 1 endet hinten mit einer entsprechenden
planen Abschlussfläche 6,
die abweichend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik
in einer mit Bezug auf die plane Abschlussfläche 6 des ringförmigen Elementes
weiter hinten liegenden Position angeordnet ist.
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Wie
aus den beiden in 3 und 4 dargestellten Schnittansichten
hervorgeht, ist zwischen dem ringförmigen Element 5 und
der Außenfläche des
vorderen Abschnittes eine Ringnut 12 vorgesehen, die entsprechend
einem Merkmal der vorliegenden Erfindung einen spitzen Winkel h
aufweist, wobei die Innenseite 13 im Wesentlichen parallel
zur Achse X der Düse
ist, und die Außenseite 14 in
Bezug auf selbige Achse mit einer Neigung geneigt ist, die sich zu
dem vorderen Endabschnitt der Düse
hin öffnet.
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Zwischen
dem ringförmigen
Element 5 und namentlich zwischen dessen wenigstens teilweise planer
Abschlussfläche 7 und
der planen Abschlussfläche 6 ist
entsprechend der vorliegenden Erfindung zudem eine zweite Ringnut 8 vorgesehen,
die im Wesentlichen koaxial zur Achse X der Düse verläuft.
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Vorzugsweise
ist diese zweite Nut derart ausgebildet, dass sichergestellt ist,
dass deren mittlerer axialer Abschnitt eine Form mit einem spitzen Winkel
m aufweist, wobei die Außenseite 9 im
Wesentlichen parallel zur Achse X der Düse verläuft, und die Innenseite 10 in
Bezug auf selbige Achse mit einer Neigung geneigt ist, die sich
zu dem hinteren Endabschnitt der Düse hin öffnet.
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Bei
normaler Verwendung ist die Düse
zwischen dem oberen Abschnitt der Düsenträgerplatte 30 und dem
unteren Abschnitt der die Heißkanalplatte 40 oberhalb
begrenzenden Fläche 11 durch
Presssitz gehalten und arretiert.
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Wie
aus einem Vergleich der beiden in 5 dargestellten
Schnittansichten ersichtlich ist, ermöglicht diese Ausgestaltung
der Düse
nach dem Abheben der Aufsitzfläche 11,
dass sich der allgemein mit A bezeichnete eingekreiste Bereich des äußeren ringförmigen Elementes
verbiegt, um zu ermöglichen,
dass die planen Abschlussflächen 6 und 7 höhenmäßig auf
die gleiche Ebene der gemeinsamen Aufsitzfläche 11 gelangen.
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Aufgrund
des durch die betriebsbedingte thermische Ausdehnung bewirkten Anhebens
der Fläche
folgt, dass selbige Ausdehnung keinerlei Nachteile mit sich bringt
und insbesondere die Dichtigkeit der Düse in keiner Weise beeinflusst,
da im Anfangszustand, das heißt
im kalten Zustand, die wirksame Abdichtung dadurch sichergestellt
ist, dass die Düse
entsprechend gegen die Aufsitzfläche 11 abgedichtet
ist, wohingegen im normalen, das heißt stationären Arbeitszustand, die thermische
Expansion hiervon durch die Verformung des allgemein mit A bezeichneten
eingekreisten Abschnittes automa tisch ausgeglichen wird, was wiederum
durch das Vorsehen der Nut 8 und vorzugsweise durch die
vorstehend beschriebene Form derselben ermöglicht wird.
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Darüber hinaus
ermöglicht,
wie aus einem Vergleich der beiden in 6 dargestellten
Schnittansichten ersichtlich ist, als Folge eines weiteren Anstieges
der Temperatur der beiden Platten über den normalen stationären Wert
hinaus und mithin als Folge einer entsprechenden weiteren Anhebung
der gemeinsamen Aufsitzfläche 11,
mit der eine größere Kompressionskraft
einhergeht, eine derartige Ausgestaltung, dass sich der allgemein
mit B bezeichnete eingekreiste Abschnitt des äußeren ringförmigen Elementes entsprechend
verbiegt, um so sicherzustellen, dass die Düse sowohl in ihrer Position
festgehalten wird, als auch ihre Dichtigkeit mit Blick auf das Ausfließen des
geschmolzenen Harzes beibehält, ohne
dass übermäßige Beanspruchungen
anderer Bauteile auftreten.
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8 zeigt deutlich die bevorzugt
auftretende Verbiegung des Bereiches beziehungsweise des Abschnittes
B im schlimmstenfalls möglichen Übertemperaturzustand,
wobei eine derartige Verbiegung bei den Düsen aus dem Stand der Technik
nicht mehr zulässig
wäre.
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Die
beschriebene Lösung
entsprechend der vorliegenden Erfindung bietet darüber hinaus
die Möglichkeit
für eine
Anzahl vorteilhafter Verbesserungen. So hat man experimentell herausgefunden, dass
das optimale Ergebnis mit Blick auf die Verformungsfähigkeit
unter erhöhten
Beanspruchungsbelastungen erreicht wird, wenn die spitzen Winkel
m und h der ersten Ringnut beziehungsweise der zweiten Ringnut im
Wesentlichen auf derselben Höhe
C bezüglich
der Achse der Düse
angeordnet sind, und zwar derart, dass eine ausreichend dünne und
daher elastische Wand zwischen den beiden Nuten entsteht. Ferner
hat man experimentell herausgefunden, dass der optimale Kompromiss
zwischen der Elastizität
und der größtmöglichen
Verformung, die wiederum eine Funktion der größtmöglichen Übertemperatur darstellt, dann
gegeben ist, wenn die Tiefe der zweiten Nut 12 mindestens
doppelt so groß wie
die Tiefe der ersten Nut 8 ist.
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Schließlich besteht
eine vorteilhafte Ausgestaltung der Düse auch darin, dass der spitze
Winkel h der Nut 12 innerhalb des spitzen Winkels m der zweiten
Nut 8 angeordnet ist.