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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießvorrichtung und insbesondere
auf ein Ventilnadelführungs-
und Ausrichtungssystem für
eine Ventilnadel einer Spritzgießvorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es
ist bekannt für
eine Düse
in Heißläufer-Spritzgießvorrichtungen
an jeder Angussöffnung in
jeden Formhohlraum einen Ventilnadelangussmechanismus einzubinden.
Die Ventilnadel wird typischerweise in einem Schmelzekanal der Düse in Richtung
auf die Angussöffnung
oder von der Angussöffnung
weg bewegt, um die Strömung
der Schmelze in den Schmelzehohlraum zu kontrollieren. Um eine gute
Dichtung an der Angussöffnung
bereitzustellen, müssen
sowohl der Spitzenteil der Ventilnadel als auch die zugehörige Dichtungsoberfläche der Angussöffnung typischerweise
in sehr engen Toleranzen hergestellt werden.
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Jedoch
kann aus einer Vielzahl von Gründen die
Spitze der Ventilnadel falsch zu der Angussöffnung ausgerichtet sein, wenn
sie in die Angussöffnung
eintritt. Zum Beispiel kann die Düse, in der sich die Ventilnadel
bewegt, falsch zu der Angussöffnung ausgerichtet
sein. Ebenso kann thermische Ausdehnung und Zusammenziehen der Bauteile
der Spritzgießvorrichtung,
welches während
einer Spritzgießkampagne
wiederholt stattfindet, bewirken, dass sich die Bauteile verschieben,
was letztendlich in einer Fehlausrichtung der Düse und der Ventilnadel mit
der Angussöffnung
resultiert. Eine Unhomogenität
in der Schmelze selbst kann bewirken, dass die Schmelze einen ungleichen
Fluiddruck auf den Ventilnadelkörper
ausübt,
was das Dichtungsende der Ventilnadel aus der Ausrichtung mit der
Angussöffnung
drücken kann.
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Wenn
eine falsch ausgerichtete Ventilnadel bewegt wird um eine Angussöffnung zu
schließen, kollidiert
die Ventilnadel mit der Angussöffnung
und kann ein Verkratzen der Dichtungsoberflächen auf der Ventilnadel und/oder
der Angussöffnung
verursachen. Dies kann letztendlich zu Teilen in schlechter Quali tät mit Fehlern
um die Angussöffnung
herum führen
und kann andere Probleme mit dem Spritzgießbetrieb bewirken. Weiterhin
kann es teuer und zeitraubend sein eine beschädigte Ventilnadel oder Angussöffnung zu
ersetzen. Die Beschädigung
kann unmittelbar, oder alternativ allmählich über viele Zyklen des Öffnen und
Schließens
der Ventilnadel erfolgen.
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Lösungen,
die für
dieses Problem vorgeschlagen wurden, beinhalten typischerweise Führungsmittel,
die in Richtung des Bodens des Düsenschmelzekanals
positioniert sind, um das freie Ende der Ventilnadel einzufangen
und auszurichten. Weil die Schmelze genötigt ist, um die Ausrichtungsmittel/Ventilnadel-Übergangsstelle
herumzufließen, wenn
die Ventilnadel in der geöffneten
Position ist, sind typischer Weise eine Vielzahl von umlaufend beabstandeten
Schlitzen entweder in der Ventilnadel oder in den Ausrichtungsmitteln
vorgesehen. Diese Schlitze bewirken ein Potential, dass in dem geformten
Produkt Stoßlinien
erscheinen als Folge der sich in dem Düsenschmelzekanal teilenden,
um die Führungsmittel
herum strömenden
und anschließend sich
stromabwärts
von den Führungsmitteln
wieder vereinenden Schmelzeströmung.
Weiterhin kann die Präsenz
solcher Führungsmittel
in dem Düsenschmelzekanal
eine Reinigung des Düsenschmelzekanals
schwieriger gestaltet, was zum Beispiel das Umstellen einer Maschine
mit einer neuen Schmelze zu laufen behindert.
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Andere
Lösungen
stellen ein Offset-Düsenschmelzekanal
bereit, der einen Hauptteil aufweist, der versetzt von der Mitte
der Düse
angeordnet ist und einen untersten Teil aufweist, der mit der Angussöffnung ausgerichtet
ist. Die Ventilnadel geht durch den Düsenkörper hindurch und erstreckt
sich nur in dem untersten Teil des Düsenschmelzekanals. Auf diese
Weise ist die Ventilnadel entlang eines wesentlichen Teils seiner
Länge gefasst,
was sie weniger Anfällig
für eine
Fehlausrichtung macht. Jedoch ist, weil ein wesentlicher Teil des
Düsenschmelzekanals versetzt
von der Mitte der Düse
ist, die Wärmeverteilung
der dort hindurch strömenden
Schmelze ungleich, was zu Schwierigkeiten in der Kontrolle der Schmelzetemperatur
führen
kann. Bezug wird auf die
US-Patente
Nr. 5,834,041 (Sekine et al.) und
5,895,669 (Seres, Jr. et al.) genommen,
die Ausführungsformen
dieser Art von vorgeschlagener Lösung offenbaren.
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Es
existieren auch andere Probleme, die durch die Herstellung der Düsen selbst
entstehen, anstatt durch die Eigenschaften der Schmelzeströmung. In
den Düsen
können
Herstellungsfehler vorhanden sein, die eine Fehlausrichtung zwischen
der Ventilnadel und der Angussöffnung
einbringen, die so „eingebaut" sind. Die oben beschriebenen
Führungsmittel,
die in der Düse
selbst eingebaut sind, machen nichts außer diese besondere Ursache
der Fehlausrichtung zu korrigieren.
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Ein
anderes Ziel in Bezug auf die Ventilnadel hat zu tun mit der Wärmeübertragungscharakteristik der
Düse und
der Formplatte. Typischerweise besteht zwischen dem stromabwärtigen Ende
einer Düse
und der Angussöffnung
der Formplatte ein Spalt. Der Spalt füllt sich typischerweise bei
dem Beginn einer Spritzgießkampagne
mit Schmelze. In einigen Konfigurationen von Düse und Formplatte erstarrt
die Schmelze in dem Spalt als eine Folge des kombinierten Effekts
des Kühlens
der Formplatte und einer unzureichenden Wärmeübertragung von den Düsenbauteilen.
Unter Umständen
kann die erstarrte Schmelze in dem Spalt sich bis in den Weg erstrecken,
der von der Ventilnadel in Richtung der Angussöffnung in der Formplatte genommen
wird. Daher berührt
unter diesen Umständen
die Ventilnadel während
der Bewegung der Ventilnadel in Richtung auf die Angussöffnung die
erstarrte Schmelze in dem Spalt. Der Kontakt mit der erstarrten
Schmelze kann die Führungskante
der Ventilnadel aus der Ausrichtung mit der Angussöffnung drücken. Weiterhin
kann die erstarrte Schmelze einen Verschleiß der Führungskante der Ventilnadel
verursachen, im Besonderen, wenn die Schmelze ein glasgefüllter Kunststoff
oder ein anderes abrasives Material ist. Dadurch ist es für die Ventilnadel
möglich,
sich einen Abrieb an der Führungskante
und den Dichtungsoberflächen
zuzuziehen, selbst wenn die Ventilnadel perfekt ausgerichtet ist,
abhängig
von der thermischen Charakteristik des Spritzgießbetriebs und des eingespritzten
Materials.
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Aus
der
JP 08-90598 ist
eine Führungs-
und Ausrichtungsstruktur für
eine Ventilnadel in einer Spritzgießvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bekannt.
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Daher
besteht ein Bedarf für
eine Spritzgießvorrichtung,
die eine verbesserte Führung
der Ventilnadel in Richtung auf die Angussöffnung bereitstellt.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Der
Gegenstand der Erfindung wird durch Anspruch 1 definiert. In einem
ersten Aspekt ist die Erfindung auf eine Spritzgießvorrichtung
gerichtet, umfassend einen Verteiler, eine Düse, einen Formblock, eine Ventilnadel,
eine erste Führungs-
und Ausrichtungsstruktur, und eine zweite Führungs- und Ausrichtungsstruktur.
Der Verteiler weist einen Einlass zum Aufnehmen von Schmelze aus
einer Schmelzequelle auf. Der Verteiler definiert einen Kanal, der
stromabwärts
von dem Einlass und stromaufwärts
von einem Verteilerauslass ist. Die Düse definiert einen Düsenschmelzekanal.
Der Düsenschmelzekanal
ist stromabwärts
von dem Verteilerauslass. Die Düse
umfasst einen Düsenkörper, eine
Düsenspitze,
ein Dichtungsteil und einen Heizer, der thermisch mit dem Düsenkörper verbunden
ist, um die Schmelze in dem Düsenschmelzekanal
zu erwärmen.
Die Düsenspitze
und das Dichtungsteil sind mit Bezug auf den Düsenkörper verbunden. Die Düsenspitze
definiert einen Teil des Düsenschmelzekanals. Die
thermische Leitfähigkeit
der Düsenspitze
ist höher
als die thermische Leitfähigkeit
des Düsenkörpers. Die
thermische Leitfähigkeit
des Dichtungsteils ist geringer als die thermische Leitfähigkeit
des Düsenkörpers. Der
Formblock definiert einen Formhohlraum. Der Formblock definiert
eine Angussöffnung
in den Formhohlraum. Die Angussöffnung
ist stromabwärts
von dem Düsenschmelzekanal.
Die Angussöffnung
umfasst eine Angussdichtungsoberfläche. Der Formblock besitzt
darin mindestens einen Kühlkanal, um
dort hindurch ein Kühlmittel
zum Kühlen
des Formhohlraums zu fördern.
Der Formblock und das Dichtungsteil stehen gegenseitig in Kontakt,
um eine Schmelzeleckage dazwischen zu verhindern. Eine Kammer ist
zwischen dem Formblock, der Düsenspitze
und dem Dichtungsteil definiert. Die Kammer ist stromabwärts von
dem Düsenschmelzekanal
und stromaufwärts
von der Angussöffnung
positioniert. Die Düsenspitze
weist in der Kammer eine ausreichende Oberfläche auf, um die Schmelze in
der Kammer in einem im wesentlichen geschmolzenen Zustand zu halten.
Die Ventilnadel ist in und aus der Angussöffnung heraus bewegbar, um
die Schmelzeströmung
durch die Angussöffnung
zu kontrollieren. Die Ventilnadel weist ein unteres Ende auf. Die
Ventilnadel weist eine Ventilnadeldichtungsoberfläche in der Nähe des unteren
Endes auf. Die Ventilnadeldichtungsoberfläche steht in Kontakt mit der
Angussdichtungsoberfläche,
um eine Schmelzeströmung
in den Formhohlraum zu verhindern. Die erste Führungs- und Ausrichtungsstruktur ist mit der
Ventilnadel verbunden. Die erste Führungs- und Ausrichtungsstruktur umfasst eine
erste Führungsoberfläche und
eine erste Ausrichtungsoberfläche.
Die erste Führungsoberfläche weist
einen Querschnittsdurchmesser auf, der allmählich in einer Stromabwärtsrichtung
abnimmt. Die erste Ausrichtungsoberfläche ist im Allgemeinen zylindrisch.
Die erste Führungsoberfläche ist sofort
stromabwärts
von der ersten Ausrichtungsoberfläche positioniert. Die zweite
Führungs-
und Ausrichtungsstruktur ist mit dem Formblock stromaufwärts der
Angussöffnung
verbunden. Die zweite Führungs-
und Ausrichtungsstruktur umfasst eine zweite Führungsoberfläche und
eine zweite Ausrichtungsoberfläche.
Die zweite Führungsoberfläche weist
einen Durchmesser auf, der allmählich
in einer Stromabwärtsrichtung
abnimmt. Die zweite Ausrichtungsoberfläche ist im Allgemeinen zylindrisch.
Die zweite Führungsoberfläche ist
sofort stromaufwärts
von der zweiten Ausrichtungsoberfläche positioniert. Die zweite
Führungsoberfläche ist
so positioniert, um mit der ersten Führungsoberfläche in Kontakt
zu stehen, damit die Ventilnadel in die Ausrichtung mit der Angussöffnung hineingleitet,
wenn die Ventilnadel während
der Bewegung der Ventilnadel in Richtung auf die Angussöffnung falsch
ausgerichtet mit der Angussöffnung
ist. Die zweite Führungsoberfläche ist
so positioniert, um vor einem Kontakt zwischen der Ventilnadel und
der Angussöffnung
die Ausrichtung der Ventilnadel mit der Angussöffnung zu vollenden. Die zweite
Ausrichtungsoberfläche
ist so positioniert, um mit der ersten Ausrichtungsoberfläche in Kontakt
zu stehen, um die Ventilnadel während
der Bewegung der Ventilnadel in Richtung auf die Angussöffnung in Ausrichtung
mit der Angussöffnung
zu halten.
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Die
vorliegende Ausführung
beschreibt eine Spritzgießvorrichtung,
umfassend einen Düsenkörper, eine
Ventilnadel, eine Düsenspitze,
ein Dichtungsteil und einen Formangusseinsatz. Der Düsenkörper weist
einen Schmelzekanal auf und ist aus einem ersten Material hergestellt.
Die Ventilnadel ist zumindest teilweise in dem Schmelzekanal positioniert.
Die Ventilnadel weist eine erste Führungs- und Ausdehnungsstruktur
daran auf. Die Düsenspitze
ist mit dem Düsenkörper verbunden.
Das Dichtungsteil ist mit dem Düsenkörper verbunden.
Die Formangusseinsatz weist eine Angussöffnung auf. Der Formangusseinsatz
steht in Kontakt mit dem Dichtungsteil. Die Düsenspitze ist aus einem zweiten
Material hergestellt mit einer höheren
thermischen Leitfähigkeit als
das erste Material. Das Dichtungsteil ist aus einem dritten Material
hergestellt mit einer geringeren thermischen Leitfähigkeit
als das erste Material. Der Formangusseinsatz ist aus einem vierten
Material hergestellt mit einer höheren
thermischen Leitfähigkeit
als das dritte Material. Der Formangusseinsatz umfasst daran eine
zweite Führungs-
und Ausdehnungsstruktur, die die erste Führungs- und Ausrichtungsstruktur
berührt,
bevor die Ventilnadel die Angussöffnung
berührt.
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Die
vorliegende Ausführung
beschreibt ein Verfahren zum Führen
einer Ventilnadel für
eine Spritzgießvorrichtung,
die in Eingriff mit einer Angussöffnung
der Spritzgießvorrichtung
steht, umfassend:
Bereitstellen einer ersten Führungsoberfläche auf der
Ventilnadel angrenzend an, aber stromaufwärts von der Dichtungsoberfläche der
Ventilnadel und eine zweite Führungsoberfläche an der
Spritzgießvorrichtung
angrenzend an, aber stromaufwärts
von der Angussöffnung;
Bereitstellen
einer ersten Ausrichtungsoberfläche
auf der Ventilnadel angrenzend an, aber stromaufwärts von
der Dichtungsoberfläche
der Ventilnadel und eine zweite Ausrichtungsoberfläche an der
Spritzgießvorrichtung
angrenzend an, aber stromaufwärts von
der Angussöffnung;
und
Führen
der Ventilnadel, wenn die Ventilnadel sich stromabwärts in Richtung
auf die Angussöffnung
bewegt durch die Interaktion der ersten und zweiten Führungsoberflächen und
der Interaktion der ersten und zweiten Ausrichtungsoberflächen, bevor
die Ventilnadel die Angussöffnung
schließt.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um deutlicher zu zeigen, wie sie
in Wirkung gesetzt werden kann, wird nun in Form von Beispielen
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 eine
Schnittansicht einer Spritzgießvorrichtung
aus dem Stand der Technik ist;
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2a, 2b, 2c und 2d vergrößerte Seitenschnittansichten
sind, die den Betrieb der Ventilnadel und der Formplatte im Stand
der Technik zeigen;
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3 eine
Schnittansicht einer Spritzgießvorrichtung
mit einer Vielzahl von Ventilnadel-Führungs- und Ausrichtungssystemen
ist, in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4a, 4b, 4c und 4d vergrößerte Seitenschnittansichten
der in 3 gezeigten Ventilnadel-Führungs- und Ausrichtungssysteme sind;
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5 eine
vergrößerte Seitenschnittansicht eines
Ventilnadel-Führungs-
und Ausrichtungssystems in Übereinstimmung
mit einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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6 eine
Seitenschnittansicht eines Teils der in 3 gezeigten
Spritzgießvorrichtung
ist, einschließlich
einer falsch ausgerichteten Ventilnadel und den in den 4a–4d gezeigten
Ventilnadel-Führungs-
und Ausrichtungssystemen, die Ventilnadel in einer geöffneten
Position in Bezug auf eine Angussöffnung in einen Formhohlraum
zeigend;
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7 eine
Seitenschnittansicht des in 6 gezeigten
Spritzgießvorrichtungsteils
ist, den ersten Kontakt durch die Ventilnadel mit einem Teil des
Führungs-
und Ausrichtungssystems darstellend;
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8 eine
Seitenschnittansicht des in 6 gezeigten
Spritzgießvorrichtungsteil
ist, die Ventilnadel in einer geschlossenen Position in Bezug auf
die Angussöffnung
darstellend;
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9 eine
Seitenschnittansicht eines Teils einer Spritzgießvorrichtung ist, die nicht
unter den Umfang von Anspruch 1 fällt, einen optionalen Entlastungskanal
zeigend, der in das Ventilnadel-Führungs- und Ausdehnungssystem
eingebundnen werden kann;
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10 eine
Seitenschnittansicht eines Teils einer Spritzgießvorrichtung ist, eine falsch
ausgerichtete Ventilnadel und ein Ventilnadel-Führungs- und Ausdehnungssystem
in Übereinstimmung
mit einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigend, wobei die Ventilnadel in einer geöffneten
Position in Bezug auf eine Angussöffnung in einen Formhohlraum
ist;
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11 eine
Seitenschnittansicht des in 10 gezeigten
Spritzgießvorrichtungsteils
ist, den ersten Kontakt zwischen der Ventilnadel und einem Teil
der Ventilnadel-Führungs-
und Ausdehnungssystems darstellend;
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12 eine
Seitenschnittansicht des in 10 gezeigten
Spritzgießvorrichtungsteils
ist, darstellend wenn die Ventilnadel zum ersten Mal einen anderen
Teil der Ventilnadel-Führungs-
und Ausdehnungssystems berührt;
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13 eine
Seitenschnittansicht des in 10 gezeigten
Spritzgießvorrichtungsteils
ist, die Ventilnadel in einer geschlossenen Position in Bezug auf
die Angussöffnung
darstellend;
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14 eine
Seitenschnittansicht eines Teils einer Spritzgießvorrichtung ist, die eine
Variante der in den 6, 7 und 8 gezeigten
Düse zeigt;
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15 eine
Seitenschnittansicht eines Teils einer Spritzgießvorrichtung ist, die eine
andere Variante der in den 6, 7 und 8 gezeigten Düse zeigt;
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16 eine
Seitenschnittansicht eines Teils einer Spritzgießvorrichtung ist, die noch
eine andere Variante der in den 6, 7 und 8 gezeigten
Düse zeigt;
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17 eine
vergrößerte Schnittansicht durch
den Abschnitt 17-17 aus 4d ist;
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18 eine
vergrößerte Schnittansicht durch
den Abschnitt 18-18 aus 4d ist;
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19a und 19b vergrößerte Seitenansichten
einer Variante eines in den 4a bis 4d gezeigten
Teils einer Führungs-
und Ausrichtungsstruktur sind; und
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20 eine
Seitenschnittansicht eines Teils einer Spritzgießvorrichtung ist, die noch
eine andere Variante der in den 6, 7 und 8 gezeigten
Düse zeigt.
Diese Variante fällt
nicht unter den Umfang der Ansprüche.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezug
wird auf 1 genommen, die eine Spritzgießvorrichtung 1010 aus
dem Stand der Technik zeigt. Die Spritzgießvorrichtung 1010 umfasst
einen oder mehrere Kanäle 1012,
die Schmelze von einem Einlass 1014 zu einer oder mehren
Düsen 1016 transferieren.
Die Kanäle 1012 sind
in einer oder mehreren Spritzgießvorrichtungsplatten definiert,
sowie zum Beispiel einen Verteiler 1018. Der Einlass 1014 ist
geeignet, um fluidmäßig mit
einer Schmelzequelle (nicht gezeigt) verbunden zu sein.
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Die
Düsen 1016 transferieren
Schmelze von den Kanälen 1012 durch
eine oder mehrere Angussöffnung 1020 in
einen oder mehrere Formhohlräume 1022 definiert
in einer Formplatte 1024. Ein Heizer 1025 kann
jede Düse 1016 erwärmen. Jede
Düse 1016 definiert
einen Düsenschmelzekanal 1026,
der in Fluidverbindung mit einem Kanal 1012 und so auch
mit der Schmelzequelle steht.
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Eine
Ventilnadel 1028 ist in jedem Düsenschmelzekanal 1026 bewegbar,
um eine der Angussöffnungen 1020 zu öffnen und
zu schließen,
die Strömung
von Schmelze in den Formhohlraum 1022 erlaubend oder verhindernd.
Die Ausbildung des Endteils der Ventilnadel 1028 und der
Angussöffnung 1020 und
deren Eingriff ineinander sind in den 2a, 2b, 2c und 2d detaillierter
gezeigt. Die Ventilnadel 1028 umfasst typischerweise einen
im Allgemeinen zylindrischen Körper 1030, eine
zylindrische Dichtungsoberfläche 1031,
die typischerweise an dem untersten Teil des Körpers 1030 angeordnet
ist, und eine Endfläche 1032.
Die Kante zwischen der Endfläche 1032 und
der Dichtungsoberfläche 1031 wird
mit 1034 dargestellt und ist typischerweise abgeschrägt, um das
Einführen
der Ventilnadel 1028 in die Angussöffnung 1020 zu erleichtern.
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Durch
den Umstand, dass die Endfläche 1032 und
die abgeschrägte
Kante 1034 letztendlich einen Teil der Oberfläche des
Formhohlraums 1022 ausmachen, gibt es Designeinschränkungen
für den Winkel
der abgeschrägten
Kante 1034. Zum Beispiel kann die abgeschrägte Kante 1034 beschränkt sein einen
relativ flachen Winkel in Bezug auf die Endfläche 1032 aufzuweisen
um so eine gewisse Ausbildung des geformten Teils bereitzustellen.
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Die
Angussöffnung 1020 umfasst
typischerweise eine zylindrische Dichtungsoberfläche 1036 angrenzenden
an den Formhohlraum 1022 und umfasst auch eine Einlaufoberfläche 1038,
die abgeschrägt
ist. Die Dichtungsoberfläche 1036 nimmt
die Dichtungsoberfläche 1031 der
Ventilnadel 1028 auf und wirkt mit ihr zusammen, um die
Angussöffnung 1020 gegen
eine Schmelzeströmung
in den Formhohlraum 1022 abzudichten. Die Einlaufoberfläche 1038 wirkt
mit der abgeschrägten
Kante 1034 an der Ventilnadel 1028 zusammen, um
das Einführen
der Ventilnadel 1028 in die Angussöffnung 1020 zu erleichtern.
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Nunmehr
wird die Bewegung der Ventilnadel 1028 beschrieben. In 2a wird
die von der Angussöffnung 1020 beabstandete
Ventilnadel 1028 gezeigt. Die Ventilnadel 1028 kann
zu der Angussöffnung 1020 in
beliebigem Ausmaß falsch
ausgerichtet sein. Wenn die Ventilnadel 1028 bewegt wird,
um die Angussöffnung 1020 zu
schließen,
berührt
die Ventilnadel 1028 in der in 2b gezeigten
Weise zuerst die Angussöffnung 1020 falls
es eine Fehlausrichtung der Ventilnadel 1028 und der Angussöffnung 1020 gibt.
Der erste Kontakt wird durch die angeschrägte Kante 1034 und
der Einlaufoberfläche 1038 hergestellt.
Wenn die Ventilnadel 1028 sich vorwärts bewegt um die Angussöffnung 1020 zu
schließen, gleitet
die abgeschrägte
Kante 1034 an der Einlaufoberfläche 1038 entlang und
führt dadurch
die Ventilnadel 1028 in Ausrichtung mit der Angussöffnung 1020.
Die Ventilnadel 1028 bewegt sich dann vorwärts in die
Dichtungsoberfläche 1036 der
Angussöffnung 1020,
wie in 2c gezeigt, bis sie in der „geschlossenen" Position ankommt,
wie in 2d gezeigt. Es ist selbstverständlich,
dass die „geschlossene" Position der Ventilnadel 1028 nicht
so wie in 2d gezeigt sein muss. Nach einer
Anzahl von Spritzgießzyklen
kann der wiederholte Kontakt zwischen der Ventilnadel 1028 und
der Einlassoberfläche 1036 der
Angussöffnung 1020 eventuell
darin resultieren, dass sowohl die Dichtungsoberfläche 1031 der
Ventilnadel 1028 und/oder die Dichtungsoberfläche 1036 der
Angussöffnung 1028 verkratzt,
abgetragen oder in anderer Weise beschädigt sind.
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Die
Teile der Ventilnadel 1028 und der Angussöffnung 1020,
die beschädigt
sein können,
sind mit 1039a bzw. 1039b bezeichnet. Diese Beschädigung kann
in einer Schmelzeleckage an der Angussöffnung 1020 vorbei
resultieren, nachdem die Angussöffnung 1020 geschlossen
ist und kann auch zu Makeln an den geformten Teilen führen. Daher
kann es abhängig
von den Bedürfnissen
des Spritzgießbetriebs
nötig sein,
die Ventilnadel 1028 und die Angussöffnung 1020 zu reparieren
oder zu ersetzen. Es ist zu beachten, dass die mit 1039a und 1039b gezeigte Verkratzung
oder Beschädigung
annähernd
sofort auftreten, abhängig
von der Art des Spritzgießbetriebs,
und dadurch nahezu sofort zu Teilen schlechter Qualität führen kann.
Dieses Problem wird erschwert wenn der Winkel der abgeschrägten Kante 1034 an
der Ventilnadel 1028 flach ist, weil die Kontaktkräfte zwischen
der Ventilnadel 1028 und der Einlaufoberfläche 1038 den
Abrieb, das Verkratzen oder andere Beschädigung weiter unterstützen können.
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Bezug
wird auf 3 genommen, die eine Spritzgießvorrichtung 40 in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Spritzgießvorrichtung 40 kann
jede geeignete Art von Spritzgießvorrichtung sein und kann
im Allgemeinen der Spritzgießvorrichtung 1010 ähnlich sein
bis auf dass die Spritzgießvorrichtung 40 eine
Ventilnadel 42 und ein Führungs- und Ausrichtungssystem 44 beinhaltet.
Die Ventilnadelführungs- und
Ausrichtungssystem verlängert
die Lebensdauer der Ventilnadel 42 und der Angussöffnung 20 durch ein
Reduzieren oder Verhindern des Kontakts zwischen der Ventilnadel 42 und
der Angussöffnung 20 während des
Schließens
der Angussöffnung 20 und durch
ein Reduzieren des Abriebs der Ventilnadel 42 als eine
Folge des Kontakts mit erstarrter Schmelze, die abrasiv sein kann.
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Die
Spritzgießvorrichtung 40 umfasst
einen oder mehrere Kanäle 12,
die Schmelze von einem Einlass 14 zu einer oder mehreren
Düsen 16 übertragen.
Die Kanäle 12 sind
durch eine oder mehrere Spritzgießvorrichtungsplatten definiert,
sowie zum Beispiel durch einen Verteiler 18. Der Einlass 14 ist geeignet,
um fluidmäßig mit
einer Schmelzequelle (nicht gezeigt) verbunden zu sein.
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Die
Düsen 16 übertragen
Schmelze von den Kanälen 12 durch
eine oder mehrere Angussöffnungen 20 in
einen oder mehrere Formhohlräume 20,
die durch einen Formblock 24 definiert sind. Eine Vielzahl
von Kühlkanälen 24a sind
in dem Formblock 24 dargestellt. Der Formblock kann aus
einem geeigneten thermisch leitfähigen
Material sowie aus Formstahl hergestellt sein.
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Ein
Heizer 25 kann jede Düse 16 erwärmen und
ein Thermoelement 25a kann verwendet werden, um die Temperatur
der Düse 16 aufzunehmen. Jede
Düse 16 definiert
einen Düsenschmelzekanal 26,
der in Fluidverbindung mit einem der Kanäle 12 und so auch
mit der Schmelzequelle steht.
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In
jedem Düsenschmelzekanal 26 ist
eine Ventilnadel 42 bewegbar, um eine der Angussöffnungen 20 zu öffnen und
zu schließen,
die Strömung
von Schmelze in den Formhohlraum 22 erlaubend oder verhindernd.
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Bezug
wird auf die 4a, 4b, 4c und 4d genommen,
die die Ausbildung des Endteils der Ventilnadel 42, des
Ventilnadel-Führungs- und
Ausrichtungssystems 44 und der Angussöffnung 20 zeigen.
Die Ventilnadel 42 umfasst einen Köper 46, eine Dichtungsoberfläche 48,
eine Endfläche 50 und
eine erste Führungs-
und Ausrichtungsstruktur 52. Der Körper 46 kann jede
geeignete Form aufweisen, sowie im Allgemeinen zylindrisch sein.
Die Dichtungsoberfläche 48 kann
der Dichtungsoberfläche 1031 an
der Ventilnadel 1028 in den 2a bis 2d ähnlich sein
und mit der Dichtungsoberfläche 36 der
Angussöffnung 20 zusammenwirken,
um die Angussöffnung 20 zu
schließen.
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Die
erste Führungs-
und Ausrichtungsstruktur 52 ist zwischen dem Körper 46 und
der Dichtungsoberfläche 48 positioniert
und umfasst eine erste konische Führungsoberfläche 54 und
eine erste Ausrichtungsoberfläche 56.
Die erste konische Führungsoberfläche 54 und
die erste Ausrichtungsoberfläche 56 wirken
mit einer zweiten konischen Führungsoberfläche 58 und
einer zweiten Ausrichtungsoberfläche 60 an
einer zweiten Führungs-
und Ausrichtungsstruktur 62 zusammen, um die Ventilnadel 42 in
Ausrichtung mit der Angussöffnung 20 zu
bringen.
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Wenn
die Ventilnadel 42 sich von der in 4a gezeigten
Position in Richtung auf die Angussöffnung 20 bewegt,
findet der erste Kontakt, wie in 4b gezeigt,
zwischen den ersten und zweiten Führungsoberflächen 54 und 58 statt,
wenn es eine Fehlausrichtung zwischen der Ventilnadel 42 und
der Angussöffnung 20 gibt.
Die ersten und zweiten Führungsoberflächen 54 und 58 können mit
jedem ausgewählten
Schrägungswinkel
ausgestattet sein. Daher können
die Schrägungswinkel,
die mit θ1
bzw. θ2 bezeichnet
sind, entsprechend ausgewählt
sein, um das Risiko des Verkratzens oder einer anderweitigen Beschädigung einer
der beiden Führungsoberflächen 54 und 58 durch
den ersten Kontakt oder durch jeden nachfolgenden Gleitkontakt zu
reduzieren.
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Es
ist zu erwähnen,
dass die Führungsoberflächen 54 und 58 und
die Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 an
den ersten und zweiten Strukturen 52 und 62 einen
größeren Durchmesser
aufweisen als die Oberflächen 1036, 1038, 1034 und 1031 an
der Angussöffnung 1020 und
der Ventilnadel 1028 in den 2a bis 2d.
Durch den Kontakt mit und das Auftreten des Gleitens entlang dieser
Oberflächen 54, 58, 56 und 60 mit
größerem Durchmesser
sind die ersten und zweiten Strukturen 52 und 62 im
Verhältnis
zu den Oberflächen 1036, 1038, 1034, 1031 mit
kleinerem Durchmesser aus den 2a bis 2d besser
geeignet, eine lange Betriebszeit aufzuweisen, bevor eine Reparatur
oder ein Ersatz notwendig wird.
-
Eine
oder beide der ersten und zweiten Führungsoberflächen 54 und 58 können durch
jede geeignete Oberflächenbehandlung
gehärtet
werden, um das Risiko des Verkratzens weiter zu reduzieren. Eine
der ersten und zweiten Führungsoberflächen 54 und 58 kann
ausgewählt
werden, um härter
als die andere zu sein, so dass die Weichere der Zwei während des
wiederholten Kontakts und des Gleitens, das während einer Spritzgießkampagne
auftritt, verkratzt werden darf. Die Oberfläche 54 oder 58,
die ausgewählt
wird, um verkratzt zu werden, kann zum Beispiel das Teil sein, dass
von den Zwei günstiger ist,
das einfacher ist oder das weniger zeitaufwändig zu ersetzen ist.
-
Wenn
die Ventilnadel 52 in Richtung auf die Angussöffnung 20 bewegt
wird, wirken die ersten und zweiten Führungsoberflächen 54 und 58 zusammen, um
die Ventilnadel 42 in Ausrichtung mit der Angussöffnung 20 zu
bringen. Sobald die erste Führungsoberfläche 54 an
der zweiten Führungsoberfläche 58 vorbei
bewegt wird, sind die ersten und zweiten Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 in
Kontakt miteinander, um die Ventilnadel 42 in Ausrichtung
mit der Angussöffnung 20 zu
halten. Die Ventilnadel 42 wird dann in Richtung auf und
in die Angussöffnung 20 hinein
bewegt, um wie in 4d gezeigt, die Angussöffnung 20 zu
schließen.
-
Die
ersten und zweiten Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 können in
einer ähnlichen
Weise wie die ersten und zweiten Führungsoberflächen 54 und 58 Oberflächenbehandelt
sein und können
auch eine Oberfläche 56 oder 60 umfassen,
die ausgewählt
ist, um verkratzt zu werden.
-
Es
ist bekannt, dass zwischen der Endfläche 50 und dem Dichtungsteil 48 keine
abgeschrägte Kante
notwendig ist, wenn die Ventilnadel 42 mit der Angussöffnung 20 ausgerichtet
wird bevor sie in die Angussöffnung 20 eintritt.
Dadurch dass die Kante nicht abgeschrägt ist, ist es möglich, praktisch
jeden Makel an dem geformten Teil zu eliminieren, indem die Ventilnadel 42 so
in die Angussöffnung 20 bewegt wird,
dass die Endfläche 50 glatt
mit der inneren Oberfläche
des Formhohlraums 22 fluchtet.
-
Trotzdem
ist optional eine abgeschrägte Kante
berücksichtigt
und mit 61 bezeichnet. Die abgeschrägte Kante 61 kann
jedoch jede geeignete Form aufweisen, die gewünscht ist, um die ästhetischen
Anforderungen des geformten Teils zu erfüllen ohne ein Effekt auf die
Fähigkeit
der Ventilnadel 42 in die Angussöffnung 20 einzutreten
und sie zu verschließen.
-
Die
Teile der in den 4a bis 4d gezeigten
Bauteile, die einem Abrieb oder einer Beschädigung unterliegen, sind mit 64a und 64b bezeichnet
und sind entfernt von den Dichtungsoberflächen 48 und 36 positioniert.
Daher kann durch das Berücksichtigen
der ersten und zweiten Führungs- und
Ausrichtungsstrukturen 52 und 62 die Betriebszeit
der Ventilnadel 42 über
die Betriebszeit der Ventilnadel 28 hinaus verlängert werden.
Da die Beschädigung
durch Fehlausrichtung reduziert oder eliminiert sind, werden weiterhin
die Makel, die an den geformten Teilen als Folge der Beschädigung auftreten, reduziert
oder eliminiert.
-
Zusammen
bilden die ersten und zweiten Führungs-
und Aussetzungsstrukturen 52 und 62 das Ventilnadelführungs-
und Ausrichtungssystem 44. Es wurde für die ersten und zweiten Führungs-
und Ausrichtungsstrukturen 52 und 62 gezeigt,
integral in die Ventilnadel 42 und den Formblock 24 aufgenommen zu
sein, jedoch können
die Strukturen 52 und 62 auch separate Teile hergestellt
sein, die durch jedes geeignete Mittel mit der Ventilnadel 42 und
dem Formblock 24 verbunden werden können. Zum Beispiel kann Bezug
nehmend auf 5 die erste Struktur 52 als
ein Ring hergestellt sein, der ein Gewindeteil 66 umfasst,
das mit einem entsprechenden Gewindeteil 68 auf der Ventilnadel 42 zusammenpasst. Durch
das Herstellen der Struktur 52 als ein separates Teil,
das entfernbar von der Ventilnadel 42 ist, kann die Struktur 52 leichter
aus einem geeigneten Material mit allen geeigneten mechanischen
Eigenschaften hergestellt werden. Die Struktur 52 kann hart
und verschleißwiderstandsfähig hergestellt
sein, oder alternativ kann die Struktur 52 weich hergestellt sein,
wenn zum Beispiel die Struktur 52 wie oben beschrieben
ausgewählt
ist, verkratzt zu werden. Die erste Struktur kann auch eine Werkzeugeingriffober fläche 69 für die Installation
und das Entfernen der ersten Struktur 52 von der Ventilnadel 42 umfassen.
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In
einer der Struktur 52 ähnlichen
Weise kann die Struktur 52 als separates Teil, wie beispielsweise
als ein Ring, hergestellt sein und kann so hergestellt sein, entfernbar
mit dem Formblock 24 verbunden zu sein mittels zueinander
passenden Gewindeabschnitten 70 und 72 auf der
Struktur 62 bzw. dem Formblock 24. Die zweite
Struktur kann auch eine vorstehende Werkzeugeingriffsoberfläche 73 zur
Installation und Entfernen der zweiten Struktur 62 von
dem Formblock 24 umfassen. Als ein separates entfernbar
anzubringendes Teil können
die mechanischen Eigenschaften der zweiten Struktur 62 wie
gewünscht
ausgewählt
werden.
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Bezug
nehmend auf alle Ausführungsformen muss
die zweite Struktur 62 weit genug entfernt von der Angussöffnung 20 positioniert
sein, so dass die Ventilnadel 42 durch die Kooperation
der ersten und zweiten Führungsoberflächen 52 und 58 ausgerichtet wird,
bevor irgendein Teil der Ventilnadel 42 die Angussöffnung 20 berührt. Im
Unterschied zu den obigen Bedingungen ist es jedoch für die zweite
Struktur 62 vorteilhaft, so dicht wie möglich an der Angussöffnung 20 positioniert
zu sein, um das Risiko zu reduzieren, dass das Ende der Ventilnadel 42 wieder falsch
ausgerichtet ist, nachdem es durch die zweite Struktur 62 ausgerichtet
wurde. Eine solche Fehlausrichtung kann zum Beispiel wieder durch
die Unhomogenität
der Schmelze stromabwärts
von der zweiten Struktur 62 auftreten.
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Bezug
wird auf 17 genommen, die eine vergrößerte Schnittansicht
der ersten und zweiten Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 zeigt.
In 17 wird die Ventilnadel 42 als genau
mittig in der zylindrischen Ausrichtungsoberfläche 60 gezeigt. Der Durchmesser
der ersten Ausrichtungsoberfläche wird
mit D1 bezeichnet. Der Durchmesser der zweiten Ausrichtungsoberfläche 60 wird
mit D2 bezeichnet.
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Bezug
wird auf 18 genommen, die eine vergrößerte Schnittansicht
der Ventilnadeldichtungsoberfläche 48 und
der Angussdichtungsoberfläche 36 zeigt.
In 18 wird die Ventilnadel 42 als genau mittig
in der zylindrischen Angussdichtungsoberfläche 36 gezeigt. Der
Durchmesser der Ventilnadeldichtungsoberflä che 48 wird mit D3
bezeichnet. Der Durchmesser der Angussdichtungsoberfläche 26 wird
mit D4 bezeichnet.
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Gemeinsam,
auf die 17 und 18 Bezug
nehmend, ist es wünschenswert,
dass die Ventilnadel 42 und die Angussöffnung 20 sowie die
zweite Führungs- und Ausrichtungsstruktur 62 so
produziert werden, dass der Unterschied zwischen D1 und D2 kleiner
ist als der Unterschied zwischen D3 und D4. Um dies zu erreichen
kann es nötig
sein, dass die Toleranzen der ersten und zweiten Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 enger
sind als die Toleranzen der Ventilnadeldichtungsoberfläche 48 und
der Angussdichtungsoberfläche 36.
Durch das Bereitstellen einer kleineren Durchmesserdifferenz auf
den ersten und zweiten Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 als auf
den Dichtungsoberflächen 48 und 36 ist
die Ventilnadel 42 sicher für einen kollisionsfreien Eintritt
in die Angussöffnung 20 ausgerichtet.
Selbst wenn die Ventilnadel 42 so weit aus der Ausrichtung
wäre, dass
die Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 in
Kontakt miteinander wären,
würde die
Endfläche 50 (siehe 4d)
sicher, kollisionsfrei in die Angussöffnung 20 eintreten.
In Wirklichkeit beschränkt
die Durchmesserdifferenz zwischen D1 und D2 (siehe 17) zumindest
teilweise den Betrag, den die Ventilnadel 42 von der genauen
Ausrichtung mit der Angussöffnung 20 (siehe 4c)
entfernt sein kann.
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Bezug
wird auf 6 genommen, die einen Teil der
Spritzgießvorrichtung 40 zeigt,
der einen optionalen Angusseinsatz 74 umfasst, der in dem
Formblock 24 positioniert ist. Während der ganzen Beschreibung
der Ausführungsform
der Erfindung sind Komponenten, die ähnlich sind und ähnliche
Funktionen aufweisen, mit den gleichen Bezugsziffern versehen. In
dieser Ausführungsform
sind die zweite Führungs-
und Ausrichtungsstruktur 62 und die Angussöffnung 20 in
dem Angusseinsatz 74 enthalten anstatt direkt in dem Formblock 24 enthalten
zu sein. Der Angusseinsatz 74 kann aus jedem geeigneten thermisch
leitfähigen
Material hergestellt sein, wie beispielsweise aus Formstahl. Der
Angusseinsatz 74 ist thermisch leitfähig, um die Kühlung der
in dem Formhohlraum 22 enthaltenen Schmelze zu unterstützen. Bevorzugt
weist der Angusseinsatz 74 eine thermische Leitfähigkeit
auf, die größer ist
als die des Dichtungsteils 16c.
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In 6 wird
die Düse 16 gezeigt,
hergestellt aus verschiedenen Subbauteilen. Die Düse 16 umfasst
einen Düsenkörper 16a,
eine Düsenspitze 16b und
ein Dichtungsteil 16c. Der Düsenkörper 16a kann den
Heizer 25 aufweisen, der darin in einer schraubenförmigen Nut
eingebettet ist. Der Düsenkörper 16a weist
darin einen ersten Teil 26a des Schmelzkanals 26 auf.
Der Düsenkörper 16a kann aus
jedem geeigneten thermisch leitfähigen
Material hergestellt sein, wie beispielsweise aus Stahl.
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Die
Düsenspitze 16b ist
mit dem Düsenkörper 16a verbunden
und weist einen zweiten Teil 26b des Schmelzekanals 26 darin
auf. Die Düsenspitze 26b kann
aus einem thermisch leitfähigen
Material hergestellt sein, wie beispielsweise aus Stahl, Beryllium-Kupfer,
Beryllium-freies Kupfer wie Ampco 940TM,
Wolframcarbid, TZM (Titanium/Zirkoniumcarbid), Aluminium oder Aluminiumbasierende
Legierungen, InconelTM, Molybdän oder geeignete
Molybdän-Legierungen, H13,
Formstahl oder AerMet 100TM oder jedes geeignete
andere Material. Durch das Herstellen der Düsenspitze 16b als
ein von dem Düsenkörper 16b separates
Bauteil kann die Düsenspitze 16b aus
einem unterschiedlichen Material hergestellt sein. Zum Beispiel
kann die Düsenspitze 16b aus
einem Material hergestellt sein, das eine höhere thermische Leitfähigkeit
aufweist als das des Düsenkörpers 16a.
Alternativ oder zusätzlich
kann die Düsenspitze 16b aus
einem Material hergestellt sein, das verschleißfester ist als das des Düsenkörpers 16a.
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Die
Düsenspitze 16b kann
entfernbar mit dem Düsenkörper 16a verbunden
sein. Die entfernbare Verbindung kann durch jedes geeignete Mittel hergestellt
werden. Zum Beispiel kann die Düsenspitze 16b in
einer Bohrung 75 in dem Düsenkörper 16a sitzen und
durch das Dichtungsteil 16c in Position gehalten werden.
Weil die Düsenspitze 16b entfernbar von
dem Düsenkörper 16a ist,
kann sie, wenn sie abgenutzt ist, ersetzt werden, ohne den Austausch
des gesamten Düsenkörpers 16a notwendig
zu machen.
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Das
Dichtungsteil 16c kann mittels einer Gewindeverbindung
von einem Paar von zueinander passenden Gewindeoberflächen 76a und 76b auf dem
Düsenkörper 16a bzw.
dem Dichtungsteil 16c mit dem Düsenkörper 16a verbunden
sein. Das Dichtungsteil 16c kann den Formblock 24 berühren und dazwischen
für eine
Dichtung gegen Schmelzeleckage sorgen. Weiterhin kann das Dichtungsteil 16c das stromabwärtige Ende
der Düse 16 in
Bezug auf die Angussöffnung 20 ausrichten.
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Das
Dichtungsteil 16c kann aus einem geringer thermisch leitfähigen Material
als das des Düsenkörpers 16a hergestellt
sein. Zum Beispiel kann das Dichtungsteil 16c aus Titan,
H13, rostfreiem Stahl, Chromstahl oder anderen geeigneten Materialien hergestellt
sein.
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Das
Dichtungsteil 16c kann einen integralen Werkzeugeingriffsabschnitt 73 umfassen,
der das Einreifen des Dichtungsteils 16c durch ein Werkzeug während des
Entfernens oder der Installation des Dichtungsteils 16c erleichtert.
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In
alternativen Ausführungsformen
können der
Düsenkörper
16a,
die Düsenspitze
16b und
das Dichtungsteil
16c miteinander verbunden sein in jeder
der in den
US-Patenten Nr. 5,299,928 und
5,421,716 gezeigten Art
und Weise. Zusätzlich
wird auf diese zwei Patente für
geeignete Ausführungsmaterialien
für den
Düsenkörper
16a,
die Düsenspitze
16b und
das Dichtungsteil
16c Bezug genommen.
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Zwischen
dem Dichtungsteil 16c, der Düsenspitze 16b und
dem Formblock 24 kann eine Kammer 77 definiert
sein. Die Kammer 77 wird während eines Spritzgießbetriebs
mit Schmelze gefüllt.
Abhängig von
der Zusammensetzung der Schmelze kann es vorteilhaft sein, dass
für die
Schmelze in der Kammer 77 sein, während des Einspritzzyklus in
einem geschmolzenen Zustand gehalten wird. Durch ein Verhindern
des Erstarrens der Schmelze in der Kammer wird es sichergestellt,
dass die Ventilnadel 42 nur durch geschmolzene Schmelze
anstatt durch erstarrte Schmelze hindurchtritt, wenn sie auf ihrem
Weg zu oder von der Angussöffnung 20 durch
die Kammer 77 hindurchtritt. Bei dem Hindurchtreten der
Ventilnadel 42 durch geschmolzene Schmelze wird die Ventilnadel 42 einem
geringen Verschluss ausgesetzt als bei dem Hindurchtreten der Ventilnadel 42 durch
erstarrte Schmelze. Weiterhin weist die geschmolzene Schmelze eine
geringere Wahrscheinlich auf, die Ventilnadel aus der Ausrichtung
zu drücken,
als erstarrte Schmelze.
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Um
sicherzustellen, dass die Schmelze in der Kammer 77 geschmolzen
ist, wenn die Ventilnadel 42 sich dort hindurch bewegt,
ist ein ausreichender Oberflächenbereich
der Düsenspitze 16b in
der Kammer 77 vorgesehen, um die Schmelze darin zu erwärmen und
jeder Kühlwirkung,
die sie von dem Formblock 24 erhalten kann, entgegenzuwirken.
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In
einer alternativen Ausführungsform,
die nicht gezeigt wird, können
die Düsenspitze
und das Dichtungsteil mittels Gewindeverbindungen jeweils mit dem
Düsenkörper verbunden
sein. Es ist für
das Dichtungsteil alternativ auch möglich, mit der Düsenspitze
verbunden zu sein und für
die Düsenspitze durch
einige geeignete Mittel, wie beispielsweise eine Gewindeverbindung,
mit dem Düsenkörper verbunden
zu sein.
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In
einer anderen Ausführungsform,
die nicht gezeigt wird, können
die Düsenspitze
und das Dichtungsteil beide in oder auf den Düsenkörper aufgepresst werden. Das
Aufpressen kann eine geeignete Verbindung sein, um die Anordnung
selbst unter Einspritzdrücken
in Verbindung zu halten. Alternativ kann das Aufpressen weniger
fest sein, um, wenn erwünscht,
das Entfernen zu erleichtern, wobei in diesem Fall die Bauteile
durch Verankerung zwischen dem Formblock und der Düse in Position
gehalten werden können.
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In
der in 6 gezeigten Ausführungsform umfasst die Ventilnadel 42 einen
optionalen Entlastungskanal 78, der sich entlang eines
Teils des Körpers 46 in
Längsrichtung
erstreckt. Die Funktion des Entlastungskanals 78 ist weiter
unten erklärt.
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In
der in 6 gezeigten Position ist die Ventilnadel 42 in
der geöffneten
Position und von der Angussöffnung 20 beabstandet.
Bezug nehmend auf 7 wird der erste Kontakt durch
die Ventilnadel 42 zwischen der ersten Führungsoberfläche 74 und
der zweiten Führungsoberfläche 58 hergestellt,
wenn die Ventilnadel 42 sich in Richtung der Angussöffnung 20 bewegt
wird und wenn die Ventilnadel in Bezug auf die Angussöffnung 20 falsch
ausgerichtet ist. Die Ventilnadel 42 wird durch die Kooperation
zwischen den ersten und zweiten Führungsoberflächen 54 und 58 in
die Ausrichtung geführt
und die Ausrichtung wird durch die ersten und zweiten Ausrichtungsoberflächen 56 und 60 gehalten,
bis die Ventilnadel 42, wie in 8 gezeigt,
die Angussöffnung 20 schließt.
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Wenn
die Ventilnadel 42 sich der in 8 gezeigten
Position annähert,
stellt der Entlastungskanal 78, der in der ersten Ausrichtungsoberfläche 56 vorgesehen
ist, einen Weg für
die Schmelze bereit, die durch das Ende der Ventilnadel 42 verdrängt wird, wenn
sie selbst vorwärts
bewegt wird, um die Angussöffnung 20 zu
schließen.
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Bezug
nehmend auf 9 ist es alternativ für die zweite
Ausrichtungsoberfläche 60 möglich, einen
Entlastungskanal 79 zu umfassen, anstatt des Entlastungskanals 78 auf
der Ventilnadel 42.
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Eine
Konstruktion des Düsenkörpers 16a, der
Düsenspitze 16b und
des Dichtungsteils 16c wird in 9 gezeigt.
Die Bohrung 75 in dem in 9 gezeigten
Düsenkörper 16a ist
mit einem Gewinde versehen, um mit einer Außengewindeoberfläche auf der
Düsenspitze 16b zusammenzupassen.
Die Gewindespitze 16b kann so direkt mit dem Düsenkörper 16a verbunden
werden. Das Dichtungsteil 16c kann in jeder geeigneten
Weise an der Düsenspitze 16b montiert
werden. Diese Verbindung der Gewindespitze 16b fällt nicht
unter den Umfang des Anspruchs 1.
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Bezug
wird auf 10 genommen, die das Ventilnadelführungs-
und Ausrichtungssystem 44 zeigt, das weiter optionale dritte
und vierte Führungs- und
Ausrichtungsstrukturen 80 und 87 umfasst, die zusammenwirken,
um die Ventilnadel weiter in Bezug auf die Angussöffnung 20 auszurichten.
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Die
dritte Führungs-
und Ausrichtungsstruktur 80 ist auf dem Ventilkörper 46 stromaufwärts von der
ersten Struktur 52 positioniert. Der Term stromaufwärts wird
in Beziehung zu der Richtung der durch die Düse 16 strömenden Schmelze
genutzt. Die dritte Struktur 80 kann der ersten Struktur 52 ähnlich sein, außer dass
die dritte Struktur 80 einen allgemeinen größeren Durchmesser
als die erste Struktur 52 aufweist. Die dritte Struktur 80 umfasst
eine dritte Führungsoberfläche 84 und
eine dritte Ausrichtungsoberfläche 86.
-
Die
vierte Struktur 87 kann der zweiten Struktur 82 ähnlich sein
und kann eine vierte Führungsoberfläche 88 und
eine vierte Ausrichtungsoberfläche 90 einschließen. Die
vierte Struktur 87 kann irgendwo geeignet positioniert
sein, wie beispielsweise auf der Düsenspitze 16b.
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Es
ist im besonderen in der in 10 gezeigten
Ausführungsform
für die
Düse 16 und
besonders für
die Düsenspitze 16b bevorzugt,
mit der Angussöffnung 20 ausgerichtet
zu sein, so dass die dritten und vierten Strukturen 80 und 87 mit
den ersten und zweiten Strukturen 52 und 62 zusammenwirken,
um eine verbesserte Ausrichtung der Ventilnadel 42 bereitzustellen.
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Die
dritten und vierten Strukturen 80 und 87 können wie
in 10 gezeigt, integral auf der Ventilnadel 42 und
der Düsenspitze 16b eingebunden
sein oder eine oder beide können
separat von der Ventilnadel 42 und der Düsenspitze 16b sein
sowie entfernbar daran angebracht sein.
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Wie
in 11 gezeigt, tritt der erste Kontakt durch die
Ventilnadel 42 an der Führungsoberfläche 88 der
vierten Struktur 87 auf, wenn die Ventilnadel 42 falsch
ausgerichtet ist. Die Führungsoberfläche 88 kann
mit einer relativ geringen Schrägung
geneigt sein, um die Druckverluste in der Schmelzströmung durch
die Düsenspitze 16b zu
reduzieren. Es muss dabei beachtet werden, sicherzustellen, dass
die dritten und vierten Führungsoberflächen 84 und 88 zusammenwirken
und dass andere Oberflächen
der Ventilnadel 42 wie die Dichtungsoberfläche 48 die Düsenspitze 16b nicht
berühren.
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Nachdem
die Ventilnadel 42 durch die Kooperation der dritten und
vierten Ausrichtungsoberflächen 86 und 90 ausgerichtet
wird berührt,
wie in 12 gezeigt, die Ventilnadel 42 als
Nächstes
die ersten und zweiten Strukturen 52 und 62. Die
Ausrichtungsoberfächen 56 und 60 wirken
mit den Ausrichtungsoberflächen 86 und 90 zusammen,
so dass die Ventilnadel 42 relativ gerade in die Angussöffnung 20 eintritt
und nicht mit einem Winkel in Bezug auf die Achse der Angussöffnung 20,
wie in 13 gezeigt. Dies reduziert weiter
das Risiko des Verkratzens oder anderweitiger Beschädigung der
Dichtungsoberflächen 36 und 48 auf
der Ventilnadel 42 und der Angussöffnung 20.
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Bezug
wird auf 14 genommen, die eine Variante
der Düse 16 zeigt.
In dieser Variante ist die Düsenspitze 16b nicht
mit einem Gewinde versehen, sondern sitzt in der Bohrung 75 in
dem Düsenkörper 16a.
Der Düsenkörper 16a hat
eine Gewindeoberfläche 76a mit
einem Außengewinde.
Das Dichtungsteil 16c weist eine Innengewindeoberfläche 76b auf,
die mit der Gewindeoberfläche 76a zusammenpasst.
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Das
Dichtungsteil 76c hält
die Düsenspitze 16a an
seinem Platz in der Bohrung 75 hat aber keinen direkten
Kontakt mit der Düsenspitze 16a.
Statt dessen ist ein zweites Dichtungsteil 16d zwischen dem
Dichtungsteil 16c und der Düsenspitze 16b vorgesehen.
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Die
Präsenz
des zweiten Dichtungsteils 16d bewirkt zwischen dem Dichtungsteil 16c und
der Düsenspitze 16b einen
Luftspalt 94. Weil die Düsenspitze 16b und
das Dichtungsteil 16c an keinem Punkt direkt miteinander
in Berührung
stehen, ist der gesamte Wärmetransport
zwischen ihnen reduziert im Verhältnis
zu einer Anordnung, bei der sie in direktem Kontakt miteinander
stehen.
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Weiterhin
reduziert der Luftspalt 94 auch den Wärmetransport zwischen der Düsenspitze 16b und dem
Dichtungsteil 16c. Da Luft eine relativ geringere thermische
Leitfähigkeit
als Schmelze aufweist, isoliert der Luftspalt 94 besser
gegen einen Wärmetransport
zwischen der Spitze 16b und dem Dichtungsteil 16c als
wenn der Luftspalt 94 mit Schmelze gefüllt wäre. Durch das Reduzieren der
Wärmeverluste
von der Düsenspitze 16a kann
die Schmelze darin vor dem Einspritzen in den Formhohlraum 22 leichter
auf einer kontrollierten Temperatur gehalten werden.
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Das
zweite Dichtungsteil 16d kann ein O-Ring 96 sein,
der in einer ersten Nut in der Düsenspitze 16b und
in einer zweiten Nut in dem Dichtungsteil 16c positioniert
ist. Es ist alternativ möglich, dass
entweder die Düsenspitze 16b oder
das Dichtungsteil 16c eine ausreichend tiefe Nut enthält, um den
O-Ring 96 zu erfassen, während das andere der Bauteile 16b und 16c gar
keine Nut aufweist.
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Das
zweite Dichtungsteil 16d kann aus einem Material hergestellt
sein, das für
die Abdichtung gegen eine Schmelzeleckage geeignet ist. Für die Form
des O-Rings 72 schließen
geeignete Materialien zum Beispiel Edelstahl ein, wie beispielsweise
Inconel. Das zweite Dichtungsteil 16d kann auch aus einem
Material hergestellt sein, dessen thermische Leitfähigkeit
geringer ist als die der Spitze 16b, um den Wärmeverlust
von der Spitze 16b zu dem Dichtungsteil 16c zu
reduzieren. Bevorzugterweise weist das zweite Dichtungsteil 16d eine
thermische Leitfähigkeit
auf, die geringer ist als die des Düsenkörpers 16a. Noch bevorzugter
hat das zweite Dichtungsteil 16d eine thermische Leitfähigkeit,
die geringer ist als die des Dichtungsteils 16c.
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Die
spezifische Querschnittsform des zweiten Dichtungsteils 16d wurde
in Allgemeinen als kreisförmig
dargestellt, jedoch können
auch andere Querschnittsformen verwendet werden.
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Die
Führungs-
und Ausrichtungsoberflächen 54, 56, 58 und 60 und
die Dichtungsoberflächen 36 und 48 arbeiten
in einer Weise, die ähnlich
ist zu der, die in Bezug auf die Ausführungsformen der 6 bis 8 beschrieben
wird.
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Bezug
wird auf 15 genommen, die eine andere
Variante der Düse 16 zeigt,
die ähnlich
zu der in 14 gezeigten Variante ist. Jedoch
passt in der Variante aus 15 die
Innengewindeoberfläche 76b des
Dichtungsteils 16c mit einer Außengewindeoberfläche 76c eines
Isolatorteils 16e zusammen. Das Isolatorteil 16e kann
auch eine Innengewindeoberfläche 76d aufweisen,
die mit der Außengewindeoberfläche 76a auf
dem Düsenkörper 16a zusammenpasst.
-
Das
optionale Isolatorteil 16e ist an dem Düsenkörper 82 angebracht
und nimmt das Spitzeneinfassungsteil 86 auf. Das Isolatorteil 16e kann
aus einem Material mit einer relativ geringeren thermischen Leitfähigkeit
als das des Dichtungsteils 16c hergestellt sein, um die
gesamte Wärmeleitfähigkeit
des Wegs von dem Düsenkörper 16a durch
das Isolatorteil 16e und wiederum durch das Dichtungsteil 16c und
in das Formbauteil 24 hinein zu reduzieren.
-
Durch
das Isolatorteil 16e zwischen dem Dichtungsteil 16c und
dem Düsenkörper 16a kann das
Dichtungsteil 16c aus einem Material mit einer gewünschten
Verschleißfestigkeit
hergestellt sein mit einer geringeren Beachtung, ob es eine relativ
hohe oder geringe thermische Leitfähigkeit relativ zu dem des
Düsenkörpers 16a aufweist.
-
Die
Führungs-
und Ausrichtungsoberflächen 54, 56, 58 und 60 und
die Dichtungsoberflächen 36 und 48 arbeiten
in einer Weise ähnlich
zu der, die in Bezug auf die Ausführungsformen der 6 bis 8 beschrieben
wird.
-
Bezug
wird auf 16 genommen, die noch eine andere
Variante der Düse 16 zeigt,
die ähnlich der
in 14 gezeigten Variante ist. Jedoch weist in der
Variante aus 16 die Bohrung 75 in
dem Düsenkörper 16a einen
Gewindeabschnitt 76e auf, der mit einer entsprechenden
Gewindeoberfläche 76f auf der
Düsenspitze 16b zusammenwirkt.
Das Dichtungsteil 16d in dieser Ausführungsform hat auch die Gewindeoberfläche 76b,
die mit der Außengewindeoberfläche 75a des
Düsenkörpers 16a zusammenpasst.
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Die
Führungs-
und Ausrichtungsoberflächen 54, 56, 58 und 60 und
die Dichtungsoberflächen 36 und 48 arbeiten
in einer Weise, die ähnlich
ist zu der, die in Bezug auf die Ausführungsformen aus den 6–8 beschrieben
wird.
-
In
den Figuren wird ein besonderes Beispiel einer Spritzgießvorrichtung
gezeigt. Es ist selbstverständlich,
dass die Spritzgießvorrichtung
jede geeignete Art von Spritzgießvorrichtung sein kann. Weiterhin
kann die Spritzgießvorrichtung
wenigstens einen Heißläufer aufweisen
oder mehrere Heißläufer haben
und kann auch wenigstens einen Formhohlraum aufweisen oder mehrere
Formhohlräume
haben. Weiterhin kann jeder Formhohlraum mit mehr als einer Angussöffnung versehen
sein. Auch kann mehr als ein Material gleichzeitig durch die Spritzgießvorrichtung
und in jeden Formhohlraum hinein übertragen werden, z.B. beim
Herstellen von geformten Artikeln, die mehrere Schichten von unterschiedlichen Materialien
aufweisen.
-
In
den oben beschriebenen Ausführungsformen
wurden die ersten und zweiten Führungsoberflächen als
kegelstumpfförmig
beschrieben, jedoch ist es selbstverständlich, dass auch andere Oberflächenformen
geeignet sind. Zum Beispiel können
die ersten und zweiten Führungsoberflächen im
Profil gebogen sein (siehe 19a und 19b). Wie in 19a gezeigt,
kann die erste Führungsoberfläche 54 allmählich in
die erste Ausrichtungsoberfläche 56 übergehen.
Die allmähliche
Biegung eliminiert die Eckenkante, die zwischen der ersten Führungsoberfläche 54 und
der ersten Ausrichtungsoberfläche 56, die
in den in den 3 bis 16 gezeigten
Ausführungsformen
existiert. Die allmähliche
Biegung eliminiert dadurch eine potenzielle Beschädigungsquelle für die Ventilnadel
und die zweite Führungs-
und Ausrichtungsstruktur.
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Wie
in 19b gezeigt, kann auch die zweite Führungsoberfläche 58 allmählich in
die zweite Ausrichtungsoberfläche 60 übergehen
und dadurch eine Eckenkante eliminieren, die in den in den 3–16 gezeigten
Ausführungsformen
existiert. Die allmähliche
Biegung eliminiert dadurch eine potenzielle Beschädigungsquelle.
Als eine weitere Alternative kann eine allmähliche Biegung zwischen den
ersten Oberflächen 54 und 56 und
den zweiten Oberflächen 58 und 60 vorgesehen
sein.
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In
einigen oben beschriebenen Ausführungsformen
ist die zweite Führungs- und Ausrichtungsstruktur
integral in dem Formblock enthalten, während in an deren die zweite
Führungs-
und Ausrichtungsstruktur in einem separaten Angusseinsatz enthalten
ist, in einem separaten Teil, das entfernbar von dem Formblock 24 montierbar
und separat von der Angussöffnung
(siehe 5 und 6) ist. Es ist in dem Umfang
der Erfindung, dass der Formblock in jeder der oben beschriebenen
Ausführungsformen
optional jede Struktur enthält,
die darin entfernbar oder fest montiert sein kann, und die darin
die zweite Führungs- und Ausrichtungsstruktur
definieren könnte, oder
die zweite Führungs-
und Ausrichtungsstruktur integral direkt in dem Formblock definiert.
Bezug nehmend auf die 20 kann z.B. die Angussöffnung 20 in
einem Angusseinsatz 98 definiert sein, der sowohl mit dem
Düsenkörper 16a als
auch mit dem Formblock 24 verbunden ist. In der in 20 gezeigten Ausführungsform
ersetzt der Angusseinsatz 98 das in den Ausführungsformen
in den 3–16 vorgesehene
Dichtungsteil. In dieser Ausführungsform sind
die zweite Führungsoberfläche 58 und
die zweite Ausrichtungsoberfläche 60 stromabwärts von
der Angussöffnung 20 in
dem Angusseinsatz 98 positioniert. Der Angusseinsatz 98 ist
mit dem Düsenkörper 16a mittels
einer Gewindeverbindung verbunden. Der Angusseinsatz 98 kann
an der Außenoberfläche des
Düsenkörpers 16a,
wie in 20 gezeigt, angeordnet sein.
In jeder alternativen Ausführungsform, die
nicht gezeigt ist, kann der Angusseinsatz an einer inneren Bohrung
in dem Düsenkörper angeordnet sein.
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In
den beschriebenen Ausführungsformen umfasst
die Düse
einen Düsenkörper und
eine Düsenspitze,
die thermisch leitfähig
sind, sowie ein Dichtungsteil, das geringer thermisch leitfähig ist
und das direkt an dem Düsenkörper und/oder
der Düsenspitze
angeordnet ist. Nicht unter den Umfang der Ansprüche fällt eine Ausführungsform,
in der das Dichtungsteil mit einem anderen Bauteil verbunden ist,
das an dem Düsenkörper oder
Düsenspitze
angeordnet ist. Dieses andere Bauteil selbst kann, wenn gewünscht, aus
einem thermisch leitfähigen
Material hergestellt sein, das nicht in direktem Kontakt mit dem
Formblock 24 steht.