DE69228683T2

DE69228683T2 - Düse für gasunterstütztes spritzgiessen

Info

Publication number: DE69228683T2
Application number: DE69228683T
Authority: DE
Inventors: Tom Johnson
Original assignee: Nitrojection Corp
Current assignee: Nitrojection Corp
Priority date: 1991-06-18
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2012-05-30
Also published as: EP0590021B1; WO1992022412A1; JPH06508311A; EP0590021A4; EP0590021A1; CA2110168C; CA2110168A1; US5164200A; DE69228683D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Düsen zum Spritzgießen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Düse zum Spritzgießen von Kunststoffmaterialien, die mit Strömungsmittelunterstützung arbeitet.
Die Erfindung ist insbesondere auf eine gasunterstützte Spritzgießdüse anwendbar, die es einem viskosen Strömungsmittel, wie etwa einem geschmolzenen Kunststoff erlaubt, selektiv in einen Formhohlraum einzuströmen, und die ferner die selektive Strömung eines nicht viskosen Strömungsmittels, wie etwa eines Gases in den Formhohlraum erlaubt. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß die Erfindung breitere Anwendungen hat und auch für den Einsatz an vielen anderen. Spritzguß- Standorten angepaßt werden kann, wo ein relativ viskoses Strömungsmittel, wie ein Kunststoff oder Wachs, und ein relativ nicht viskoses Strömungsmittel, wie etwa ein Gas der eine Flüssigkeit, in einen Formhohlraum eingespritzt werden.
In jüngster Zeit hat das gasunterstützte Spritzgießen Beliebtheit erlangt. Bei diesem Verfahren wird der Formhohlraum mit einem erweichten thermoplastischen Material üblicherweise bis zu einem Volumen von weniger als 100 Prozent des Formhohlraums gefüllt, und ein Inertgas wird unter Druck in das plastifizierte Material injiziert, um das übrige Volumen in dem Formhohlraum zu füllen. Das Gas wird in die Mitte der Kunststoffströmung eingespritzt, mischt sich aber Licht mit der Schmelze, sondern läuft vielmehr in speziell ausgebildeten Kanälen entlang. Auf diese Weise kann bei einem geeignet ausgebildeten Teil ein ununterbrochenes Netzwerk ausgehöhlter Querschnitte vorgesehen werden. Das durch das Gas aus der Mitte der Querschnitte verdrängte Material wandert nach außen, um den Rest des Formraums auszufüllen.
Dieses Netzwerk von Gaskanälen schafft während der Erhärtung und Abkühlung des Teils in dem Formraum ein gleichmäßiges Druckverteilungssystem, wodurch die inneren Spannungen in dem Teil minimiert werden. Die Gaseinspritzung bringt die Lösung für zahlreiche Probleme, die die Spritzgießindustrie lange geplagt haben. Diese sind die Reduzierung der Spannung und des Verziehens des Kunststoffteils, die Beseitigung von Einfallstellen und die Schaffung glatter Oberflächen auf dem Spritzgußteil. Ferner kann der Schließdruck im Vergleich zu herkömmlichen Spritzgießverfahren reduziert werden. Das Verfahren erlaubt auch unterschiedliche Wandstärken für ein einzelnes Teil und kürzere Zykluszeiten im Vergleich zu den herkömmlichen Spritzgießverfahren. Das gasunterstützte Spritzgießen verringert auch die Notwendigkeit äußerer Angußverteiler.
Für das gasunterstützte Spritzgießen sind mehrere Düsenarten bekannt. Viele dieser Düsen führen das Gas jedoch nicht durch die Düse zurück, wenn die Gasentladung erforderlich ist. Selbst die Düsen, welche das Gas zurück durch die Düse entlüften, sind unbefriedigend, weil der in der Düse oder im Angußkegel und dem Hauptkanal verbleibende geschmolzene Kunststoff häufig zusammen mit dem Gas rückwärts entweicht und so eine der Hauptschwierigkeiten beim gasunterstützten Spritzgießen verursacht, nämlich die Verstopfung der Gaskanäle in der Düse mit thermoplastischem Kunststoff, der fest wird und einen weiteren Gasstrom durch diese Kanäle blockiert. Ferner können die Gasleitungen und Ventile abströmseitig der Düse verstopft werden. Die Düse wird dann unbrauchbar, bis sie gereinigt wird, was ein zeitraubendes, schwieriges und kostspieliges Verfahren ist.
Der Leser wird beispielsweise auf die Beschreibung in EP-A-360189 hingewiesen, die ein gasunterstütztes Spritzgießen unter Benutzung einer Anordnung betrifft, bei der ein stationärer Stift an einem Düsenkörper befestigt ist, wobei ein Zylinder relativ zu dem Düsenkörper und dem Stift hin- und hergeht. Die Beschreibung in JP-A-55-9863 gibt eins Düsenvorrichtung zur gleichzeitigen Strömungsmittelabgabe an, bei der ein äußerer Strömungskanal mit einem Düsenkörper und einem Nadelventil und ein innerer Strömungskanal in der Ventilmitte nicht gleichzeitig öffnen.
Eine kürzlich vervollkommnete Düse beseitigt viele dieser Nachteile durch Benutzung eines Stiftes, der stationär bleibt, wenn ein Zylinder der Düse um den Stift hin- und hergeht. Dieser Apparatetyp erfordert jedoch eine Dichtungseinrichtung, um die Gasströmung durch den. Zylinder in der Richtung von dem Formhohlraum weg zu verhindern. Wenn der Zylinder relativ zu dem stationären Stift hin- und hergeht, verschleißt die Dichtungseinrichtung schnell und sie wird undicht, so daß die Düse auseinandergenommen werden muß, um den Austausch der Dichtungseinrichtung zu ermöglichen. Die bei dem bekannten Gerät benutzte Stiftart ist auch ziemlich lang und kann leicht brechen, wenn eine Fehlfunktion der hin- und herlaufenden Zylindermechanik auftritt.
Es wurde daher als wünschenswert erachtet, eine neue und verbesserte, gasunterstützte Spritzgußdüse zu entwickeln, die die vorgenannten und andere Schwierigkeiten überwindet und dabei bessere und vorteilhaftere Gesamtergebnisse liefert.

Kurzer Abriß der Erfindung

Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einspritzen eines viskosen Strömungsmittels, wie eines thermoplastischen Kunststoffs, und eines nicht viskosen Strömungsmittels, wie etwa eines Gases, in den Formhohlraum eines Formkörpers geschaffen.
Insbesondere wird nach der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung geschaffen zum Einspritzen eines viskosen Strömungsmittels und eines nicht-viskosen Strömungsmittels in einen Formhohlraum eines Formkörpers mit
einem Düsenkörper mit einem Eintrittsende und einem Abgabeende sowie einem Strömungskanal für das viskose Strömungsmittel von dem genannten Eintrittsende zu dem genannten Abgabeende und
einem in dem Strömungskanal des Düsenkörpers hin- und herfahrbar angebrachten Ventilelement zur Steuerung der Strömung des viskosen Strömungsmittels durch das Abgabeende des Düsenkörpers, wobei dass genannte Ventilelement
einen Zylinder mit einem ersten Ende, das mit einem Teil des Abgabeendes des Düsenkörpers zur Verhinderung des Durchflußes des viskosen Strömungsmittels wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, und einem zweiten Ende,
eine sich in dem Zylinder in Längsrichtung erstreckende Bohrung und
einen in der Zylinderbohrung angeordneten Stift umfaßt, der ein an dem ersten. Ende des Zylinders angeordnetes erstes Ende hat, so daß der Stift und der Zylinder an dem ersten Ende des Zylinders zwischen sich eine ringförmige Öffnung begrenzen, die mit der genannten Zylinderbohrung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift an dem Zylinder so betriebsmäßig befestigt ist, daß er sich zusammen mit dem Zylinder bewegen kann, wenn sich dieser in dem Düsenkörper hin und her bewegt.
Die Vorrichtung umfaßt ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur Hin- und Herbewegung des Zylinders in dem Strömungskanal des Düsenkörpers. Diese Einrichtung kann ein Quergliedelement umfassen, das vorzugsweise einen zweiten Strömungskanal für nicht viskoses Strömungsmittel enthält zur Verbindung mit dem ersten Strömungsmittelkanal für nicht viskoses Strömungsmittel. Der Stift kann an dem Quergliedelement befestigt sein.
Gewünschtenfalls kann der Stift die Form eines geraden Zylinders haben, so daß ein ringförmiger Strömungskanal von im wesentlichen konstantem Durchmesser geschaffen wird, obgleich viele andere Stiftausbildungen auch möglich sind. Vorzugsweise ist das vordere Ende des Stiftes etwa bündig mit dem vorderen Ende des Zylinders.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten, strömungsmittelunterstützten Spritzgußdüse.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer strömungsmittelunterstützten Spritzgußdüse, die die Strömung des viskosen Strömungsmittels, wie etwa eines geschmolzenen Kunststoffs, in einen Formhohlraum und die Strömung eines nicht viskosen Strömungsmittels, wie etwa eines Gases, in den Formhohlraum erlaubt und eine Ableitung des nicht viskosen Strömungsmittels aus dem Formhohlraum ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden. Erfindung ist die Schaffung einer strömungsmittelunterstützten Spritzgußdüse, die nicht zur Verstopfung neigt, wie dies bei den herkömmlichen Düsen dieser Art der Fall ist.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer strömungsmittelunterstützten Spritzgußdüse, in der sich ein Strömungsweg zwischen dem Stift und einem Zylinder erstreckt, in dem der Stift angebracht ist. Der Strömungsweg kann ringförmig sein, und der Stift kann die Form eines geraden Zylinders haben, um so einen ringförmigen Strömungsweg von konstantem Durchmesser zu begrenzen. Der Stift könnte jedoch auch viele andere Ausgestaltungen haben, um so andere Strömungswegarten zu definieren.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer gasunterstützten Spritzgußdüse mit einem beweglichen Ventilelement einschließlich eines Zylinders. Ein Stift ist an dem Ventilelement befestigt und erstreckt sich durch eine Öffnung in den Zylinder. In dieser Düse geht der Stift zusammen mit dem Zylinder hin und her. Bei dieser Konstruktion entfällt die Notwendigkeit jeglicher Dichtungselemente zwischen dem Stift und dem Ventilelement, so daß die Konstruktion und die Wartung der Düse im Vergleich zu bekannten Düsen vereinfacht werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer gasunterstützten Spritzgußdüse mit einem an einem Quergliedelement befestigten Zylinder und einem sich durch eine Öffnung in dem Zylinder erstreckenden, ebenfalls an dem Quergliedelement befestigten Stift. Bei dieser Konstruktion entfällt die Notwendigkeit, den Stift an dem Ventilkörper zu befestigen, wodurch die Stiftlänge verkürzt wird, Material eingespart wird und der Stift weniger bruchgefährdet ist.
Weitere Vorteile und Nützlichkeiten der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung kann in bestimmten Konstruktionen ausgebildet werden, deren bevorzugte und verschiedene Ausführungsformen im Detail in dieser Beschreibung beschrieben und in der beiliegenden Zeichnung dargestellt werden.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Seitendarstellung im Schnitt einer gasunterstützten Spritzgießvorrichtung zusammen mit einer Form nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen stark vergrößerten Schnitt eines Teils der Vorrichtung der Fig. 1, wobei der hin- und hergehende Zylinder in einer geschlossenen Stellung ist,
Fig. 3 einen stark vergrößerten Schnitt eines anderen Teils der Vorrichtung der Fig. 1,
die Fig. 4A-D Schnittdarstellungen durch Zylinder mit anderen Stiftformen,
Fig. 5A und 5B vergrößerte Seitenansichten, die verschiedene Formen des Stiftendes zeigen,
Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt, der noch eine andere Stiftform darstellt,
Fig. 7 einen vergrößerten Längsschnitt eines Zylinder- und Stiftendes, der eine weitere Stiftform zeigt,
Fig. 8 einen vergrößerten Längsschnitt, der noch eine weitere Stiftausbildung zeigt,
Fig. 9 einen vergrößerten Schnitt einer anderen Version einer Einrichtung zur Anbringung eines Stiftendes an dem Querstab, und
Fig. 10 eine vergrößerte Schnittdarstellung, die eine weitere Befestigungseinrichtung für das Stiftende zeigt.

Detaillierte Schreibung der bevorzugten und veränderten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf die Zeichnung, in der die Darstellungen nur bevorzugte und verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen, ohne diese dadurch zu beschränken, zeigt Fig. 1 eine strömungsmittelunterstützte Spritzgießvorrichtung mit dem Gegenstand der neuen Düse A in Anordnung an einem Formkörper B. Während die Düse hauptsächlich für eine Vorrichtung zum gasunterstützten Spritzgießen geschmolzener Thermoplaste konstruiert ist und nachfolgend im Zusammenhang mit dieser Vorrichtung beschrieben wird, ist zu bemerken, daß die Düse auch bei verschiedenen anderen Formaufgaben eingesetzt werden könnte, bei denen ein relativ viskoses Strömungsmittel und ein relativ nicht viskoses Strömungsmittel eingespritzt werden, wie etwa zur Herstellung verlorener Wachsmodelle und dergl..
Die Düse umfaßt einen Düsenkörper 10 mit einem Eintrittsende 12 und einem Abgabeende 141. Die Düse hat ein Gehäuse mit einem mittleren Abschnitt 20 und einem Adapter oder hinteren Abschnitt 22 mit einer durchgehenden Längsbohrung 24. Ferner sind ein Zylindergehäuse 26 mit einer durchgehenden Längsbohrung 28 und ein Vorderteil 30 vorgesehen, das in ähnlicher Weise eine durchgehende Längsbohrung 32 hat. Der Adapter 22 ist zweckmäßigerweise an den mittleren Abschnitt 20 durch ein Schraubgewinde 34 befestigt. Ebenso ist das Zylindergehäuse 26 durch ein Schraubgewinde 36 an dem mittleren Abschnitt 20 befestigt. Das Vorderteil 30 ist durch ein geeignetes Gewinde 38 an dem Zylindergehäuse 26 befestigt.
Der Mittelabschnitt 20 hat eine in Längsrichtung durchgehende Öffnung 40 in einer Ausrichtung, die mit den Bohrungen 24, 28 und 32 des Adapters, Zylindergehäuses bzw. Vorderteils koaxial ist. Vorzugsweise sind in dem Mittelabschnitt 20 bekanntlich zwei nierenförmige Öffnungen 40 vorgesehen. Dies ermöglicht die Bildung eines gänzlich durch die Düse A verlaufenden Strömungskanals. Eine zweite Öffnung 42 erstreckt sich durch die entgegengesetzten Seitenwandungen des Mittelabschnitts 20 in einer Richtung, die senkrecht zu der ersten Öffnung 40 steht und mit dieser nicht in Verbindung ist. Ein Ventilkörper 48 ist zur hin- und hergehenden Bewegung in dem Düsenkörper 10 eingerichtet. Zu diesem Zweck ist ein Spreizer oder Zylinder 50 des Ventilkörpers in der Bohrung 28 des Zylindergehäuses 26 hin- und herfahrbar montiert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 hat der Zylinder 50 ein angeschrägtes erstes Ende 52 an seinem vorderen Abschnitt 54 sowie einen hinteren Abschnitt 56 mit einem Gewindeende 58 (Fig. 3). Das Endstück 48 ermöglicht es, den Zylinder 50 in eine Gewindebohrung 59 eines Querstabs oder eines Quergliedelements 60 zu befestigen, das sich durch die zweite Öffnung 42 des Mittelabschnitts erstreckt. Ein Gewinde 62 dient dazu, den vorderen und hinteren Zylinderabschnitt 54 und 56 miteinander zuverbinden. Durch den vorderen und hinteren Abschnitt 54 und 56 erstreckt sich in Längsrichtung eine Bohrung. 62. Durch die Bohrung 62 wird so ein durch den Zylinder 50 in Längsrichtung verlaufender Weg begrenzt.
Durch die Bohrung 62 erstreckt sich ein zweckmäßig geformter Stift 80, der einen Außendurchmesser geeigneter Größe hat, so daß der Stift nicht auf den Zylinder 50 trifft. Mit anderen Worten ist der Außendurchmesser des Stiftes 80 kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders 64. Der Stift 80 hat ein vorderes Ende 82, das sich an dem vorderen Zylinderende 52 befindet. Das vordere Ende 82 hat eine Frontseite 83. Wie in Fig. 3 gezeigt, hat der Stift auch ein in geeigneter Weise mit Gewinde versehenes hinteres Ende 84, so daß er in eine geeignete Gewindeöffnung 85 in dem Quergliedelement 60 eingeschraubt werden kann. Da der Stift 80 in das Quergliedelement 60 eingeschraubt wird, kann seine Vorderseite 83 relativ zu dem vorderen Zylinderende 88 genau einstellt werden. Vorzugsweise ist die vordere Stiftseite 83 bündig mit dem vorderen Zylinderende 88, jedoch könnte die Stiftspitze auch etwas gegenüber dem vorderen Zylinderende vor- oder zurückstehen. Um das Entweichen von Gas zwischen den Gewinden 84 und 85 zu verhindern, kann die Bohrung in dem Querstab eine Blindbohrung sein, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Andere Möglichkeiten zur Herstellung einer leckdichten Verbindung sind jedoch auch denkbar. Natürlich könnte der Stift 18 auch in anderer Weise angebracht werden, so daß er sich mit dem Zylinder bewegt oder hin- und hergeht.
Die Gasströmung zwischen dem Stift und dem Zylinder erfolgt durch einen zwischen Ihnen begrenzten Gasströmungskanal 86, wie am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Der Gasströmungskanal um den Stift 80 herum ist ring- oder hülsenförmig. Da der Stift 80 an dem Quergliedelement 60 befestigt ist, bewegt sich der Stift mit dem Zylinder 50 hin und her, so daß die Stiftspitze 82 sich immer an der Spitze 88 des vorderen Zylinderendes 52 befindet. Vorzugsweise hat der Stift 80 die Form eines geraden Zylinders von im wesentlichen konstantem Durchmesser, obgleich andere Formen des Stiftes auch möglich sind.
Es ist anzunehmen, daß das vordere Ende des Stiftes 80, d. h. dessen flache Vorderseite 83 etwa bündig mit dem vorderen Ende des Zylinders 50 angeordnet sein sollte. Es ist anzunehmen, daß bei dieser Konstruktionsart der geschmolzene Thermoplast nicht zur Abkühlung in dem Bereich des vorderen Stiftendes tendiert und dadurch an dieser Stelle einen kalten Klumpen bildet. Ferner ist anzunehmen, daß die Anordnung der Stiftspitze 83 an und vorzugsweise bündig mit dem vorderen Ende des Zylinders die Neigung des Kunststoffs ausschaltet, in einem Spalt hängenzubleiben, der sich zwischen der Stiftspitze und dem vorderen Zylinderende bilden würde, wenn sich die Stiftspitze hinter dem vorderen Zylinderende befände.
In der Bohrung 62 befindet sich ein Zentrierungsstern 100, der den Stift 80 so unterstützt, das sein Flattern oder seine Bewegung quer zu der Hin- und Herbewegung des Zylinders 50 verhindert wird. Ein geeigneter Zentrierungsstern 104 in der Bohrung 28 kann gewünschtenfalls das vordere Ende des Zylinders unterstützen. Auch dies hätte den Zweck, daß vordere Ende des Zylinders daran zu hindern, sich in einer Richtung quer zu seiner Hin- und Herbewegung zu bewegen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist der Gaskanal 86 zwischen dem Zylinder 50 und dem Stift 80 begrenzt und mit einer Bohrung 120 in Verbindung, die sich in Längsrichtung durch den Querstab oder das Quergliedelement 60 erstreckt, das durch das Gewinde 58 an dem Zylinder 50 befestigt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, steht die Bohrung 120 an beiden Enden des Querstabs 122 mit einer geeigneten Strömungsmittelleitung 124 und 126 in Verbindung.
Gewünschtenfalls können in dem Zylindergehäuse 26 eine oder mehrere Längsbohrungen 142 zur Aufnahme eines herkömmlichen Staberhitzers 144 oder Eines herkömmlichen Thermoelements 146 vorgesehen werden.
Die Düse umfaßt ferner vorzugsweise eine Einrichtung, um den Ventilkörper 48 selektiv in eine erste Richtung zu drücken, um so das Abgabeende 14 des Düsenkörpers durch Anlage der Seite 52 des Zylinders 50 an einem Winkelteil 146 des Vorderteils 30 zu verschließen (siehe Fig. 2), sowie in eine zweite Richtung, um das Abgabeende zu öffnen. Die Einrichtung zur selektiven Druckausübung ist an dem Mittelabschnitt 20 des Düsenkörpers angebracht und umfaßt vorzugsweise einen ringförmigen Kolben 150 in einem Gehäuse 152, das eine Kammer oder einen Hohlraum 154 begrenzt, in dem der Kolben von einem Druckmittel gesteuert hin- und hergeht, das selektiv einer der Kolbenseiten zugeführt wird. An der Vorderseite des Kolbens ist ein Paar Kolbenstangen 156 angebracht, die an ihren freien Enden mit zwei Haltern 158 verbunden sind. Die Halter sind ihrerseits so geformt, daß sie den Querstab 60 halten und so die hin- und hergehende Bewegung des Ventilkörpers 48 einschließlich des Zylinders 50 ermöglichen.
Das Vorderteil 30 schließt sich an den Formkörper B an, der eine erste Formhälfte 162 und eine zweite Formhälfte 164 umfaßt. Die Formhälften schließen zwischen sich einen Formhohlraum 166 ein. Vorzugsweise ist in der ersten Formhälfte 162 ein Angußkörper 168 angeordnet, der die Verbindung zwischen dem Vorderteil 30 und dem Formhohlraum 166 herstellt.
Im Betrieb wird eine Menge thermoplastischer Kunststoff, die für die Herstellung des spritzgegossenen Produkts ausreicht und normalerweise kleiner als das Volumen des Formhohlraums 166 ist, wie durch den Zylinder 50 ermöglicht, durch die Bohrungen 24, 40, 28 und 32 sowie durch den Angußkörper 168 in den Formhohlraum 166 eingespritzt. Gleichzeitig damit oder danach wird eine Menge eines geeigneten nicht viskosen Strömungsmittels, wie etwa ein Gas, durch die Strömungsmittelleitung 122 in dem Quergliedelement 60 eingeführt. Sie strömt in den ringförmigen Strömungsmittelkanal 86 und von dort durch den Angußkörper 168 in den Formhohlraum. Das Strömungsmittel, das vorzugsweise ein neutrales Gas, wie Stickstoff ist, bildet einen Strömungsmittelhohlraum 169 oder einen oder mehrere Strömungsmittelkanäle in dem geschmolzenen thermoplastischen Material 170 in dem Formhohlraum 166 und drückt das geschmolzene thermoplastische Material nach außen an die Wandungen des Formhohlraums. Das thermoplastische Material kann dann abkühlen, bis es in der durch den Formhohlraum gegebenen Gestalt formbeständig ist. Anschließend wird das Strömungsmittel aus dem in dem thermoplastischen Material gebildeten Strömungsmittelhohlraum 169 zurück durch den Kanal 86 und die Strömungsmittelleitung 122 entlüftet.
Wie zuvor schon angegeben wurde, besteht ein Hauptproblem beim gasunterstützten Spritzgießen darin, daß beim Entlüften noch geschmolzener Kunststoff in die Gasströmungskanäle zurückgesaugt wird und diese Kanäle blockiert und jeglichen weiteren Gasdurchfluß verhindert. Ein Vorteil der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Konstruktion besteht darin, daß um der. Stift 80 herum nur ein ringförmiger Strömungsmittelkanal 86 anstelle eines zentralen Strömungsweges vorgesehen ist. Dieser ringförmige Weg 86 begrenzt während des Abblasens den Eintritt von geschmolzenem Thermoplast in Form von Fäden oder Teilchen. Thermoplastischer Kunststoff, der zu Beginn des Abblasevorgangs geschmolzen bleibt, befindet sich an der Gas/Kunststoff-Grenzfläche an der Wandung des Gashohlraums 169. Der geschmolzene Kunststoff ist somit relativ zentral angeordnet und strömt (vermutlich in Form eines oder mehrerer geschmolzene Kunststoffbänder) durch den Angußkörper 168, die Vorderteilbohrung 32 und erreicht den Stift 80. Eine turbulente Gasströmung, die vermutlich durch das Zusammenwirken des Zylinders 50 und des Stiftes 80 zwecks Schaffung des ringförmigen Strömungsweges 86 (und nicht eines zentralen Strömungsweges) um den Stiftumfang herum verursacht wird, wird den Kunststoff nach außen aus dem Weg 86 und in die Bohrung 32 drücken. Nach gegenwärtigem Verständnis kühlen sich die Kunststoff-Fäden und -Teilchen dann zu einer Kunststoffschicht ab, die dann an dem äußeren Umfang der Vorderteilbohrung 32 haftet.
Die Bohrung 32 umgibt das vordere Stiftende 82 eng. Vorzugsweise hat der Stift einen Durchmesser von 0,318 cm (0,125 Zoll), während die Zylinderbohrung 62 einen Innendurchmesser von 0,357 cm (0,1406 Zoll) hat. Demgemäß beträgt der Spalt zwischen diesen beiden 0,00396 cm (0,0156 Zoll). Obgleich dieser Spalt sehr klein ist, kann ein geeignetes Gasvolumen aufgrund der hülsenartigen oder ringförmigen Natur des Strömungsweges durch diesen Raum hindurch strömen. Wegen der Ringform des Strömungsweges hat der Strömungsweg genug Querschnittfläche, daß das Gas in den Formhohlraum 166 einströmen und aus ihm ausströmen kann. Die Querschnittsfläche ist π · 0,1785² - π · 0,1759² = 0,1002 - 0,0792 = 0,020994 cm² (π · 0,07032 - π · 0,0625² = 0,0155257 - 0,0122716 = 0,0032541 Quadratzoll).
Die Fig. 4A bis 4D erläutern andere Ausführungen des Stiftes, der sich durch den Zylinder erstreckt. In Fig. 4A erstreckt sich ein sechseckiger Stift 200 durch einen Zylinder 202. Ein ringförmiger Strömungsweg 203 ist zwischen dem sechseckigen Stift 200 und dem Zylinder 202 begrenzt. Er erlaubt die Strömung eines Gases oder eines anderen geeigneten Strömungsmittel zwischen dem Stift und dem Zylinder. Der Stift 200 kann auf seiner Länge gewünschtenfalls einen im wesentlichen konstanten Durchmesser haben. In Fig. 4B erstreckt sich ein ovaler Stift 204 durch den Zylinder 202'. Die Benutzung eines sechseckigen oder ovalen Stiftes kann unter bestimmten Umständen von Vorteil sein. Es ist augenscheinlich, daß die ringförmigen Strömungswege zwischen den Stiften 200 und 204 und den Zylindern 202 und 202' längs des Umfanges des Ringes keine konstante Dicke haben. Unter bestimmten Umständen können diese Strömungswege jedoch vorteilhaft sein. Es sollte auch beachtet werden, daß zahlreiche andere geometrische Formen des Stiftes vorgesehen werden können, wenn dies gewünscht wird.
Fig. 4C erläutert eine Ausbildung bei der der Stift auf seiner Länge keinen konstanten Durchmesser hat, wie dies bei den Stiften 200 und 204 in den Fig. 4A und 4B der Fall ist. In Fig. 4C erstreckt sich ein Stift 205 durch einen Zylinder 202". Der Stift 205 hat eine spiralige Rille 206, die sich längs seines Umfangs erstreckt, wie sie sich bei einem geeigneten Gewinde auf dem Stift 205 ergeben würde. Unter bestimmten Umständen kann eine solche Rille längs der Stiftlänge vorteilhaft sein, um einen ringförmigen Strömungsweg zu schaffen, der durch seine sich ändernde Dicke eine turbulente Gasströmung beim Durchfluß verursacht.
Fig. 4D erläutert eine Ausbildung, bei der ein Stift 207 einen im wesentlichen diamantförmigen oder dreieckigen Querschnitt hat. Der Stift 207 ist in einem Zylinder 208 mit einer in Längsrichtung hindurchgehenden Bohrung angeordnet, so daß der Stift 207 und der Zylinder 208 zwischen sich einen ringförmigen Strömungsweg 209 von im wesentlichem konstantem Durchmesser begrenzen, der einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat. Mit anderen Worten hat der Zylinder 208 anders als die Zylinder 202, 202' und 202" der Fig. 4A-4C keine im wesentlichen kreisförmige Längsbohrung. Es wird vielmehr eine etwa dreieckige Öffnung in Anpassung an den dreieckigen Stift 207 geschaffen. Diese Öffnung wird deshalb geschaffen, damit man einen ringförmigen Strömungsweg 209 von im wesentlichen konstantem Durchmesser erhält. Ein Strömungsweg von im wesentlichen konstantem Durchmesser erscheint gegenwärtig vorteilhaft. Nach dem gegenwärtigen Verständnis ist anzunehmen, daß die Querschnittsfläche des Strömungsweges eine solche sein sollte, daß eine Bohrung mit einem Durchmesser von etwa 0,127 bis 0,229 cm (50 bis 90 Tausendstel eines Zolls) gebildet wird. Nach gegenwärtigem Verständnis sollte der Abstand zwischen dem Außendurchmesser des Stiftes und dem Innendurchmesser des Zylinders in der Größenordnung von etwa 0,020 bis 0,038 cm (8 bis 15 Tausendstel eines Zolls) sein.
Beachtenswert ist auch, daß - obgleich in Fig. 2 eine flache Spitze 83 angegeben ist - andere Ausgestaltungen der Spitze ebenfalls vorgesehen werden können. Unter Bezugnahme auf Fig. 5A kann gewünschtenfalls auf dem Stift 212 ein angespitztes Vorderteil 210 vorgesehen werden. Alternativ kann nach der Darstellung in Fig. 5B gewünschtenfalls auf dem Stift 216 eine ausgenommene Spitze 214 vorgesehen sein.
Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen. Jede der vorigen Ausführungsformen zeigte eine Konstruktion, bei der ein ringförmiger Strömungsweg einen konstanten Durchmesser wie in den Fig. 1 bis 3 oder einen sich ändernden Durchmesser wie in den Fig. 4A-4D hatte. Es wäre jedoch auch denkbar, einen Stift zu schaffen, der mit dem Zylinder und/oder der Bohrung so zusammenwirkt, daß mehrere im wesentlichen getrennte Strömungswege geschaffen werden. Wie in Fig. 6 gezeigt, umgibt ein Zylinder 220 einen Stift 222, der einen Querschnitt ungefähr in Form eines Malteserkreuzes hat, um so vier diskrete Strömungswege 230, 232, 234 und 236 zwischen dem inneren Umfang des Zylinders 220 und dem äußeren Umfang des Stiftes 222 zu schaffen. Anstelle eines einzigen ringförmigen Strömungsweges sind vielmehr im wesentlichen vier diskrete Strömungswege 230-236 vorgesehen, obgleich etwas von der Gasmenge auch durch einen Raum 240 strömen kann, der durch den äußeren Umfang des Stiftes 222 und dem inneren Umfang des Zylinders 220 begrenzt ist. Bei den obigen Ausführungsformen war der Stiftdurchmesser immer längs der Stiftlänge im wesentlichen konstant. Wie in Fig. 7 gezeigt, könnte man sich jedoch auch vorstellen, daß das vordere Stiftende in der Form eines Kegelstumpfes sein kann. Insbesondere kann ein Zylinder 250 einen Stift 252 umgeben, der einen kegelstumpfförmigen vorderen Abschnitt 254 und einen hinteren Abschnitt 256 in Form eines geraden Zylinders hat. Eine solche Stiftform kann in bestimmten Fällen nützlich sein.
Bei den vorherigen Ausführungsformen hatte der Stift eine einteilige Konstruktion. Wie jedoch in Fig. 8 gezeigt ist, könnte man auch daran denken, daß der Stift aus zwei getrennten Teilen hergestellt ist. Insbesondere kann ein Zylinder 260 einen Stift 262 umgeben, der ein vorderes Element 264 umfaßt, welches in ein Basiselement 266 eingeschraubt ist. Zu diesem Zweck kann der Vorderteil 264 einen Schaft 266 haben, der in eine geeignet geformte Gewindebohrung 268 in der Basis eingeschraubt ist. Dies würde den Austausch des Vorderteil 264 gegen ein anders geformtes Vorderteil ermöglichen, wenn dies nötig wird. Aus der Ausführungsform der Fig. 8 ist auch offensichtlich, daß das Vorderteil 264 einen anderen Durchmesser als die Stiftbasis 266 hat. Obgleich gezeigt ist, daß das Vorderteil 264 einen größeren Durchmesser als die Basis 266 hat, könnte dieses Verhältnis auch umgekehrt sein, wenn es wünschenswert wäre. Zur Verstetigung der Stiftbasis 266 kann in dem Strömungsmittelkanal 272 zwischen dem Stift 262 und dem Zylinder 260 ein geeignetes Armkreuz 270 angeordnet werden. Der Zylinder 260 kann auch ein austauschbares Vorderteil haben, wenn dies nützlich ist, so daß die Gestalt der Öffnung in dem Zylindervorderteil sich der Gestalt des Stiftvorderteils anpaßt. Bei der Ausführungsform der Fig. 3 hat der Querstab 60 eine Blindbohrung, in der das Gewindeende 54 des Stiftes befestigt ist. Es ist jedoch auch denkbar, eine Gewindebohrung vorzusehen, die sich ganz durch den Querstab erstreckt, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Insbesondere ist ein Querstab 280 mit einer Gewindebohrung 282 vorgesehen, in die sich das Gewindeende 284 eines geeigneten Stiftes 286 erstreckt. Wie in der Ausführungsform der Fig. 9 gezeigt, kann der Stift mit einer Schulter versehen sein, die mit einer geeigneten Schulter 289 an dem vorderen Ende der Bohrung 282 zusammenwirkt, um das Einschrauben des Stiftes 286 in die Bohrung 282 zu begrenzen. Eine geeignete Fugenverbindung (nicht sichtbar) kann für den gegenseitigen Eingriff der Gewinde 282 und 284 vorgesehen werden, um eine Gasundichtigkeit zu verhindern. Bezugnehmend auf Fig. 10 ist eine andere Version einer Einrichtung zur Anbringung eines Stiftes in einem Querstab dargestellt. Insbesondere hat der Querstab 290 bei dieser Ausführungsform eine Gewindebohrung 292, in die ein zweites Ende 294 eines geeigneten Stiftes 296 eingeschraubt ist. Zur Verhinderung von Lecks durch den Stift kann an seinem fernen Ende - wie dargestellt - eine geeignete Löt- oder Schweißverbindung 298 vorgesehen werden. Es ist zu bemerken, daß natürlich andere Mittel zur Verhinderung einer Gasleckage zwischen dem Stift und dem Querstab 290 angewendet werden können.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte und verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Offensichtlich kann man beim Lesen und Verstehen der Beschreibung Modifizierungen und Änderungen erkennen. Alle diese Modifizierungen und Änderungen sollen umfaßt sein, sofern sie innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche oder ihrer Äquivalente liegen.

Claims

1. Vorrichtung zum Einspritzen eines viskosen Strömungsmittels und eines nichtviskosen Strömungsmittels in einen Formhohlraum eines Formkörpers mit

einem Düsenkörper (10) mit einem Eintrittsende (12) und einem Abgabeende (14) sowie einem Strömungskanal (24, 40, 28) für das viskose Strömungsmittel von dem genannten Eintrittsende zu dem genannten Abgabeende und

einem in dem Strömungskanal des Düsenkörpers hin und her fahrbar angebrachten Ventilelement (48) zur Steuerung der Strömung des viskosen Strömungsmittels durch das Abgabeende des Düsenkörpers, wobei das genannte Ventilelement

einen Zylinder (50) mit einem ersten Ende (52), das mit einem Teil des Abgabeendes des Düsenkörpers zur Verhinderung des Durchflusses des viskosen Strömungsmittels wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, und einem zweiten Ende (56),

eine sich in dem Zylinder in Längsrichtung erstreckende Bohrung (64) und

einen in der Zylinderbohrung angeordneten Stift (80) umfaßt, der ein an dem ersten Ende des Zylinders angeordnetes erstes Ende (82) hat, so daß der Stift und der Zylinder an dem ersten Ende des Zylinders zwischen sich eine ringförmige Öffnung (86) begrenzen, die mit der genannten Zylinderbohrung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift an dem Zylinder (84, 85) so betriebsmäßig befestigt ist, daß sich der Stift zusammen mit dem Zylinder bewegen kann, wenn sich der Zylinder in dem Düsenkörper hin und her bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stift (80) einen geraden Zylinder von im wesentlichen konstantem Durchmesser umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das erste Ende des Stiftes flach (83) ist.

4. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der das erste Ende des Stiftes mit dem ersten Ende des Zylinders bündig ist.

5. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der ein Strömungskanal (86) für nichtviskoses Strömungsmittel zwischen dem Stift und dem Zylinder gebildet ist und von ringförmiger Gestalt (203, 209) ist, so daß der Strömungskanal den Stift umgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der ringförmige Strömungskanal einen konstanten Durchmesser hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der ringförmige Strömungskanal keinen konstanten Durchmesser (264, 266, 272) hat.

8. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner mit einem Zylindermechanismus (150-158), der von dem Düsenkörper getragen wird und mit dem Ventilelement (48) betriebsmäßig verbunden ist, um das Ventilelement in dem Strömungskanal (28) des Düsenkörpers hin und her zu fahren.

9. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Stift einen Basisteil (266) und einen vorderen Teil (264) umfaßt, der wahlweise von dem Basisteil entfernt werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 9, wenn diese nicht auf Anspruch 2 bezogen sind, bei der der Stift auf seiner Länge (210, 212) einen ungleichmäßigen Durchmesser hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Stift eine gerippte Oberfläche (205, 206) hat.

12. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Zylinderbohrung (64) an und in der Nähe des ersten Zylinderendes einen im wesentlichen konstanten Durchmesser hat.

13. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der der Stift (80) und der Zylinder (50) an einer hin und her fahrenden Einrichtung (60) so befestigt sind, daß der Stift mit dem Zylinder hin und her fährt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 13, wenn diese nicht auf Anspruch 2 oder 3 bezogen sind, bei der der Stift ein angespitztes vorderes Ende (210) hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 13, wenn diese nicht auf Anspruch 2 oder 3 rückgezogen sind, bei der der Stift ein vertieftes vorderes Ende (214) hat.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 9 oder 12 bis 15, wenn diese nicht auf die Ansprüche 2, 10 oder 11 rückbezogen sind, bei der der Stift mehrere in Längsrichtung verlaufende ebene Seiten (200, 207) hat.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 12 bis 15, wenn diese nicht auf Anspruch 11 rückgezogen sind, bei der der Stift (80) im Querschnitt kreisförmig ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 9 oder 12 bis 15, wenn diese nicht auf die Ansprüche 2, 10 oder 11 rückbezogen sind, bei der der Stift (204) im Querschnitt oval ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 12 bis 15, bei der der Stift (222) einen Querschnitt in Form eines Malteserkreuzes hat.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 19, wenn diese nicht auf Anspruch 2 rückbezogen sind, bei der der Stift ein verjüngtes vorderes Ende (254) hat.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Zylinderbohrung einen an der ringförmigen Öffnung befindlichen verjüngten Abschnitt aufweist.