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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum
Spritzgießen von Kunststoffen mit einem rohrförmigen Körper,
durch den das einzuspritzende Kunststoffmaterial fließen
soll, auf dessen Außenwand sich der Draht eines
Thermoelementes erstreckt, der von einem elektrischen Widerstand umgeben
ist. Solche Düsen sind aus der EP-A 0 326 016 bekannt.
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Um das Anliegen der vorliegenden Erfindung besser erläutern
zu können, scheint es zweckmäßig zu sein, kurz zu erwähnen,
wie die Technologie zum Spritzgießen von Kunststoffen (siehe
beispielsweise das Perucca-Ingenieurlexikon unter diesem
Begriff) das Einführen des geschmolzenen Materials in eine Form
vorsieht, welche ihrerseits den Umriss des herzustellenden
Gegenstandes bildet, und die an einer entsprechenden Presse
angebracht ist. Dieses Material wird durch eine oder mehrere
Düsen eingeführt, die an unterschiedlichen Stellen um den
Umfang der Form angeordnet sind.
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Um den Formvorgang korrekt durchführen zu können, ist es
wesentlich, daß das Kunststoffmaterial alle Bereiche der Form
erreicht. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn sich der
geschmolzene Kunststoff beim Kontakt mit dem inneren Wänden der
Form nicht übermäßig abkühlt, während er sich innerhalb der
Form fortbewegt. Sollte das nämlich eintreten, dann erhöht
sich die Viskosität des Kunststoffes, so daß Werte erreicht
werden können, die ein korrektes Eindringen in alle Räume und
Hohlstellen verhindern, die gefüllt werden sollen.
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Um ein solches Ergebnis zu erreichen, werden verschiedene
Kniffe verwendet. So wird beispielsweise die Temperatur des
eingespritzten Kunststoffes daran gehindert, unter einen
vorbestimmten Wert zu fallen, aber hierauf soll nicht
eingegangen werden. Notwendig ist es aber, den entscheidenden Einfluß
der Einspritztemperatur des geschmolzenen Kunststoffes unter
den Parametern aufzuführen, mit denen dieser Aspekt des
Herstellungsvorganges gesteuert werden soll.
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Die übliche Praxis des Standes der Technik ist es, die
Temperatur des einzuspritzenden Kunststoffs durch
Temperaturmessung der Einspritzdüse mit Hilfe eines Draht-Thermoelementes
zu messen, das an der äußeren Wand des rohrförmigen Körpers
derselben befestigt ist. Dabei soll festgehalten werden, daß
der Ausdruck "Draht-Thermoelement", der hier verwendet wird,
in der Fachwelt ein Temperaturmeßgerät bezeichnet, das
aufgrund det bekannten thermoelektrischen Eigenschaften
bestimmter Materialien arbeitet. Im spezifischen Fall der
vorliegenden Anmeldung besitzt diese Temperaturmeßeinrichtung ein
Drahtendteil, das geeignet ist, die Temperatur zu messen und
das am Rohrkörper der Düse angeordnet werden kann.
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Zusätzlich sind um den Rohrkörper zur Aufheizung der Düse auf
die für das Einspritzen erforderliche Temperatur elektrische
Widerstände angeordnet. Diese Widerstände werden in üblicher
Weise mit Strom versorgt, und ihr Betrieb wird üblicherweise
durch ein Spezialsystem gesteuert, das auf der Basis der vom
Thermoelement gemessenen Temperatur arbeitet.
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Es muß auch festgestellt werden, daß die eben erwähnten
Widerstände im wesentlichen aus zwei Typen aufgebaut sind, von
denen ein erster durch eine kraftschlüssig auf den Rohrkörper
der Düse aufgesetzten Hülse gebildet wird, während der zweite
durch ein leitendes Kabel gebildet wird, das in Wendelform
auf der Außenfläche des Rohrkörpers verläuft.
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Wie früher bereits festgestellt, ist die direkte Konsequenz
aus dem kritischen Einfluß der Einspritztemperatur des
Kunststoffmateriales, daß auch die Messung dieser Temperatur
äußerst wichtig für die korrekte Leistung des Formverfahrens
ist. Ein Nachteil der Düsen nach dem Stand der Technik, von
denen oben eine Beschreibung der Bauart gegeben wurde,
besteht nun genau in dem Umstand, daß die Thermoelemente, mit
denen sie ausgerüstet sind, nicht in ausreichendem Maß
zuverlässig sind.
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Es muß auch in Betracht gezogen werden, daß der Widerstand
auf dem Rohrkörper, um montiert werden zu können, ohne mit
dem Thermoelementdraht in die Quere zu kommen, in eine
spezielle Nut eingelegt wird, die auf der Außenseite des
Rohrkörpers gebildet ist und die Abmessungen, insbesondere bezüglich
ihrer radialen Tiefe zum Rohrkörper selbst, aufweist, die
größer als die des Thermoelementdrahtes sind. Dies bedingt,
daß der Draht in irgendeiner Weise so befestigt werden muß,
daß er sich nicht von der Wand des Rohrkörpers aufgrund von
Vibrationen während des Einspritzvorganges lösen kann. Es ist
klar, daß in einem solchen Fall die Temperaturaufzeichnung
nicht mehr mit den tatsächlichen Betriebsparametern des
Systems übereinstimmt und daher in jedem Fall bei einer
diskontinuierlichen Messung während des Betriebes zu ernsthaften
Problemen führen würde.
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Es sollte auch in jedem Fall unterstrichen werden, daß das
Anbringen des Drahtes schwierig ist, weil, wie später noch
näher in bezug auf die Erfindung ausgeführt werden wird, er
sich auch nicht mit der Formfüllfunktion der Düse
überschneiden darf. Schließlich darf unter den verschiedenen Faktoren,
die zu dem Problem des Befestigungsvorganges beitragen, nur
auf den Platzmangel aufmerksam gemacht werden muß, der sich
aus dem Vorhandensein der Widerstände ergibt.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, sieht eine Lösung, die zur
Zeit angewendet wird, die Anordnung eines schrägen Loches
vor, das sich in Richtung auf die Achse der Düse erstreckt.
Dieses Loch ist dabei dazu gedacht, das Sensorende des
Thermoelementdrahtes aufzunehmen und gleichzeitig auch einen
Schlupf innerhalb der Nut zu verhindern. Es muß festgestellt
werden, daß die Anordnung des Endes des Thermoelementes in
dem Loch Messungen von Temperaturen näher an der Achse der
Düse und daher auch näher an dem tatsächlichen Zustand des
einzuspritzenden Kunststoffmaterials ermöglicht.
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Trotzdem gibt eine solche Anordnung nicht vollständig
zufriedenstellende Ergebnisse, weil sie einerseits, auf lange Sicht
gesehen, im wesentlichen die gleichen Probleme zeigt, die
vorher im Hinblick auf einen fehlenden Kontakt des
Thermoelementes zurückgehen, der durch Vibrationen und
Temperaturschwankungen ausgelöst wird, die auf die Düse einwirken.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen
Nachteil dadurch zu vermeiden, daß eine Düse zum Spritzgießen von
Kunststoffen der eingangs genannten Art vorgesehen wird, die
aber bauliche und sich auf den Betrieb auswirkende Merkmale
aufweist, die eine genaue Messung der Temperatur des
Kunststoffmaterials erlauben, das durch die Düse fließt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Düse mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst, der in den an die Beschreibung
anschließenden Ansprüchen enthalten ist.
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Weitere Aspekte der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor, das in den
beigefügten Zeichnungen erläutert ist. Es zeigen:
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Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische
Ansicht einer Düse nach der Erfindung,
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Fig. 2 eine Seitenansicht der Düse nach Fig. 1,
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Fig. 3 einen Längschnitt durch die Düse der vorhergegangenen
Figuren, und
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Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Variante der Düse der
Fig. 1 bis 3.
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In den Zeichnungen ist eine Düse in einer
Außerbetriebsstellung, d. h. in dem Zustand, wenn sie nicht in einer Form
angebracht ist, mit 1 bezeichnet. Um die Zeichnung zu
vereinfachen, ist die üblicherweise abnehmbare Spitze der
Auslaßöffnung, durch die das Kunstoffmaterial in die Form eingespritzt
wird, nicht gezeigt. Diese Spitze ist abnehmbar, um sie durch
eine andere zu ersetzen, so daß dadurch Änderungen in der
Auslaßöffnung entsprechend zu Herstellungserfordernissen
vorgenommen werden können.
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Die Düse 1 besteht aus einem rohrförmigen Körper 2 mit einem
inneren Kanal 3 für das einzuspritzende Kunststoffmaterial,
der sich von einem Einlaß 3a aus, der dazu ausgelegt ist, an
eine Kunststoffzufuhrquelle angeschlossen zu werden, bis zu
einem Auslaß 3b erstreckt, an dem die vorher erwähnte
abnehmbare Spitze aufgenommen werden kann.
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Eine Nut 8 ist längs einer Erzeugenden der Außenwand 4 des
rohrförmigen Körpers 2 in Übereinstimmung zu einer Nut am
Grundkörper 6 der Düse ausgebildet, um das Endteil eines
Thermoelementes T und dessen Draht 10 aufzunehmen. Um diese
Aufgabe zufriedenstellend durchführen zu können, besitzt die
Nut 8 eine radiale Tiefe, die größer als die Abmessungen des
Drahtes 10 sind.
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Zur Vereinfachung der Zeichnung ist bei diesem
Ausführungsbeispiel die Nut 8 rechtwinklig ausgebildet und besitzt kein
schräges Endloch, wie vorher beschrieben wurde. Es muß aber
herausgestellt werden, daß das Meßende 10a des
Thermoelementdrahtes in der Nähe des Auslasses 3b des rohrförmigen Körpers
liegt, so daß die Temperatur ganz nahe an dem Punkt gemessen
werden kann, an dem Kunststoffmaterial die Düse verläßt.
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Ein elektrischer Widerstand 15 ist zur Aufheizung des
Rohrkörpers der Düse vorgesehen. Er ist bei diesem
Ausführungsbeispiel als ein Leiterelement mit quadratischem Querschnitt
gezeigt, der sich wendelförmig um den Rohrkörper herumwindet.
Es sollte darauf aufmerksam gemacht werden (siehe Fig. 3),
wie sich die Steigung des zentralen Teils der wendelförmigen
Windung des Drahtes von der der Endteile unterscheidet, um
eine gleichmäßige Temperaturverteilung entlang dieses
Leiterelementes zu gewährleisten. Eine solche Anordnung macht es
nämlich möglich, daß an den jeweiligen Endteilen ein größerer
Hitzebetrag anfällt, der den Zentralbereich durch Leitung
erreicht und dadurch zu einer gleichmäßigen Verteilung der
Temperatur längs des Rohrkörpers 2 beiträgt.
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Zusätzlich ist ein ringförmig ausgenommener Bereich 19 an der
Außenwand 4 in der Nähe des Endes 10a des
Thermoelementdrahtes 10 ausgebildet. Ein elastisches Band 20 ist um diesen
ausgenommenen Bereich herumgelegt. Im einzelnen besitzt
dieses Band 20 einen Schlitz 21, der die Elastizität hervorruft,
und es ist vorzugsweise aus Metall hergestellt. Es bewirkt
eine Klemmkraft in radialer Richtung auf den rohrförmigen
Körper zu, die je nach Art der Düse und nach Einsatz für den
diese vorgesehen ist, ausgewählt werden kann. Es ist klar,
daß durch eine sorgfältige Auswahl des Materials und der
Abmessungen (insbesondere der Dicke und Breite im Querschnitt)
die Bänder so ausgelegt werden können, daß sie in ihrer
erforderlichen Festigkeit unterschiedlich sind, die wiederum
dazu ausgenützt werden kann, um stärkere oder schwächere
ra
diale Klemmkräfte auszuüben. Da in diesem Ausführungsbeispiel
der Thermoelementdraht 10 rechtwinklig verläuft, ist der
Schlitz 21 im Band relativ zu einer Erzeugenden geneigt, so
daß das Band gleichmäßig auf den Thermoelementdraht 10 wirken
kann, auch wenn es sich innerhalb des ringförmig
ausgenommenen Bereiches verdreht. Es sollte schließlich noch bemerkt
werden, daß in diesem Fall, wie aus den Fig. 2 und 3 auch
ersichtlich ist, die Abmessungen des Querschnittes des Bandes
im wesentlichen die gleichen als jene des ringförmig
ausgenommenen Bereiches sind, in dem es angeordnet ist. Dieses
Merkmal verleiht der Erfindung verschiedene Vorteile, die
nachfolgend näher beschrieben werden.
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Aus funktioneller Sicht, d. h. wenn die Funktion beim
Formprozeß selbst betrachtet wird, verhält sich die Düse 1 nach der
Erfindung im wesentlichen wie Düsen nach dem Stand der
Technik, so daß dieser Aspekt nicht im Detail beschrieben zu
werden braucht.
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Was aber herausgestellt werden muß, ist der entscheidende
Vorteil, der aus der Einführung des Bandes 20 als
Befestigungselement für den Thermoelementdraht bewirkt wird.
Zunächst ermöglich nämlich die Klemmwirkung, die vom Band in
Zusammenwirkung mit der Nut 8 ausgeübt wird, den Kontakt
zwischen dem Draht 10 und insbesondere zwischen seinem Meßende
10a und der Außenwand 4 des rohrförmigen Körpers 2, der
ständig während des gesamten Herstellungsprozesses auf einem
Optimum gehalten werden kann. Dieses Ergebnis tritt dabei trotz
des Platzmangels auf, der auf die Anordnung des elektrischen
Widerstandes zurückzuführen ist.
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Es sollte ferner erwähnt werden, daß alles dies, wie kurz
vorher schon ausgeführt, erreicht wird, ohne daß dadurch die
Formgebungsfunktion der Düse beeinflußt wird.
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Der Umstand, daß der Querschnitt des Bandes im wesentlichen
der gleiche als jener des ausgenommenen Bereiches ist, in dem
es angeordnet ist, macht es auch möglich, ein Klemmelement
für den Thermoelementraht vorzusehen, das ohne Einfluß auf
die Befestigung des elektrischen Widerstandes ist. Dieser
Vorteil wird insbesondere aus der Variante der Fig. 4
ersichtlich.
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Diese Figur bezieht sich auf eine Düse, die einen
elektrischen Widerstand besitzt, der durch eine Hülse 15 gebildet
wird, die mit dem rohrförmigen Körper 2 verbunden ist. Da
diese Verbindung üblicherweise einen Kraftschluß erforderlich
macht, darf die Außenwand 4 des rohrförmigen Körpers 2 keine
Vorsprünge aufweisen, die den Preßsitz der Hülse behindern
können. Dies zeigt, warum die Abmessungen des
Befestigungselementes für den Thermoelementdraht, in diesem Fall des
Bandes, die Abmessungen des ringförmig vertieften Bereiches
nicht überschreiten dürfen.
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Die Wand 4 des rohrförmigen Körpers muß außerdem aber auch
eine gewisse bauliche Kontinuität aufweisen, um
sicherzustellen, daß der Wärmeübergang vom elektrischen Widerstand auf
den rohrförmigen Körper so gleichmäßig als möglich erfolgt.
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In anderen Worten ist es klar, daß die Anordnung des Bandes
20 und des ausgenommenen Bereiches 19 zunächst eine bauliche
Diskontinuität im Rohrkörper darstellen, die einen gewissen
thermischen Widerstand auf die Wärmeübertragung ausübt (man
betrachtet beispielsweise den ausgeübten Widerstand durch
Verbindungen zwischen gegenüberliegenden Oberflächen). Dieser
thermische Widerstand kann aber durch eine sorgfältige
Auswahl des Materiales, aus dem das Band hergestellt ist,
begrenzt werden und zwar insofern, als ein Metall für die
Herstellung des Bandes gewählt wird. Auch die Auswahl der
Herstellungstoleranzen des Bandes und des ausgenommenen
Bereiches spielen hier eine Rolle. Es ist insbesondere zu
empfeh
len, daß dann, wenn es angebracht ist, die äußere Oberfläche
des Bandes so eng wie möglich mit der Außenwand des
rohrförmigen Körpers ausgerichtet sein soll, um die Bildung eines
Ringraumes zwischen dem Band und der Hülse zu vermeiden, die
zur Bildung eines konvektiven Widerstandes für die
Wärmeübertragung führen würde.
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Ein weiterer Vorteil, der durch die Erfindung erzielt wird,
besteht darin, daß im wesentlichen die mechanischen
Eigenschaften der Düse nicht geändert werden. Es darf daran
erinnert werden, daß das geschmolzene Kunststoffmaterial, das
durch den Kanal 3 während des Einspritzschrittes des
Herstellungsverfahrens fließt, unter einem gewissen Druck zugeführt
wird, so daß der rohrförmige Körper 2 in der Lage sein muß,
die durch diesen Druck bewirkte Spannung auszuhalten. Der
ringförmig ausgenommene Bereich 19 schwächt zweifellos die
Struktur des Rohrkörpers, und es ist deshalb auch wichtig,
daß seine Abmessungen, insbesondere seine radiale Tiefe, mit
den Kräften übereinstimmen, die auf den Körper ausgeübt
werden. Es ist deswegen wichtig, daß die Abmessungen des
Klemmelementes leicht verändert werden können. Das Band sieht diese
Möglichkeit in einfacher Weise vor, da seine Form und
Elastizität in Abhängigkeit von jeder Anwendungsmöglichkeit der
Düse geändert werden kann. Es ist deshalb auch klar, daß die
Breite des in den Zeichnungen gezeigten Bandes von der oben
beschriebenen abweichen kann, auch insofern, als es mehr
ähnlich einem Ring ausgebildet ist. Ein weiterer wichtiger
Aspekt der Erfindung ist in dem Umstand zu sehen, daß das
Band ein einfaches Element für die Befestigung des
Thermoelementdrahtes ist. Diese Einfachheit, die die Bauart und die
Wirkungsweise des Bandes bildet, bedeutet, daß auch die
Herstellungskosten des Bandes in hohem Maße wettbewerbsfähig
sind und daß dies sich auch vorteilhaft auf die gesamte Düse
auswirkt sowie schließlich auch wesentlich zur Vereinfachung
von Wartungsvorgängen beiträgt.
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Die Elastizität des Bandes läßt es zu, daß es leicht und sehr
schnell abgenommen werden kann (z. B. durch Einführung der
Spitze eines Schraubendrehers in den Spalt 21, um das Band
leicht zu deformieren und es zu ermöglichen, daß es vom
rohrförmigen Körper 2 abgezogen wird), oder auch, um es zu
ersetzen, oder um das Thermoelement zu erneuern oder irgendeinen
Wartungsvorgang an der Düse durchzuführen.
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Obwohl zahlreiche Vorteile des oben beschriebenen
Ausführungsbeispieles der Erfindung erläutert worden sind, ist es
klar, daß dies nicht ausschließt, Variationen von dem
vorzunehmen, was beschrieben wurde, die aber dennoch innerhalb des
Schutzumfangs der Erfindung fallen. Mit anderen Worten könnte
beispielsweise das oben beschriebene Band auch auf
Thermoelementdrähte angewendet werden, die nicht rechtwinklig, sondern
wendelförmig verlaufen, oder die beispielsweise mit ihrem
Meßende in ein schräges Loch eingeführt sind, wie das häufig
beim Stand der Technik der Fall ist.
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Es muß auch kurz zum Ausdruck gebracht werden, daß mehr als
ein Band an der gleichen Düse in bezug auf verschiedene
Vorgänge vorgesehen werden kann, d. h. abhängig von der Art der
Form, an der die Düse anzubringen ist. Natürlich hängt dies
auch von den Abmessungen des Bandes selbst und von der Länge
des rohrförmigen Körpers ab, an dem die verschiedenen
Einheiten angebracht werden sollen.
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Auch die Möglichkeit des Anklemmens eines
Thermoelementdrahtes 10 sollte auch für den Fall nicht ausgeschlossen werden,
daß dieser einfach an die Außenwand 4 des rohrförmigen
Körpers angelegt ist und ohne Zuhilfenahme einer Nut oder eines
ähnlichen Sitzes, der in der Wand ausgebildet ist, angebracht
wird. Um diesen Aspekt besser zu verstehen, wird auf Fig. 4
Bezug genommen, d. h. auf eine Düse mit einem elektrischen
Widerstand, der als Hülse ausgebildet ist. Man kann leicht
se
hen, daß die oben erwähnte Nut auch an der inneren Fläche der
Hülse ausgebildet sein könnte.
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Der Thermoelementdraht kann dann in der Nut in der Hülse
angeordnet werden und auf diese Weise an der Außenwand des
rohrförmigen Körpers angebracht werden. Zusätzlich wäre es
auch möglich, um die Temperatur exakt zu messen, das Meßende
10a des Drahtes 10 direkt in den ausgenommenen Bereich 19
einzuführen, wobei das Band ihn fest darin hält. Eine Art,
das Problem zu lösen, das durch die Anordnung eines
hülsenförmigen elektrischen Widerstandes auf dem Rohrkörper
entsteht (weil natürlich diese nicht länger frei über die volle
Länge der letzteren gleiten kann), wäre es, die Hülse aus
zwei untereinander verbindbaren Teilen herzustellen, die den
ausgenommenen Bereich zwischen sich haben und zwar in einer
ähnlichen Weise zu der, wie die Nut innerhalb der Hülse
angeordnet werden kann.
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In jedem Fall könnte die zuletzt beschriebene Anordnung, d. h.
also jene mit einer zweiteiligen Hülse, vorteilhaft auch für
andere Bänder als die bisher betrachteten elastischen
verwendet werden. Die Erfindung schließt die Verwendung von
unelastischen Bändern nicht aus, wie beispielsweise solche, die
Klemmschrauben (ähnlich jenen, die üblicherweise als
Rohrschellen bezeichnet werden) aufweisen, die auch verhindern
können, daß der Heizwiderstand auf dem rohrförmigen Körper
gleitet.
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Schließlich sollte nicht vergessen werden, daß die
vorstehenden Bemerkungen im Hinblick auf mögliche Alternativen, die in
bezug auf hülsenförmige Widerstände vorgeschlagen wurden,
auch "mutatis mutandis" in dem Fall von elektrischen
Widerständen anwendbar ist, die aus einem wendelförmig gewundenen
Leiter bestehen.