DE8717790U1

DE8717790U1 - Elektrisch beheizbare Punktangußdüse

Info

Publication number: DE8717790U1
Application number: DE8717790U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1990-02-15
Anticipated expiration: 1997-09-18
Also published as: WO1988001928A1; EP0326565B1; DE3631850A1; EP0326565A1; DE3631850C2; JPH02500011A; US4954072A; DE3766256D1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Punktangußdüse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Punktanguß für Spritzguß werkzeuge zur Herstellung von Gegenständen aus Kunststoff hat den Vorteil, daß keine weitere Bearbeitung notwendig wird, kein Abfall entsteht und Energie eingespart wird.

Da vom Grundsatz her das Problem und der Nachteil besteht, daß die Schmelze vorzeitig in dem engen, gekühlten Düsenkanal einfriert und somit nur ein unvollständiger Nachdruck ausgeübt werden kann, wodurch die Spritzgußteile eine schlechte Maßhaltigkeit aufweisen können, ist es vom Grundsatz her bekanri, Punktangußsysteme mit einer Beheizung des Angußkanales vorzusehen. Dabei wird in der Regel der Angußkanal zumeist permanent beheizt, wobei als einzige Variable die Temperatur möglichst exakt geregelt wird.

Beim bekannten Heizsystem, beispielsweise gemäß dem DE-U 35 572 wie aber auch aus dem Patent-Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 9 (M-268H1446), 14. Januar 1984,6 JP, A, 58171932 (JIYUUOU SHOJI) 8. Oktober 1983, wird die Kanalwand des Düsenkanals über eine umlaufende Heizspule beheizt. Bei anderen Systemen wird ein mit der Spitze in die Angußöffnung ragendes beheiztes Torpedo verwandt, wie dies beispielsweise in der Zeitschrift "PLASTverarbeiter, 33. Jahrgang 1982, Nr. 387 bis 392" erwähnt ist. Durch die Art der Beheizung aus Gründen der Festigkeit kann mit der herkömmlichen Torpedokonstruktion die Heizung nicht bis in unmittelbare Nähe des thermisch kriti- ™ sehen Angußbereiches geführt werden. Deshalb werden die Torpedospitzen oft über eine größere Länge spitzkeglig aus-

•a«· ··

-2-

geführt. Der ständig abnehmende wärmeleitende Querschnitt bedeutet zwangsläufig eine größere Temperaturdifferenz innerhalb der Düse. Die Folge ist die erhöhte Gefahr einer thermischen Schädigung der an dem Torpedo entlang fließenden Schmelze.

Es ist bereits versucht und vorgeschlagen worden, ein*· im Düsenkanal angeordnete Torpedospitze über einen separaten Regelkreis zu beheizen.
10

Dieses System ist aber äußerst aufwendig und teuer und hat sich in der Praxis nicht bewährt.

Grundsätzlich bekannt geworden ist auch ein japanisches System, bei dem die in die Angußöffnung ragende Torpedospitze zyklisch beheizt wird. Die zyklische Beheizung der Torpedospitze ist aber relativ unwirksam, weil sie von schiecht wärmeleitender Thermoplastschmelze umgeben ist.

Beim eingangs zitierten Stand der Technik bei der Beheizung der Vorkammer und des Punktangußkanals besteht der Nachteil, daß auch noch beim Entformen des Spritzgußteiles üie thermoplastische Schmelze irr Punktanguß heiß und damit plastisch wird. Insbesondere bei Kleinteilen wird der EnI-formungrvorgang . gestört.

Demgegenüber kann bei dem an zwsifer Stelle geschilderten Stand der Technik unter Verwendung von beheizbaren Torpedos zwar ein sog, kosmetischer Anguß erzielt werden, da der Angußbutzen beim Entformen auf der Außenseite genügend gekühlt ist und deswegen glatt abbricht. Gleichwohl hat aber dieser Stand der Technik gegenüber der Vorkammnrbühcizung einige weitere entscheidende Nachtoile. So wird durch das Hineinragen der boheizten Spitze in die Angußöffnung di? Schergeschwindigkeit und damit die Schubspannung,

die schon bei dor offenen Düse oft unzulässige Worte orreicht, immer noch weiter erhöht. Dadurch kann es zu einer mechanischen Schädigung des Materials kommon. An dor kalten Düsonkammer entsteht im Vergleich zur heißen Kanalwand nine stärkere Schmolzgrcnzschicht, wodurch der freie Üffnungsquerschnitt, dor bei einem kosmetischen Anguß sowieso schon miiniiphci klein "sin so!! noch weiter vcrcrsEt wird· Auch dies führt zu einer höheren nicht gewünschton Schubspannung. Forner bedeutet das genaue Einpassen dor Torpedospitze in die Düsenöffnung einen großen technischen Aufwand, der sich auch im hohen Preis des Systems niederschlägt. Schließlich entsteht bei einem Färb- oder Materialwechsel eine große Anzahl von Ausschußteilen, da 'lie komplizierte Schmelzführung nur eine langsame Verdrängung des alten Materials durch das neue zul; ""t.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und eine thermodynamische Punktangußdüse zn schaffen, mit der ein kosmetischer Anguß bei größtmöglicher freier Strömungsöffnung zur Vermeidung von Scher- und Schubspannungen zu schaffen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angsgeben.

Der Kern der Erfindung wird beispielsweise im Gegensatz zu dem o. g. vorbekannten Stand der Technik gemäß dem Patent-Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 9 vom 14« Januar 1984 darin gesehen, daß im Gegensatz hierzu die Aufheizvorrichtung nicht im Dusenkanal, sondern in der eigentlichen DOsenspitze in Form

-klInnendüse vorgesehen ist, wobei durch den zur Rotationsachse senkrecht stuhenden Steg der Wärmeabfluß vorzugsweise während der Abkühlperiode durch eine unterschiedlich vorwählbare Stegdicke einstellbar ist. In einer alternativen Ausführungsform kann dabei die Aufheizvorrichtung aus einem Peltierelement besteht.

Bei der erfindungsgemäßen Punktangußdüse ist in der Düsenspitze eine Innendüse vorgesehen, die nine geringe Masse auf- weist und die dort ohne eine im Inneren des Düsenkanals angeordnete Torpedobeheizung bzw. ohne eine im zentralen Fließkanal angeordnete Außenbeheizung beheizt wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Innendüse äußerst schnell aufzuheizen und ebenso schnell wieder abzukühlen, wobei der Düsenkanal nur während der Einspritz- und Nachdruckphase heiß gehalten wird, so daß eine beliebige Siegelzeit eingostellt werden kann. Während der Kühlphase wird die Düsenspitze vom kalten Werkzeug her (über den Steg) gekühlt, wodurch beim Entformen ein glatter Bruch ermöglicht wird. Mit der zyklischen Beheizung können also klar reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden. Durch die thermodynamische Punktangußdüse lassen sich dabei die folgenden Vorteile realisieren:

Es läßt sich jederzeit ein kosmetischer Anguß mit einem glatten Bruch ohne jedes Zapfen- oder Fadenziehen ermöglichen.

Die Punktangußdüse weist eine größtmögliche freie Strömungsöffnung auf. Durch die Beheizung der Kanalwände während des Einspritzens von Thermoplasten bildet sich nur eine geringe Grenzschichtstärke aus.

a # · C

Der Düsenkanal wird durch eine verschleißfeste und antiadhäsive Beschichtung aus beispielsweise Titannitrid oder ähnlichem geschützt. Viele Kunststoffschmelzen gleiten dadurch entlang der Kanalwand beim Einspritzen. Das Gleiten hat geringe Scherkräfte und Schubspannungen zur Folge, wodurch das Material geschont wird.

Es sind keinerlei Einbauten vorgesehen, die die Schubspannung vergrößern könnten und die in d'o Düsenöffnung ragen.

Die Düse hat keine beweglichen Teile, die verklemmen könnten, die dem Verschleiß unterworfen sind oder die genauestens eingestellt werden müßten.

Die heißen Kanalwände kommen nur mit bewegter thermoplastischer Schmelze kurzfristig in Berührung. Sobald der Schmelzfluß steckt, wird die Beheizung abgeschaltet. Deswegen erübrigt sich ein aufwendiges Temperaturüberwachungssystem und die Düse ist besonders für thermisch empfindliche Kunststoffe bestens geeignet.

Es gibt keine Hinterschneidungen und tote Ecken im Fließweg der Schmelze.
25

Ein Material- oder Farbwechsel kann durch Herausziehen des kalten Pfropfens aus der Vorkammer problemlos ohne Ausschuß durchgeführt werden.

- Durch die Dimensionierung der Düsenöffnung kann die Durchflußmenge in Mehrfachwerkzeugen geregelt werden.

Das Heizsystem der Düse verbraucht relativ wenig Strom.

Die Düse ist einfach im Aufbau und kann schnell ein- und ausgebaut werden.

Die Düse ist relativ klein und kompakt. Ihr Einbau verursacht nur eine geringe Schwächung der Werkzeugplatte.

Dabei kann das Beheizungssystem über Widerstundsdi aht, induktiv vorgenommen werden.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung

ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im einzelnen:

Figur 1 : eine schematische Längsschnittdarstellung durch

eine erfindungsgemäße Punktangußdüse, die über eine Spule bzw. einen Widerstandsdraht beheizt wird;

Figur 2 : eine Abwandlung zu Figur 1, bei der die Be

heizung der Innendüse über zwei Kontaktstift erfolgt;

In Figur 1 ist eine Punktangußdüsp mit einer in einem Dü

senkörper 1 befindlichen Vorkammer 3 gezeigt. An der dem in Figur 1 nicht näher dargestellten unfenliegenden Formnest in einem Werkzeug Zugewandtliegenden Seite des Düsen-

fr 30

-7-

körpers 1 ist die sich zur Angußöffnung 5 hin verjüngende Innendüse 7 vorgesehen. Die Innendüse besteht aus einem gut wärme- und stromleitenden Werkstoff hoher Verschleißfestigkeit mit geringer Masse von beispielsweise weniger als 5 Gramm, 4 Gramm, 3 Gramm oder 2 Gramm, vorzugsweise unter 1 Gramm auf. Die Innendüse 7 ist auf ihrer Außenseite mit einem wärmedämmendend und elektrisch schlecht leitenden Material umgeben bzw. beschichtet. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Keramik wie beispielsweise Zirkonoxyd. Natürlich können als Wärmedämmung 9 auch andere Materialien oder andere Keramikmaterialien in Betracht kommen.

Ferner ist in Figur 1 einer von zwei Anschlußdrähten 11 gezeigt. Der weitere Verlauf des Anschlußdrahtes 11 für die Stromversorgung der Beheizung ist nur schematisch strichliert in Figur 1 dargestellt und führt zu einer Spirale oder Spule 13, die in dem Wärmedämmaterial, vorzugsweise in der Keramik 9 eingebettet ist. Die Spule bzw. Spirale 13 kann als Heizspirale, also als Widerstandsdraht zur Beheizung dienen.

Möglich ist aber ebenso eine induktive Beheizung über ein Wechselstromfeld mit geeigneter Frequenz, wodurch die Innendüse 7 erwärmt wird.

Bei zügiger Beheizung der Innendüse 7 wird der Aufheizvorgang und der Temperaturverlauf durch die Stärke des am vorderen Ende der Düse gebildeten Steges 15, d. h. des Metallstegüö 15 beeinflußt, der die Düsenspitze mit einem in Figur 1 nicht dargestellten Werkzeug thermisch verbindet, bzw. durch die Wärmedämm-, d. h. die Keramikschicht, die den üblichen Düsenkörper vom Werkzeug isoliert. Hierüber kann also der Wärmeabfluß während der Abkühlperiode vorwählbar eingestellt und festgelegt werden. Bei der thermodynamischen Punktanguß-

-8-

güse können also drei Größen variiert werden, nämlich die Heizleistung (Temperatur), die Heizdauer und der Wärmeabfluß.

Nachfolgend wird auf Figur 2 Bezug genommen, in der eine Aufheizung der Innendüse 7 über zwei Kontaktstifte 17 zur Erzeugung eines Ohm'sehen Widerstandes erfolgt. Abweisend von dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 wird hier nicht eine Heizspule oder eine induktive Erwärmung sondern eine Erwärmung über einen definierten Ohm'sehen Widerstand vorgenommen. Hierfür eignet sich die Innendüse selbst nicht, da ihr Querschnitt zu groß ist. Als Widerstand werden deshalb die beiden erwähnten Kontaktstifte 17 verwandt, die in der Nähe des engsten Innenquerschnittes der Düse angebracht sind und deren Durchmesser (um 1 mm) genau eingehalten wird, und die mit dem elektrischen Heizkreis mit den beiden Anschlußdrähten 11 verbunden sind. Bei einer Spannung unter 15 Volt entsteht nun, da die übrigen Querschnitte des Heizkreises erheblich größer sind, in diesen Kontaktstiften Wärme, die wegen der guten Wärmeleitfähigkeit sofort in den Düsenkörper geleitet wird.

Der Heizkreis wird beim öffnen oder Schließen des Werkzeuges durch die Spritzgußmaschine automatisch eingeschaltet. Durch

z. B. einen Zeitschalter kann dann die Heizdauer stufenlos ßinyestellt werden. Weiterhin wird die Stromstärke geregelt, die die Temperatur bestimmt. Die Stromstärke wird beim Einschalten durch geeignete Maßnahmen verstärkt, so daß am Anfang eine schnelle Temporaturerhohung und damit ein größerer elektrischer Widerstand entsteht. Eine am Anfang größere und dann abfallende Heizleistung kann aber auch durch andere Maßnahmen erzielt werden. Nach der Beheizung ist der Wärmeabfluß während der Kühlphase so groß, daß die Schmelztemperatur im Düsenkanal beim Entformen den Sprödigkeitsbereich erreicht.

D.h., daß die Innendüse nicht ideal wärmeisoliert ist und daß der Wärmeabfluß durch die Art der thermischen Abdichtung beeinflußt werden kann. Während der Heizphase wird dieser Wärmeabfluß durch eine entsprechend große Heizleistung überkompensiert . Da der Wärmewert der Innendüse so geregelt ist, läßt sich die notwendige Heizleistung leicht ermöglichen (maximal 200 W)₁ was durch den erwähnten definierten ohmschen Widerstand unter entsprechender Verwendung von Kontaktstiften erzielt werden kann.

Ferner kann in Figur 2 an einem Stufenabsatz im Bereich zum Werkzeug noch ein Dichtring vorgesehen sein. Der Düsenkörper selbst kann außen mit umlaufenden Vertiefungsringen zur Erzeugung eines Luftspaltes 21 versehen sein. Auch bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel sind die erwähnten Kontaktstifte 17 im Wärmedämmkörper, vorzugsweise im Keramikkörper liegend eingebettet und stehen mit der Innendüse unter Bildung eines gemeinsamen Heizkreises in Kontakt.

Bei der Erfindung handelt es sich also um eine Punktangußdüse, die eine bisher nicht bekannte zusätzliche Innendüse 7 aufweist, die separat beheizt wird. Die Beheizung erfolgt dabei insbesondere bei induktiver Erwärmung oder bei Aufheizung mittels eines Peltierelementes in der Innendüse, d.h. in der Wandung der Innendüse selbst. Bei einer ohmschen Widerstandserwärmung erfolgt die Aufheizung über am Außenumfang der Innendüse vorgesehene Widerstandsspulen oder -drähte, beispielsweise in Form der erwähnten Kontaktstifte. Entsprechende ohmsche Widerstandselemente könnten bei entsprechender Konstruktion auch in der Wandung dor Innendüse gegebenenfalls vorgesehen sein.

■ · t t ·

Bei der Verwendung der Düse in Mehrfachwerkzeugen fällt die Vorkammer weg. Bei Mehrfachwerkzeugen mit mehreren, auch unterschiedlichen Formnestvolumina, kann die Füllgeschwindigkeit durch Variation der Düsenabmessungen bzw. der Düsenöffnung reguliert werden. So kann z. B. eine gleichzeitige Füllung von verschieden großen Formnestern dadurch erzielt werden, daß das kleinere Formnest mit einer Punktangußdüse kleinerer Abmessung versehen wird, das größere nrr'^f einer entsprechend größerer. Düse. Das beheizte Verteiler-Kanalsystem kann dabei einen durchgehend gleichen Kanalquerschnitt besitzen. Im Falle der Verarbeitung von Thermoplasten wird die Düse während des Einspritzvorganges beheizt, im Falle der Verarbeitung von Elastomeren und Duromeren wird die Düse während des Einspritzens nicht beheizt, sondern erst bei der anschließenden Vernetzungsreaktion.

-11-

Claims

nnspruOiicJi

1. Elektrisch beheizbare Punktangußdüse für ein Kunststoff-Spritzgußwerkzeug mit einem zentralen Fließkanal für den Kunststoff und einer Aufheizvorricht· "'g, dadurch gefcannzeich- net, daß an der dem Formnest zugewandten Seite der Punktangußdüse eine konische Innendüse (7) mit geringer Masse ausgebildet ist, die elektrisch beheizbar ist, und die aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hoher Verschleißfestigkeit besteht, und daß an der Düsenspitze ein senkrecht zur Längsachse der Innendüse (7) stehender wärmeleitender Steg (15) vorgesehen ist, der die Düsenspitze mit dem gekühlten Werkzeug thermisch verbindet, wobei über eine unterschiedlich vorwählbare Stegdicke der Wärmeabfluß vorzugsweise während der Abkühlperiode einstellbar ist.

2. Punktangußdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendüse (11) zumindest teilweise von dem übrigen Düsenkörper wärmeisoliert bzw. gegenüber diesem wärmegedämmt ist.

3. Punktangußdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- net, daß die Innendüse (7) auf ihrer sie umgebendm Außenseite mit einer Wärmedämmung (9) versehen ist, die vorzugsweise aus einem elektrisch schlecht leitenden Material, beispielsweise Keramik besteht.

&Iacgr;. Punktangußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekonnzeichnet, daß die Innendüse (7) über oinen an ihrer Außenseite vorgesehenen bzw. sie umgebenden Widerstandsdraht bzw. -spule (13) beheizbar ist.

5. Punktangußdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendüse (7) über zwei oder mehr an der Iiineridüse (7) außerhalb des Düsenkanals angebrachten bzw. bis an die Innendüse (7) reichende Kontaktstifte (17) unter BiI-dung eines elektrischen Stromkreises über deren ohmschen Widerstand beheizbar ist.

G. Punktangußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendüse (7) induktiv vorzugsweise über eine sie umgebende Spulenwicklung (13) aufheizbar ist.

7. Punktangußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Widerstands- bzw. Induktionsheizung in der die Innendüse (7) umgebenden Wärmedämmung (9) eingebettet ist.

8· Punktangußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß ein Wärmeabfluß während der Abkühlphase zum gekühlten Werkzeug hin durch unterschiedliche Isoliermaterialien einstellbar ist.

9. Punktangußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung für die Innendüse

(7) vorzugsweise im Bereich der vordersten Düsenspitze, d,h. 30

der Angußöffnung (5) vorgesehen ist.

I · I » · I

10. Punktangußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9,. da durch gekennzeichnet, daß bei Mehrfachwerkzeugen mit. gleichen oder unterschiedlichen Formnestvolumina die Füllgeschwindigkeit durch die Düsenabmessung, vorzugsweise durch die Größe der Angußöffnung einstellbar ist.

11. Punktangußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß bei Verarbeitung von Elastomeren und Duromeren die höchste Düsentemperatin bei der dem Einspritzvorgang folgenden Vernetzungsphase erreichbar ist.