WO1990009876A1 - Verschlussnadel und damit bestückte einheit für spritzgussformen - Google Patents
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- B29C45/2806—Closure devices therefor consisting of needle valve systems
Definitions
- the present invention relates to a locking needle and a unit equipped with it for injection molds according to the preamble of claim 1, respectively. 5th
- Heated valve needles and their use in injection molds have been known for a large number of years. They are used in the processing of thermoplastic foams for both open and closable nozzles, so-called closure nozzles.
- closure nozzles As a rule, in the known locking needles, the needle body is made of steel and the heating element is inserted and fastened therein, or a heating coil is incorporated directly into the needle.
- the task of such sealing needles is to keep the plastic melt in the liquid state from the distribution channel to the cut of the mold cavity so that it can flow freely into the mold cavity during the injection process.
- the present invention has for its object to overcome the aforementioned disadvantages of the known internally heated valve needles and the units equipped with them and to create a valve needle and a unit equipped with it, which make it possible to use sophisticated injection molds even demanding plastics, such as those with a high crystalline content , to process.
- this object is achieved by means of a closing needle as defined in claim 1 and a unit equipped therewith as defined in claim 5.
- the heat transfer from the heated needle tip to the shaft can be influenced so favorably that a seal made of solidified plastic can be found on the valve needle in the area of its guide part forms. This presupposes that the surface temperature of the shaft in this area does not reach the melting temperature of the plastic, whereas this temperature must be reached in the area of the needle tip, which is not possible or only possible to a very limited extent with conventional heated closure needles.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through that part of an injection mold of the closure nozzle type which contains a closure needle according to the invention which keeps the sprue opening closed by spring pressure
- FIG. 2 shows a corresponding longitudinal section through that part of an injection mold of the open nozzle type which contains a closure needle according to the invention, which is stationary,
- FIG 3 shows a longitudinal section through that part of an injection mold which contains a hydraulically moved shut-off needle according to the invention
- Fig. 4 shows a detail of a closure needle according to the invention in the region of the radiator, also in longitudinal section.
- FIG. 1 schematically shows the situation in that part of a multiple injection mold of the closure nozzle type in which it contains a sprue opening 17 with a closure needle according to the invention which cooperates therewith. It is deliberately based on the presentation of constructive details of the injection mold, respectively. the individual parts such as the pre-measurement 5 containing the mold plate 6, the front channel plate 7, the rear channel plate 8 and the clamping plate 9 have been omitted, since they are irrelevant to the understanding of the invention.
- a closure needle according to the invention consisting essentially of a needle tip 1 and a shaft 2, which in the rear area of the shaft 2, in a breakthrough 15 of the clamping plate 9, has a connection head 13 which is used to fasten a cable lug 14 of an electrical feed 12 for the supply of the inserted in the needle tip 1 radiator 3 with electrical energy.
- the front part of the closure needle according to the invention protrudes into an insulating channel 16, in which it is pressed down by the action of a spring assembly 11 advantageously arranged in a spring cage 10 such that the Gate opening 17 is closed by the needle tip 1.
- the locking needle is guided in the region of its entry into the insulating channel 16 in a guide bush 4, which is designed in such a way that there is only minimal play between the shaft 2 and the guide bush 4.
- the heating element 3 is accommodated in the needle tip 1. It is advantageously inserted into the latter by means of a sliding fit and the latter is mechanically secured against being pulled out of the shaft 2. It also has a heating coil 18, which is most narrowly wound in the front side facing the tip of the needle tip 1 and thus has the highest watt density there. A thermocouple (not shown here) can also be accommodated in this zone, which can be connected to a control for the heating element.
- the heating element wall 19 is advantageously thermally operatively connected to the inner wall of the needle tip 1 by means of a thermal paste, in such a way that the best possible heat transfer is ensured between these two elements.
- the outer wall of the needle tip 1 is designed such that it does not lie against the inner wall of the shaft over its entire length, since an unimpeded heat transfer between these two elements must be prevented as far as possible for the reasons listed below .
- This configuration of the connection between the needle tip 1 and the shaft 2 of the closure needle according to the invention has the effect that, at the operating temperature of the tip, the temperature on the guide sleeve 4 can never be equal to or higher than the melting temperature of the plastic. With adequate control of the radiator 3, respectively. correct setting of its temperature can thus be achieved that one for the Processing of the molding compound in the sealing needle area of the insulating channel 16 has a favorable temperature profile, which makes it possible that solidified plastic in the area of the guide bushing 4 and the insulating channel walls as insulation, or.
- the heater 3 is provided with a hexagon connection head 13 for the connection of the electrical lines.
- FIG. 2 which does not again show the structural details of a closure needle according to the invention explained with reference to FIG. 1, it can be seen that such a closure needle can also be used with injection molds of the open nozzle type with a stationary closure needle.
- FIG. 3 serves to illustrate that the closure needles according to the invention can be actuated both mechanically by means of spring assemblies 11 and 11 'and also hydraulically.
- the injection mold above the platen 9 requires a closure plate 21 in which the hydraulic channels 22 and 23 required for actuating the closure needle and a piston 25 and a closure cover 24 are accommodated.
- a spring cage 10 ' is advantageously used, which is designed such that it can cooperate with a plunger 26.
- the heating element 3 In order not to cause any difficulties in the application and during the operation of the injection mold, it is advisable for the heating element 3 to be designed for operation with low voltage, for example 42 volts. This enables the Selection of line cross-sections which result in an optimal service life for the heating coil 18 and are easy to handle for the feeds 12. In addition, unnecessary risks from mains voltage are avoided and the regulation of the heat output is simplified.
- closure needle according to the invention and the unit equipped with it can be easily manufactured in different, advantageously standardized sizes, for example for small, medium and large injection molds.
- closure needle according to the invention and the unit equipped with it offer significant advantages over conventional internally heated needles, which lie in particular in that the plastic melt in contact with the closure needle is only exposed to the highest permissible temperature at the needle tip and is therefore processed gently can.
- the fact that it is possible for the first time with the closure needle according to the invention to be able to use the advantages of the injection molds with the insulating channel through the closure needle region to the sprue opening has proven to be particularly advantageous in the case of demanding, in particular crystalline, plastic melts with a very narrow temperature hysteresis.
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Abstract
Um temperaturempfindliche Thermoplaste in Spritzgussformen problemlos verarbeiten zu können, wird eine Verschlussnadel vorgeschlagen, die zumindest aus einer Nadelspitze (1) und einem Schaft (2) besteht und die in der Nadelspitze (1) einen Heizkörper (3) trägt. Zwecks Erzeugung eines für die Verarbeitung der Formmasse günstigen Temperaturprofils derart, dass die Formmasse im Bereich der Nadelspitze (1) stets plastisch oder flüssig bleibt, wogegen sie im Bereich des in eine Führungsbüchse (4) eintretenden Schaftes (2) fest werden kann, wird einerseits ein Heizkörper (3) verwendet, der eine gegen die Nadelspitze (1) hin zunehmende Wärmedichte erzeugt. Andererseits wird der Wärmeübergang zwischen der Nadelspitze (1) und dem Schaft (2) durch Spaltringräume (20) gezielt verringert. Dadurch ist eine Einheit realisierbar die problemlos in Isolierkanal-Spritzgussformen integriert werden kann und eine schonende Verarbeitung empfindlicher Kunststoffschmelzen ermöglicht.
Description
VERSCHLÜSSNADEL UND DAMIT BESTÜCKTE EINHEIT FÜR SPRITZGÜSSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlussnadel und eine damit bestückte Einheit für Spritzgussformen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, resp. 5.
Beheizte Verschlussnadeln sowie ihre Anwendung in Spritzgussformen sind seit einer Vielzahl von Jahren bekannt. Sie werden bei der Verarbeitung von thermoplastischen Foππrαassen sowohl für offene als auch für verschliessbare Düsen, sogenannte Verschlussdüsen, eingesetzt. In der Regel besteht bei den bekannten Verschlussnadeln der Nadelkörper aus Stahl und der Heizkörper ist darin eingeschoben und festgemacht oder ein Heizwendel ist direkt in die Nadel eingearbeitet. Die Aufgabe solcher Verschlussnadeln besteht darin, die Kunststoffschmelze vom Verteilerkanal bis zum Anschnitt der Formhöhlung in flüssigem Zustand zu halten, damit sie beim Einspritzvorgang ungehindert in die Formhöhlung strömen kann.
Alle bekannten bisher verwendeten Verschlussnadeln haben eine ungünstige Wärmeverteilung, weil bei den als Heizpatronen ausgebildeten eingeschobenen Heizkörpern die grösste Wärmedichte in der Mitte der Heizpatrone vorhanden ist und bei eingearbeiteten Heizwendeln unterschiedlicher Wattdichte die Wärme zu stark über den Nadelkörper zur Führungsbüchse geleitet wird. Dadurch bleibt der Kunststoff im Bereich der Führungsbüchse geschmolzen und wird durch den hohen Spritzdruck in diese hineingepresst, was zu Leckagen und Funktionsstörungen führen kann. Deshalb sind anspruchsvolle und thermisch empfindliche Kunststoffe, sogenannte Engineering Plastics, mit einem engen thermischen Verarbeitungsbereich nur mit Schwierigkeiten auf Spritzgussformen mit herkömmlichen
Verschlussnadeln verarbeitbar. Auch wird der Energieverbrauch durch die Verwendung der herkömmlichen Verschlussnadeln unnötig hoch, da ein Teil der Wärme an die Formplatten abgeleitet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile der bekannten innenbeheizten Verschlussnadeln sowie der damit bestückten Einheiten zu überwinden und eine Verschlussnadel und eine damit bestückte Einheit zu schaffen, die es ermöglichen, mit bestehenden Spritzgussformen auch anspruchsvolle Kunststoffe, beipielsweise solche mit hohem kristallinem Anteil, zu verarbeiten.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mittels einer Verschlussnadel, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist und einer damit bestückten Einheit, wie sie in Patentanspruch 5 definiert ist, gelöst.
Mit einer derartigen Verschlussnadel, resp. Einheit, kann, bei geeigneter Materialwahl für den Schaft und die Spitze und durch die Unterbrechung.der Wärmebrücken durch Spaltringräume der Wärmeübergang von der beheizten Nadelspitze zum Schaft derart günstig beeinflusst werden, dass sich an der Verschlussnadel im Bereich von dessen Führungsteil eine Abdichtung aus erstarrtem Kunststoff bildet. Dies setzt voraus, dass die Oberflächentemperatur des Schaftes in diesem Bereich die Schmelztemperatur des Kunststoffes nicht erreicht, wogegen diese Temperatur im Bereich der Nadelspitze erreicht sein muss, was mit herkömmlichen beheizten Verschlussnadeln nicht oder nur sehr begrenzt möglich ist.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind hiernach unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In letzterer zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform des Verschlussdüsen-Typs, der eine erfindungsgemasse Verschlussnadel enthält, die die Angussöffnung durch Federdruck verschlossen hält,
Fig. 2 einen entsprechenden Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform des Offendüsen-Typs, der eine erfindungsgemasse Verschlussnadel enthält, die fest steht,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform, der eine erfindungsgemasse hydraulisch bewegte Verschlussnadel enthält, und
Fig. 4 ein Detail einer erfindungsgemässen Verschlussnadel im Bereich des Heizkörpers, ebenfalls im Längsschnitt.
In Fig. 1 ist schematisch die Situation in jenem Teil einer Mehrfach-Spritzgussform des Verschlussdüsen-Typs dargestellt, in welchem diese eine Angussöffnung 17 mit einer damit zusammenwirkenden erfindungsgemässen Verschlussnadel enthält. Dabei ist bewusst auf die Darstellung konstruktiver Details der Spritzgussform, resp. von deren Einzelteilen wie der ein Vormest 5 enthaltenden Formplatte 6, der vorderen Kanalplatte 7, der hinteren Kanalplatte 8 und der Aufspannplatte 9 verzichtet worden, da sie für das Verständnis der Erfindung irrelevant sind. Man erkennt in dieser Figur eine im wesentlichen aus einer Nadelspitze 1 und einem Schaft 2 bestehende erfindungsgemasse Verschlussnadel, die im hinteren Bereich des Schaftes 2, in einem Durchbruch 15 der Aufspannplatte 9 einen Anschlusskopf 13 aufweist, der der Befestigung eines Kabelschuhes 14 einer elektrischen Zuführung 12 für die Versorgung des in der Nadelspitze 1 eingeschobenem Heizkörpers 3 mit elektrischer Energie, dient. Der vordere Teil der erfindungsgemässen Verschlussnadel ragt in einen Isolierkanal 16 hinein, in welchem er durch die Wirkung eines vorteilhafterweise in einem Federkäfig 10 angeordneten Federpaketes 11 nach unten gedrückt wird, derart, dass die
Angussöffnung 17 durch die Nadelspitze 1 veschlossen wird. Die Verschlussnadel wird dabei im Bereich ihres Eintritts in den Isolierkanal 16 in einer Führungsbüchse 4 geführt, die derart ausgelegt ist, dass nur ein minimales Spiel zwischen dem Schaft 2 und der Führungsbüchse 4 vorhanden ist.
Man erkennt in Fig. 1 und insbesondere auch aus Fig. 4, wie der Heizkörper 3 in der Nadelspitze 1 untergebracht ist. Vorteilhafterweise ist er mittels Schiebepassung in letztere eingeschoben und letztere mechanisch gegen ein Ausziehen aus dem Schaft 2 gesichert. Sie weist ferner ein Heizwendel 18 auf, das im vorderen, der Spitze der Nadelspitze 1 zugewandten Seite, am engsten gewunden ist und somit daselbst die höchste Wattdichte aufweist. In dieser Zone kann auch ein hier nicht dargestelltes Thermoelement untergebracht sein, das mit einer Regelung für das Heizelement verbunden sein kann. Die Heizelementwand 19 ist vorteilhafterweise mittels einer Wärmeleitpaste mit der Innenwand der Nadelspitze 1 thermisch wirkverbunden, derart, dass zwischen diesen beiden Elementen ein möglichst optimaler Wärmeübergang sichergestellt ist. Demgegenüber ist die Aussenwand der Nadelspitze 1, wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, derart ausgebildet, dass sie nicht auf ihrer gesamten Länge an der Schaftinnenwandung anliegt, da ein ungehinderter Wärmeübergang zwischen diesen beiden Elementen aus den hiernach aufgezählten Gründen möglichst verhindert werden muss. Dies wird erfindungsgemäss mittels Spaltringräumen 20 und die Verwendung von unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Materialien für die Nadelspitze 1 und den Schaft 2 erreicht.
Diese Ausgestaltung der Verbindung von Nadelspitze 1 und Schaft 2 der erfindungsgemässen Verschlussnadel bewirkt, dass bei Betriebstemperatur der Spitze die Temperatur an der Führungsbüchse 4 nie gleich oder höher sein kann als die Schmelztemperatur des Kunststoffes ist. Bei adäquater Steuerung des Heizkörpers 3, resp. korrekter Einstellung von dessen Temperatur kann somit erreicht werden, dass ein für die
Verarbeitung der Formmasse im Verschlussnadelbereich des Isolierkanals 16 günstiges Temperaturprofil vorhanden ist, das es ermöglicht, dass sich im Bereich der Führungsbüchse 4 und der Isolierkanalwandungen verfestigter Kunststoff als Isolation, resp. als Abdichtung der Öffnung zwischen der Führungsbüchse 4 und dem Schaft 2 absetzt und lediglich eine plastische Seele der zu verarbeitenden Formmasse im Isolierkanal 16 vorhanden ist, was auch bei empfindlichen Kunststoffschmelzen, wie z.B. kristallinen Kunststoffschmelzen, eine schonende und problemlose Verarbeitung ermöglicht. Es ist vorteilhaft, wenn der Heizkörper 3 mit einem 6-kant-Anschlusskopf 13 für den Anschluss der elektrischen Leitungen versehen ist.
Aus Fig. 2, die die anhand von Fig. 1 erläuterten konstruktiven Details einer erfindungsgemässen Verschl ssnadel nicht nochmals zeigt, lässt sich entnehmen, dass eine solche Verschlussnadel auch bei Spritzgussformen des Offendüse -Typs mit stillstehender Verschlussnadel anwenden lässt.
Entsprechend dient Fig. 3 dazu, zu veranschaulichen, dass die erfindungsgemässen Verschlussnadeln sowohl mechanisch mittels Federpaketen 11 und 11' als auch hydraulisch betätigt werden können. In letzterem Falle bedarf die Spritzgussform oberhalb der Aufspannplatte 9 einer Verschlussplatte 21, in der die für die Betätigung der Verschlussnadel notwendigen Hydraulikkanäle 22 und 23 und ein Kolben 25 sowie ein Verschlussdeckel 24 untergebracht sind.
Bei dieser Lösung wird vorteilhafterweise ein Federkäfig 10' verwendet, der derart ausgebildet ist, dass er mit einem Stössel 26 zusammenwirken kann.
Um in der Anwendung und während dem Betrieb der Spritzgussform keine Schwierigkeiten zu bereiten ist es angezeigt, wenn der Heizkörper 3 für den Betrieb mit Niederspannung, beispielsweise 42 Volt, ausgelegt wird. Dies ermöglicht die
Wahl von Leitungsguerschnitten, die für das Heizwendel 18 eine optimale Lebensdauer ergeben und für die Zuführungen 12 leicht zu handhaben sind. Zudem werden unnötige, durch Netzspannung bedingte Risiken vermieden und die Regelung der Wärmeleistung vereinfacht.
Der Fachmann erkennt, dass die erfindungsgemasse Verschlussnadel sowie die damit bestückte Einheit problemlos in unterschiedlichen, vorteilhafterweise standardisierten Grossen herstellbar sind, beispielsweise für kleine, mittlere und grosse Spritzgussformen.
Der Fachmann erkennt ferner, dass die erfindungsgemasse Verschlussnadel sowie die damit bestückte Einheit gegenüber herkömmlichen innenbeheizten Nadeln wesentliche Vorteile bieten, die insbesondere darin liegen, dass die Kunststoffschmelze im Kontakt mit der Verschlussnadel nur an der Nadelspitze der höchsten zulässigen Temperatur ausgesetzt wird und somit schonend verarbeitet werden kann. Die Tatsache, dass es erstmals mit der erfindungsgemässen Verschlussnadel möglich ist, die Vorteile der Spritzgussformen mit Isolierkanal über den Verschlussnadelbereich bis zur Angussöffnung hin nutzen zu können, erweist sich bei anspruchsvollen, insbesondere kristallinen Kunststoffschmelzen mit sehr enger Temperaturhysterese als besonders vorteilhaft.
Erwähnenswert ist diesbezüglich auch, dass die Verwendung einer erfindungsgemässen Verschlussnadel, resp. einer damit bestückten Einheit, in praktisch allen Spritzgussformen, die für den Betrieb mit Düsen- oder Verschlussnadeln ausgelegt sind, problemlos möglich ist und dem Formenbauer eine entsprechende Umrüstung der Spritzgussformen keinerlei Schwierigkeiten bereitet.
Claims
1. Verschlussnadel für Spritzgussformen, umfassend eine Nadelspitze (1) mit darin angeordnetem Heizkörper (3) sowie einen Schaft (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen von Nadelspitze (1) und Schaft (2) durch Spaltringräume (20) gezielt unterbrochen sind, derart, dass der Wärmeübergang von der Nadelspitze (1) an den Schaft (2) kleiner ist als jener zwischen Heizkörper (3) und Nadelspitze (1) und dass der Heizkörper (3) so ausgebildet ist, dass er entlang der Verschlussnadel-Längsachse in Richtung zur Nadelspitze (1) hin zunehmende Wärmestromdichte aufweist.
2. Verschlussnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelspitze (1) aus einem Material besteht, das bessere Wärmeleiteigenschaften aufweist als das Material, aus dem der Schaft (2) besteht.
3. Verschlussnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (3) einen 6-kant-Anschlusskopf (13) aufweist und für den Betrieb mit Niederspannung ausgelegt ist.
4. Verschlussnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (3) mit einem Thermoelement ausgerüstet ist.
5. Mit einer Verschlussnadel gemäss Anspruch 1 bestückte Einheit mit einer Führungsbüchse (4), einer Betätigungseinheit (11, 11', 25) für die Verschlussnadel und einer Stromzuführung (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (25, 11, 11') hydraulisch und/oder mechanisch ist und die Verschlussnadel in montiertem Zustand in der Führungsbüchse
(4) hin und her bewegen kann, um dadurch im in der Spritzgussform eingebautem Zustand eine Abdichtung einer Angussöffnung (17) bewirken zu können.
6. Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Betätigungseinheit aus einem Tellerfedernpaket (11) besteht, das die Nadelspitze (1) mit einem vorbestimmten Anpressdruck gegen die Angussöffnung (17) der Spritzgussform presst.
7. Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie bezüglich Temperaturprofil so ausgelegt ist, dass während des Betriebes der Spritzgussform im Bereich, in dem der Schaft (2) in die Führungsbüchse (4) eintritt, sich die Formmasse rund um die Führungsbüchse (4) und den Schaft (2) verfestigen und/oder kristallisieren kann, wogegen sie im Bereich der Nadelspitze (3) in plastischem und/oder flüssigem Zustand gehalten wird.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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