WO2004071742A1 - Verfahren zum herstellen von spritzgiessartikeln und nadelverschlussdüse für ein spritzgiesswerkzeug - Google Patents

Verfahren zum herstellen von spritzgiessartikeln und nadelverschlussdüse für ein spritzgiesswerkzeug Download PDF

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WO2004071742A1
WO2004071742A1 PCT/EP2004/001265 EP2004001265W WO2004071742A1 WO 2004071742 A1 WO2004071742 A1 WO 2004071742A1 EP 2004001265 W EP2004001265 W EP 2004001265W WO 2004071742 A1 WO2004071742 A1 WO 2004071742A1
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WO
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needle
melt
fluid
injection
nozzle
Prior art date
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PCT/EP2004/001265
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Günther
Ulrich Stieler
Original Assignee
Günther Gmbh & Co., Metallverarbeitung
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Priority to BR0407223-5A priority patent/BRPI0407223A/pt
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/1703—Introducing an auxiliary fluid into the mould
    • B29C45/1734—Nozzles therefor
    • B29C45/1735—Nozzles for introducing the fluid through the mould gate, e.g. incorporated in the injection nozzle

Definitions

  • the invention relates to a method for producing injection molded articles according to the preamble of claim 1 and a needle valve nozzle for an injection molding tool for carrying out the method according to the preamble of claim 12.
  • a gas or a liquid - hereinafter generally referred to as a fluid - into the still flowable melt after the injection of a material melt into a mold cavity, so that a cavity is formed in the injection molded article.
  • the injected fluid exerts pressure on the injection molding material coming into contact with the walls of the mold until it has achieved sufficient strength.
  • the contours of the mold nest are reproduced exactly.
  • the fluid cools the melt from the inside, so that even more strongly developed areas of the injection molded article harden quickly. Signs of shrinkage are effectively avoided.
  • the cycle time of the injection molding machine can be increased.
  • a hollow needle is usually inserted at a predetermined location in the mold cavity, through which the fluid can flow (see, for example, EP 0 421 842 B1).
  • the disadvantage here is that visible injection points remain on the finished injection molded article in addition to the sprue points, which is not always desirable.
  • DE 42 31 270 A1 therefore proposes to design a hot runner nozzle with a sealing needle which is axially displaceable in a melt channel so that the fluid (here: a gas) is supplied via the sealing needle which can be moved into an open and a closed position by means of a drive.
  • the latter has a central longitudinal bore which ends at its nozzle end in an outlet gap (annular gap) of less than 0.1 mm in width and is connected at its other end to a gas pressure line.
  • the gas required for the internal gas pressure process is supplied to the plastic melt through the sprue opening of the mold cavity.
  • the very narrow annular gap ensures that the plastic melt cannot penetrate the gas channel due to its surface tension.
  • a separate hollow needle is no longer required.
  • an injection opening caused by the fluid remains at the gate, which is not always desirable.
  • Another problem is that the shut-off needle and thus also the outlet gap for the fluid are always in front of the mold cavity limit.
  • the locking needle and the tool must therefore close absolutely tightly so that the gas cannot escape or find another way.
  • the reject rate is correspondingly high.
  • Another disadvantage is that the fluid flow is limited because the exit gap in the valve pin is fixed.
  • the axially movable shut-off needle of the hot runner nozzle receives an elongated hollow needle which is fixed in the tool relative to the shut-off needle and the front outlet end of which projects permanently into the mold cavity through the sprue opening.
  • the outlet end is formed by a porous stainless steel section. This enables fluid Flow directly into the mold cavity and prevents the melt from penetrating into the hollow needle. If the shut-off needle is opened, the melt flows around the outlet end.
  • fluid is injected into the melt stream, creating a gas or liquid bubble that expands until the melt material contacts the mold cavity wall and a stable outer skin has formed. Then the valve pin is closed, the fluid pressure is lowered and the finished injection molded part is ejected.
  • an injection channel is formed in the melt shut-off needle, which ends in the end face of the melt shut-off needle and can be closed there by a further axially movable needle.
  • the melt channel and the fluid channel, i.e. the melt shut-off needle and the fluid shut-off needle can be opened or closed alternately.
  • the outlet opening for the injection fluid is always in front of the mold cavity limit.
  • the fluid must therefore find its way through the sprue opening into the mold cavity, which is time-consuming and not always successful.
  • the hot runner nozzle forms part of the mold cavity, i.e. the nozzle body, which is kept at the highest possible temperature right down to the tip of the nozzle, is in direct contact with the cold tool. Due to the resulting poor thermal separation and the thermal expansions that occur, leaks can occur, which can have an unfavorable effect on the melt flow and the fluid flow.
  • a hollow needle for the fluid is guided axially movably in the melt shut-off needle and has an elongated injection cannula at its end facing the mold cavity.
  • This is used for fluid injection from the melt shut-off needle into the Mold cavity of the injection mold introduced.
  • the fluid is supplied directly to the plastic melt;
  • the cannula with its laterally formed outlet openings will get caught on the outer skin of the injection-molded article already formed in the edge regions of the sprue when it is introduced into the mold cavity and detach it from the mold cavity wall.
  • the outlet openings for the fluid in the cannula are only closed when they are completely retracted into the melt shut-off needle.
  • the fluid may therefore only emerge when the cannula has reached its end position in the mold cavity.
  • the outlet openings for the fluid must therefore be dimensioned so narrow that the plastic melt cannot penetrate into the fluid channel due to the high melt pressure.
  • the fluid flow is therefore limited and can only be changed via the pressure in the cannula. The overall manufacturing and control effort is high.
  • the aim of the invention is to overcome these and other disadvantages of the prior art and to provide a method for producing injection molded articles in which an injection fluid in any quantity can be fed directly to the still flowable melt in the mold cavity, even for larger outlet openings for the fluid effectively prevents penetration of the melt into the fluid channel.
  • the resulting injection hole in the injection molded article should be closed if necessary.
  • a corresponding device for an injection molding tool for carrying out the method should be constructed inexpensively using simple means and should always ensure reliable and rational fluid injection. A good thermal separation between the injection nozzle and the tool is also sought.
  • a flowable melt is introduced into a mold cavity by means of an injection nozzle which can be closed at the end by a sealing needle.
  • a fluid is injected through the closure needle under pressure into the melt introduced into the mold cavity, the fluid forming a cavity within the still flowable melt.
  • An injection hole remains in the injection molded article.
  • the invention provides that the sealing needle closes the injection nozzle after the introduction of the melt into the mold cavity and with it end of the nozzle is inserted into the mold cavity.
  • the fluid is then introduced into the melt introduced into the mold cavity in the region of the nozzle-side end of the sealing needle, at least one outlet being opened for the fluid outlet at the nozzle-side end of the sealing needle and being closed again after at least partial pressure relief in the cavity.
  • the fluid By immersing the sealing needle in the mold cavity, the fluid is injected directly into the melt without wasting time, which has a favorable effect on the cycle times.
  • the fluid cannot escape in any other way or even get between the injection molded article and the cavity wall, so that the reject rate is extremely low.
  • no melt can penetrate into the injection channel, because the outlet provided at the nozzle-side end of the sealing needle can be closed and is only opened when the sealing needle is in the mold cavity.
  • the outlet can be made almost arbitrarily. In particular, it can have a relatively large cross section, for example in order to allow a large amount of fluid to flow into the melt in a relatively short time.
  • a separate injection needle or cannula which dips into the mold cavity or into the melt injected therein, is no longer required, i.e. the injection molded part, which may already have solidified in the edge regions of the sprue opening, can no longer be damaged.
  • the closure needle is inserted through a sprue opening in the mold into the mold cavity, claim 3 providing that the outlet for the fluid can only be opened if the melt closure needle within the mold cavity has a defined or definable end position - preferably a closed position - has reached.
  • the outlet cannot be opened accidentally.
  • it is ensured that the melt cannot penetrate into the dimensionally dimensionable outlet for the fluid while the sealing needle is being inserted into the mold cavity. This remains blocked and closed until the locking needle has reached its end position in the mold cavity.
  • the fluid is injected into the melt relatively quickly without a time delay and through the large outlet.
  • the operational reliability is very high and the cycle times are significantly reduced compared to the previously known methods.
  • the closure needle remains in the mold cavity during the fluid inlet in a first closed position. However, it can also be pulled out of the mold cavity, for example, while the outlet is closed, which also has a favorable effect on the cycle time.
  • the injection nozzle can be opened again briefly according to claim 5, so that melt can flow into the injection hole.
  • the locking needle is then brought back into a second closed position, the injection hole being closed with the melt introduced.
  • Claim 6 further provides that the melt brought into the injection hole by the sealing needle enters into a cohesive connection with the not yet fully hardened injection molded article. This will close the injection hole tightly. It can also no longer be opened subsequently, ie fluid remaining in the injection molded article can no longer escape.
  • the shut-off needle is brought into a position that is flush with the injection molded article.
  • the valve needle can be positioned in its second closed position with the nozzle-side end at the mold nest boundary of the mold nest.
  • the opening and closing of the injection nozzle and the outlet opening is freely controllable and / or programmable in accordance with claim 9 by means of a controller, i.e. the fluid inlet, like the melt inlet, can be individually designed without great effort. It is expedient if the introduction of the melt into the mold cavity and / or into the injection hole and the introduction of the fluid into the melt are carried out in accordance with claim 10 as a function of at least one parameter. As a result, the entire process can be adapted to a wide variety of framework conditions at any time, which has a favorable effect on process economy. According to claim 11, the pressure, the temperature and the passage of time are preferably determined as parameters. Such measured values can be determined easily and quickly, which means that the method can also be influenced subsequently if necessary.
  • the invention provides according to claim 12 that the shut-off needle in the region of the nozzle-side end has a substantially cylindrical closure part which engages in an essentially cylindrical sealing seat in a first and a second closed position of the shut-off needle, the shut-off needle for fluid injection in the first closed position with its nozzle-side end so far into the mold cavity protrudes that the outlet for the fluid is in the melt introduced into the mold cavity.
  • the outlet for the fluid is therefore only opened when it is in the melt, i.e. the fluid is introduced directly into the melt and can quickly form the required cavity there.
  • the fluid cannot find another way or even escape because the shut-off needle always dips into the mold cavity and remains there during the fluid injection.
  • Thermal expansion of the injection nozzle and / or the tool are not critical. There are therefore no special requirements for the tightness of the mold inserts or the tool. The design effort is considerably reduced.
  • the outlet - depending on the application - can be individually dimensioned so that an almost arbitrary fluid flow can be introduced into the melt.
  • the outlet for the fluid is formed at the nozzle-side end of the melt shut-off needle, in particular if it is introduced into the outer end face of the melt shut-off needle.
  • claim 15 provides that the outlet for the fluid can be closed by a fluid locking needle which can be moved axially in the injection channel of the melt-sealing needle, the melt-sealing needle according to claim 16 being essentially one in the outlet cylindrical sealing seat for the fluid shut-off needle forms.
  • the melt shut-off needle thus forms an injection nozzle for the fluid which is immersed in the melt injected into the mold cavity, the outlet of which can be of any size, for example to generate a high fluid flow in the melt. The latter cannot flow out while the melt shut-off needle is being introduced into the mold cavity.
  • a premature fluid flow is also contrary to the prior art not required, for example, to keep the outlet clear. Rather, the fluid is always introduced in an optimal amount only where it is supposed to work, namely in the melt.
  • the consumption costs are just as low as the design effort, which has a favorable effect on the manufacturing and operating costs.
  • the injection channel is formed in a hollow needle axially movable in the melt shut-off needle, which has at least one outlet for the fluid at its nozzle-side end.
  • This is preferably located laterally in the hollow needle, so that - in contrast to the prior art - it only has to be pushed a short distance out of the melt shut-off needle to open it.
  • To close the hollow needle is drawn into the melt shut-off needle, which forms a sealing seat for the hollow needle at the end according to claim 18.
  • the movement of the fluid shut-off needle or the hollow needle can be blocked by means of a locking device.
  • this is coupled to the movement of the melt shut-off needle, i.e. the outlet for the fluid is blocked, for example, until the melt shut-off needle has reached its end position in the mold cavity. Only then is the fluid shut-off needle and / or its drive released by the locking device and the fluid can flow directly into the melt.
  • the sealing seat for the melt shut-off needle is formed on or in the injection nozzle.
  • Claim 23 also provides that at least one inlet cone for the melt shut-off needle is formed along the longitudinal axis of the injection nozzle or the shut-off needle in front of the sealing seat. The latter is therefore always centered before entering its sealing seat, which means the wear caused by friction on the sealing seat and on the melt shut-off needle is significantly reduced and an optimal sealing effect is guaranteed at all times.
  • Claim 25 provides that the melt shut-off needle for fluid injection projects through a sprue opening into the mold cavity, the sprue opening according to Claim 26 being formed in the mold inserts of the mold cavity and, according to Claim 27, being conically shaped.
  • the melt shut-off needle therefore does not directly hit the mold inserts when immersed in the mold cavity, but rather the melt located in the sprue opening and the prechamber. The wear is further reduced significantly.
  • the entire hot runner nozzle has a long service life.
  • a further embodiment of the hot runner nozzle according to the invention provides, according to claim 28, that a centering body made of wear-resistant material is arranged between the injection nozzle and the mold cavity formed by at least two mold inserts, at least one inlet cone for the melt shut-off needle being formed in the centering body according to claim 29.
  • the centering body ensures permanent, precise guidance of the melt shut-off needle and, secondly, the necessary thermal separation between the injection nozzle and the tool.
  • the sealing seat for the melt shut-off needle is therefore expediently formed in the centering body.
  • FIG. 1 is a sectional view of a needle valve nozzle for an injection molding machine
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the valve gate of FIG. 1 with the melt valve needle open
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of the valve gate from FIG. 1 with the melt valve needle in a first closed position
  • 4 shows an enlarged detail of the valve gate of FIG. 1 with the fluid valve needle open
  • FIG. 5 shows an enlarged detail of the needle shut-off nozzle from FIG. 1 with the melt shut-off needle opened again
  • Fig. 6 is an enlarged detail of the valve gate of Fig. 1 with the re-closing melt valve needle and
  • Fig. 7 is an enlarged detail of the valve gate of Fig. 1 with the melt valve needle in a second closed position.
  • the valve gate nozzle generally designated 10 in FIG. 1 is used for the production of injection molded articles A in the gas pressure process. It is used in an injection molding machine (not shown) and has a temperature-controlled melt channel 22, which is connected via an inlet 12 to a machine nozzle or a distribution system of the injection molding machine and extends through several (not designated) tool plates into an injection nozzle 20 extends.
  • This has a preferably externally heated nozzle body 21, which is mounted with a flange 25 in a tool plate 14 and has or forms a nozzle tip 23 at the end.
  • the latter can be in one piece with the nozzle body 21. Or it consists of a highly heat-conducting material and is inserted from below into the nozzle body 21, preferably screwed to it.
  • a melt S to be processed for example a metal, silicone or plastic melt, is fed to a mold cavity 50 via the melt channel 22 and the injection nozzle 20.
  • This is formed between two mold inserts 54, 55, which are fastened to the tool plate 14 with screws (not shown) and delimit a conical sprue opening 52 concentrically to the longitudinal axis L of the hot runner nozzle 10.
  • a pre-chamber 26 is formed between the mold inserts 54, 55 and the nozzle tip 23 of the injection nozzle 20, which separates the temperature-controlled melt channel 22 or the injection nozzle 20 from the mostly cooled mold inserts 54, 55.
  • an axially displaceable shut-off needle 30 is provided, which can be brought from an open position into two definable closed positions by means of a pneumatic drive 40.
  • a pneumatic drive 40 For this purpose, it lies concentrically in the melt channel 22 of the injection nozzle 20 and is connected at the end to a lifting plate 36 which is arranged by two pneumatic cylinders 42 of the drive 40 and their actuators 43 arranged symmetrically to the longitudinal axis L of the locking needle 30 can be raised and lowered evenly.
  • the locking needle 30, which is cylindrical at least in sections and has a multiple gradation along its longitudinal axis L, has an essentially cylindrical locking part 33 in the region of its nozzle-side end 32, which engages in an essentially cylindrical sealing seat D in the injection nozzle 20 in the closed position of the locking needle 30 ,
  • the latter is provided in the nozzle tip 23 with a cylindrical section 28, the inside diameter of which is only slightly larger than the outside diameter of the closure part 33 of the closure needle 30. If the latter therefore moves from its open position shown in FIG. 2 into one of the closed positions, the melt channel 22 in the injector 20 tightly closed so that no more melt S can escape from the channel 22.
  • an inlet cone 24 is formed along the longitudinal axis L in front of the cylindrical section 28 in the nozzle tip 23 and centers the closure needle 30 when closing.
  • spacers 47, spacer rings or the like are on both sides of the lifting plate 36. provided that can be retracted and / or pivoted into the range of motion of the lifting plate 38 by means of pneumatic actuating cylinders 46. If the spacers 47 are outside the range of movement of the lifting plate 38, this can - as shown in FIGS. 3 and 4 - travel relatively far down.
  • the shut-off needle is in its first closed position and projects with its nozzle-side end 32 through the sprue opening 52 into the mold cavity 50. If, however, the spacers 47 are pivoted in, the downward movement of the lifting plate 36 is limited.
  • the closing needle 30 can be brought into its second closed position in front of the mold cavity 50, in particular positioned at the mold cavity limit (see FIG. 7).
  • the spacers 44 are fastened to the actuating cylinders 46 by means of holding arms 45 and are adjustable in height either via the angle pieces 45 or in themselves, so that the respective final closed position of the locking needle 30 can be adjusted or changed if necessary.
  • an injection channel 60 is formed for introducing a fluid F into the melt S injected into the mold cavity 50, which is connected in the area on the tool side to a pressure line (not shown), for example a gas pressure line, and at the end 32 on the nozzle side Melt shut-off needle 30 opens into an outlet 62.
  • the latter is preferably introduced as a simple hole in the end face 34 of the melt shut-off needle 30 and can be closed by a fluid shut-off needle 64 which can be moved axially in the injection channel 60.
  • this can be brought from an open position into a closed position by means of a further pneumatic drive 70, the essentially cylindrical fluid shut-off needle 64 being anchored with its tool-side end 65 in a guide bush 72 which is axially displaceable along the longitudinal axis L in a guide plate 16 of the needle shut-off nozzle 10 is stored.
  • the guide bush 72 sits axially displaceably in a slide 74, which is slidably mounted within the guide plate 16 perpendicular to the longitudinal axis L and is connected via an actuator 75 to a pneumatic cylinder 76 of the drive 70.
  • a screw 77 fixed in the carriage 74 passes through the guide bush 72 at an angle to the vertical, so that the guide bush 72 can be moved up and down in the axial direction L during a sideways movement of the carriage 74.
  • the fluid shut-off needle 64 can be opened and closed independently of the melt shut-off needle 30.
  • the melt shut-off needle 30 in the outlet 62 forms a substantially cylindrical sealing seat 66 for the overall cylindrical fluid shut-off needle 64, the inside diameter in the outlet 62 being smaller than in the injection channel 60, so that the fluid Locking needle 64 within the melt locking needle 30 is flowed around by the fluid F.
  • the fluid locking needle 64 engages with a cylindrical locking part 63 in the sealing seat 66.
  • Your end face 67 is flush with the end face 34 of the melt shut-off needle 30.
  • a locking device 80 This consists of a pin 82 anchored in the needle valve 10, which is parallel to the longitudinal axis A. extends and its length is dimensioned such that it engages - as soon as the melt valve pin 30 leaves its first closed position - in a corresponding recess 83 in the carriage 74. This can no longer move laterally due to the mechanical coupling.
  • the fluid shut-off needle 64 cannot be opened, either accidentally or due to an operating error.
  • the mode of operation of the hot runner nozzle 10 according to the invention is shown in FIGS. 2 to 7.
  • the melt shut-off needle 30 is initially in its open position.
  • the melt S can flow through the melt channel 22, the cylindrical section 28 in the nozzle tip 23, the pre-chamber 26 and through the sprue opening 52 into the mold cavity 50 (FIG. 2).
  • melt shut-off needle 30 is brought into its first closed position by the drive 40.
  • the melt shut-off needle 30 projects with its nozzle-side end 32 into the mold cavity 50 so that the outlet 62 for the fluid F lies in the middle of the melt S (FIG. 3).
  • the inlet cone 24 in the nozzle tip 23 and the conically shaped sprue opening 52 in connection with the melt S ensure that the melt shut-off needle 30 is guided exactly concentrically to the longitudinal axis L and does not strike the nozzle 20 and / or the mold inserts 54, 55.
  • the blocking device 80 releases the drive 70 for the fluid shut-off needle 64.
  • the outlet 62 for the fluid F is opened, the fluid shut-off needle 64 being drawn into the melt shut-off needle 30.
  • the fluid for example an inert gas, can flow unhindered into the still flowable melt S under pressure (FIG. 4).
  • a cavity H is formed, which presses the melt S from the inside against the cavity wall.
  • the fluid pressure is released and the fluid shut-off needle 64 is closed.
  • the melt shut-off needle 30 is pulled out of the mold cavity 50, an injection channel I with the dimensions of the melt shut-off needle 30 remaining open in the injection-molded article A that has already formed. If this will remain open, the melt shut-off needle 30 is brought into the second closed position and the injection molded article A is ejected. It is not absolutely necessary to shoot the sealing needle 30 flush with the injection molded article A or to position it at the mold cavity boundary.
  • melt shut-off needle 30 is brought into its open position a second time, so that a small defined amount of melt S can flow into the mold cavity 50 via the pre-chamber 26 (FIG. 5).
  • the melt shut-off needle 30 is closed again, the reflowing material S being pushed through the pre-chamber 26 and the sprue opening 52 into the injection hole I until the melt shut-off needle 30 has reached its second closed position ( Fig. 7).
  • the injection hole I is closed by the introduced melt S, which forms a cohesive connection with the material which has already been introduced and likewise not yet hardened.
  • the shut-off needle 30 lies flush against the injection molded article A.
  • the aligned end faces 34, 67 of the closure needles 30, 64 give the injection molded article A an essentially smooth surface.
  • the finished injection molded article A can be ejected.
  • All drives 40, 46, 70 can be actuated via an electronic control (not shown), which can be freely programmed depending on the application.
  • Injection nozzle 20 and outlet 62 can therefore be opened and closed individually and independently of one another. It is important, however, that the opening and closing of the outlet opening 62 for the fluid F - depending on the melt material - is neither too late nor too early.
  • the introduction of the fluid F into the melt S is carried out as a function of at least one parameter.
  • a parameter can be the melt pressure in the mold cavity 50, its temperature or a time specification, which are recorded with appropriate measuring devices and passed on to the control.
  • the needle valve nozzle can be designed as a hot runner nozzle or as a cold runner nozzle, the injection nozzle 20 being externally heated or internally heated.
  • a liquid can be introduced into the melt S instead of gas. It is also conceivable that a second melt is injected through the shut-off needle 30.
  • the injection channel 60 is formed in a hollow needle which can be moved axially in the melt shut-off needle 30 and which has two outlet openings 62 for the fluid F at the side on its nozzle-side end.
  • the end of the melt shut-off needle 30 forms a sealing seat for the hollow needle, which only has to be pushed a short distance out of the melt shut-off needle to open the outlet openings 62.
  • the locking device 80 can also be coupled electrically or pneumatically with the movement of the melt shut-off needle in that the drives 40, 70 for the shut-off needles 30, 64 are controlled accordingly.
  • the latter like the spacers 47, can also be moved by an electric motor or a servomotor, which can be advantageous depending on the application.
  • the use of a hydraulic drive is also conceivable.
  • a centering body (not shown) made of wear-resistant material is arranged between the injection nozzle 20 and the two mold inserts 54, 55, which has an inlet cone (also not shown) and a sealing seat D for the melt shut-off needle 30.
  • the melt shut-off needle 30 forms an injection nozzle for the fluid F, which can be introduced into the mold cavity 50 and thus into the melt S injected therein.
  • a needle closure nozzle 10 for an injection molding tool for introducing a flowable melt S into a mold cavity 50 has an injection nozzle 20 which can be closed at the end by a closure needle 30.
  • An injection channel 60 runs in this, which opens into an outlet 62 for introducing a fluid F into the melt S introduced into the mold cavity 50.
  • the latter is introduced into the end face 34 of the melt shut-off needle 30 and can be closed by a fluid shut-off needle 64 which is axially movable in the melt shut-off needle 30.
  • the melt shut-off needle 30 can be brought from an open position into a first and a second closed position by means of a drive 40.
  • a cylindrical closure part 33 of the closure needle 30 fits snugly into a sealing seat D, which is preferably formed in the injection nozzle 20 or on a nozzle tip 23.
  • the melt shut-off needle 30 is brought into its first closed position, with its nozzle-side end 32 projecting so far into the mold cavity 50 that the outlet 62 for the fluid F lies in the melt S introduced into the mold cavity 50.
  • melt S is brought in if necessary by briefly opening the injection nozzle 20 and introduced into the injection hole I caused by the fluid injection. Then you drive the melt Locking needle 30 in its second closed position, the injection hole I being closed with the melt S brought in and the injection-molded article A having an essentially smooth contour.

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Abstract

Eine Nadelverschlussdüse (10) für ein Spritzgiesswerkzeug hat zum Einbringen einer fliessfähigen Schmelze (S) in ein Formnest (50) eine Einspritzdüse (20), die endseitig von einer Verschlussnadel (30) verschliessbar ist. In dieser verläuft ein Injektionskanal (60), der zum Einbringen eines Fluids (F) in die in das Formnest (50) eingebrachte Schmelze (S) in einem Auslass (62) mündet. Letzterer ist in der Stirnfläche (34) der Schmelze-Verschlussnadel (30) eingebracht und von einer in der Schmelze-Verschlussnadel (30) axial bewegbaren Fluid-Verschlussnadel (64) verschliessbar. Die Schmelze-Verschlussnadel (30) kann mittels eines Antriebs (40) von einer Öffnungsstellung in eine erste und eine zweite Schliessstellung gebracht werden. Hierbei greift ein zylindrischer Verschlussteil (33) der Verschlussnadel (30) passgenau in einen Dichtsitz (D) ein, der bevorzugt in der Einspritzdüse (20) oder einer Düsenspitze (23) ausgebildet ist. Für die Fluidinjektion wird die Schmelze-Verschlussnadel (30) in die erste Schliessstellung verbracht, wobei sie mit ihrem düsenseitigen Ende (32) soweit in das Formnest (50) hineinragt, dass der Auslass (62) für das Fluid (F) in der in das Formnest (50) eingebrachten Schmelze (S) liegt. Nach der Fluidinjektion wird bei Bedarf aus der Einspritzdüse (20) Schmelze (S) nachgebracht und in das durch die Fluidinjekition bedingte Injektionsloch (I) eingebracht. Hierzu fährt man die Schmelze-Verschlussnadel (30) in ihre zweite Schliessstellung, wobei das Injektionsloch (I) mit der nachgebrachten Schmelze (S) verschlossen wird.

Description

Verfahren zum Herstellen von Spritzgießartikeln und Nadelverschlußdüse für ein Spritzgießwerkzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Spritzgießartikeln gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Nadelverschlußdüse für ein Spritzgießwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.
Bei Spritzgießartikeln mit Abschnitten unterschiedlicher Wandstärke besteht oft das Problem, daß stärker ausgebildete Bereiche im Inneren langsamer abkühlen als Bereiche, die dünner bzw. flacher ausgelegt sind. Noch nicht ausreichend verfestigte Abschnitte können sich daher aufgrund von Schwindungserscheinungen von der Formnestwandung lösen oder gar einfallen, was am fertigen Spritzgießartikel zu Lunkern und Vakuolen führt.
Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, nach dem Einspritzen einer Materialschmelze in ein Formnest ein Gas oder eine Flüssigkeit - im folgenden allgemein als Fluid bezeichnet - in die noch fließfähige Schmelze einzubringen, so daß ein Hohlraum in dem Spritzgießartikel entsteht. Das injizierte Fluid übt einen Druck auf das mit den Wänden der Form in Berührung kommenden Spritzgießmaterial aus, bis dieses eine ausreichende Festigkeit erlangt hat. Die Konturen des Formnests werden dadurch exakt reproduziert. Überdies kühlt das Fluid die Schmelze von innen, so daß auch stärker ausgebildete Bereiche des Spritzgießartikels rasch aushärten. Schwindungserscheinungen werden wirksam vermieden. Die Taktzeit der Spritzgießmaschine läßt sich erhöhen. Für die Fluidinjektion wird an einer vorbestimmten Stelle des Formnests gewöhnlich eine Hohlnadel eingeführt, durch die das Fluid einströmen kann (siehe beispielsweise EP O 421 842 B1). Von Nachteil hierbei ist jedoch, daß neben den Angußstellen an dem fertigen Spritzgießartikel sichtbare Einstichstellen verbleiben, was nicht immer gewünscht ist.
DE 42 31 270 A1 schlägt daher vor, eine Heißkanaldüse mit einer in einem Schmelzekanal axialverschieblich gelagerten Verschlußnadel so auszubilden, daß das Fluid (hier: ein Gas) über die mittels eines Antriebs in eine Öffnungs- und eine Schließstellung bewegbare Verschlußnadel zugeführt wird. Letztere weist hierzu eine zentrische Längsbohrung auf, die an ihrem dusenseitigen Ende in einem Austrittsspalt (Ringspalt) von weniger als 0,1 mm Breite endet und an ihrem anderen Ende mit einer Gasdruckleitung verbunden ist. Unmittelbar nach dem Verschließen des Schmelzekanals durch die Verschlußnadel, d.h. nach dem Einspritzen der Kunststoffschmelze, wird das für das Gasinnendruckverfahren benötigte Gas durch die Angußöffnung des Formnnests hindurch der Kunststoffschmelze zugeführt. Der sehr schmale Ringspalt stellt dabei sicher, daß die Kunststoffschmelze aufgrund ihrer Oberflächenspannung nicht in den Gaskanal eindringen kann.
Eine gesonderte Hohlnadel ist nicht mehr erforderlich. Allerdings verbleibt auch hier im Angußpunkt eine durch das Fluid verursachte Injektionsöffnung bestehen, was nicht immer gewünscht ist. Problematisch ist ferner, daß die Verschlußnadel und damit auch der Austrittsspalt für das Fluid stets vor der Formnestgrenze liegen. Die Verschlußnadel und das Werkzeug müssen daher absolut dicht schließen, damit das Gas nicht anderweitig entweichen oder sich einen anderen Weg suchen kann. Insbesondere besteht die Gefahr, daß das Fluid zwischen das eingespritze Material und die Formnestwandung gelangt. Hierdurch können unkontrollierte Deformationen entstehen oder der Spritzgießartikel löst sich vorzeitig aus der Form. Die Ausschußrate ist entsprechend hoch. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Fluidstrom begrenzt ist, da der Austrittsspalt in der Verschlußnadel fest vorgegeben ist.
Gleiches gilt bei einem in DE 40 04225 C2 bzw. EP 0 385 175 B1 offenbarten Heißkanal-Spritzgießsystem. Allerdings nimmt hier die axialbewegliche Verschlußnadel der Heißkanaldüse eine langgestreckte Hohlnadel auf, die relativ zur Verschlußnadel im Werkzeug fixiert ist und deren vorderes Auslaßende durch die Angußöffnung hindurch permanent bis in das Formnest hineinragt. Das Auslaßende ist durch einen porösen Stahlabschnitt aus rostfreiem Stahl gebildet. Dieser ermöglicht eine Fluid- Strömung direkt in das Formnest und verhindert, daß die Schmelze in die Hohlnadel eindringen kann. Wird die Verschlußnadel geöffnet, umströmt die Schmelze das Auslaßende. Gleichzeitig wird Fluid in den Schmelzestrom injiziert, wodurch eine Gasoder Flüssigkeitsblase blase entsteht, die sich ausdehnt, bis das Schmelzematerial an der Formnestwandung anliegt und sich eine stabile Außenhaut gebildet hat. Anschließend wird die Verschlußnadel geschlossen, der Fluiddruck abgesenkt und das fertige Spritzgießteil ausgeworfen.
Um das den Gas- bzw. Flüssigkeitsstrom bedingte Injektionsloch zu vermeiden, ist es aus DE 199 47 984 A1 bekannt, nach dem Einspritzen einer Kunststoffschmelze in das Formnest und dem Einleiten eines Injektionsfluids in die Schmelze, das hierdurch entstandene Loch im Spritzgießartikel mit einer kleinen Menge an Kunststoffmaterial zu verschließen. Hierzu wird die Verschlußnadel für die Schmelze nach dem Fluideinlaß noch einmal kurzzeitig geöffnet, so daß Schmelze aus dem Schmelzekanal nachfließen kann. Anschließend wird die Verschlußnadel wieder in ihre Schließstellung gebracht, wodurch ein Kunststoffpfropfen in das Injektionsloch eingebracht wird. An der Einspritz- bzw. Angußstelle entsteht eine im wesentlichen glatte Oberfläche. Für die Zuführung des Injektionsfluids ist in der Schmelze-Verschlußnadel ein Injektionskanal ausgebildet, der in der Stirnfläche der Schmelze-Verschlußnadel endet und dort von einer weiteren axial bewegbaren Nadel verschließbar ist. Der Schmelzekanal und der Fluidkanal, d.h. die Schmelze-Verschlußnadel und die Fluid-Verschlußnadel können wechselweise geöffnet bzw. verschlossen werden.
Auch hier ist von Nachteil, daß sich die Austrittsöffnung für das Injektionsfluid stets vor der Formnestgrenze befindet. Das Fluid muß sich daher seinen Weg durch die Angußöffnung hindurch in das Formnest suchen, was zeitaufwendig ist und nicht immer gelingt. Überdies bildet die Heißkanaldüse einen Teil des Formnests, d.h. der bis in die Düsenspitze hinein auf einer möglichst hohen Temperatur gehaltene Düsenkörper steht in direktem Kontakt mit dem kalten Werkzeug. Aufgrund der hierdurch bedingten schlechten thermischen Trennung und der auftretenden Wärmedehnungen können Undichtigkeiten auftreten, was sich ungünstig auf den Schmelzefluß und den Fluidstrom auswirken kann.
Bei einer anderen in DE 199 47 984 A1 offenbarten Ausführungsform ist in der Schmelze-Verschlußnadel eine Hohlnadel für das Fluid axialbeweglich geführt, die an ihrem dem Formnest zugewandten Ende eine längliche Injektionskanüle aufweist. Diese wird zur Fluidinjektion aus der Schmelze-Verschlußnadel heraus in das Formnest der Spritzgießform eingeführt. Hierdurch wird zwar das Fluid direkt der Kunststoffschmelze zugeführt; allerdings besteht die Gefahr, daß die Kanüle mit ihren seitlich ausgebildeten Austrittsöffnungen beim Einführen in das Formnest an der in den Randbereichen der Angußöffnung bereits gebildeten Außenhaut des Spritzgießartikels hängen bleibt und diesen von der Formnestwandung ablöst. Ferner sind die Austrittsöffnungen für das Fluid in der Kanüle nur dann verschlossen, wenn diese vollständig in die Schmelze-Verschlußnadel zurückgezogen sind. Das Fluid darf daher erst dann austreten, wenn die Kanüle ihre Endposition im Formnest erreicht hat. Mithin müssen die Austrittsöffnungen für das Fluid so eng dimensioniert sein, daß die Kunststoffschmelze aufgrund des hohen Schmelzedrucks nicht in den Fluidkanal eindringen kann. Der Fluidstrom ist daher begrenzt und allenfalls über den Druck in der Kanüle veränderbar. Der Fertigungs- und Steuerungsaufwand ist insgesamt hoch.
Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zum Herstellen von Spritzgießartikeln zu schaffen, bei dem ein Injektionsfluid in beliebiger Menge unmittelbar der im Formnest befindlichen noch fließfähigen Schmelze zuführbar ist, wobei selbst bei größeren Austrittsöffnungen für das Fluid ein Eindringen der Schmelze in den Fluidkanal wirksam vermieden wird. Nach der Fluidinjektion soll das hierdurch bedingte Injektionsloch im Spritzgießartikel bei Bedarf verschlossen werden. Eine entsprechende Vorrichtung für ein Spritzgießwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens soll mit einfachen Mitteln kostengünstig aufgebaut sein und eine stets zuverlässige und rationelle Fluidinjektion gewährleisten. Angestrebt wird ferner eine gute thermische Trennung zwischen Einspritzdüse und Werkzeug.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 und Anspruch 12 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 30.
Bei einem Verfahren zum Herstellen von Spritzgießartikeln in einem Spritzgießwerkzeug wird eine fließfähige Schmelze mittels einer endseitig von einer Verschlußnadel verschließbaren Einspritzdüse in ein Formnest eingebracht. Nach dem Verschließen der Einspritzdüse wird durch die Verschlußnadel hindurch ein Fluid unter Druck in die in das Formnest eingebrachte Schmelze injiziert, wobei das Fluid innerhalb der noch fließfähigen Schmelze einen Hohlraum bildet. In dem Spritzgießartikel verbleibt ein Injektionsloch. Die Erfindung sieht hierbei vor, daß die Verschlußnadel nach dem Einbringen der Schmelze in das Formnest die Einspritzdüse verschließt und mit ihrem dusenseitigen Ende in das Formnest eingeführt wird. Anschließend wird das Fluid im Bereich des dusenseitigen Endes der Verschlußnadel in die in das Formnest eingebrachte Schmelze eingeleitet, wobei für den Fluidauslaß am dusenseitigen Ende der Verschlußnadel wenigstens ein Auslaß geöffnet und nach zumindest teilweiser Druckentlastung im Hohlraum wieder geschlossen wird.
Durch das Eintauchen der Verschlußnadel in das Formnest wird das Fluid ohne Zeitverlust direkt in die Schmelze injiziert, was sich günstig auf die Zykluszeiten auswirkt. Das Fluid kann auch nicht anderweitig entweichen oder gar zwischen den Spritzgießartikel und die Formnestwandung geraten, so daß die Ausschußrate äußerst gering ist. Darüber hinaus kann während dem Einbringen der Verschlußnadel in das Formnest keine Schmelze in den Injektionskanal eindringen, weil der am dusenseitigen Ende der Verschlußnadel vorgesehene Auslaß verschließbar ist und erst dann geöffnet wird, wenn sich die Verschlußnadel im Formnest befindet. Folglich kann man den Auslaß nahezu beliebig gestalten. Er kann insbesondere einen relativ großen Querschnitt aufweisen, um beispielsweise in relativ kurzer Zeit eine große Menge Fluid in die Schmelze einströmen zu lassen. Eine gesonderte Injektionsnadel oder -kanüle, die in das Formnest bzw. in die darin eingespritze Schmelze eintaucht, ist nicht mehr erforderlich, d.h. das gegebenenfalls in den Randbereichen der Angußöffnung bereits verfestigte Spritzgießteil kann nicht mehr beschädigt werden.
Gemäß Anspruch 2 wird die Verschlußnadel durch eine Angußöffnung im Werkzeug hindurch in das Formnest eingeführt, wobei Anspruch 3 vorsieht, daß der Auslaß für das Fluid nur dann geöffnet werden kann, wenn die Verschlußnadel für die Schmelze innerhalb des Formnests eine definierte oder definierbare Endstellung - vorzugsweise eine Schließstellung - erreicht hat. Der Auslaß kann mithin nicht versehentlich geöffnet werden. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß die Schmelze, während die Verschlußnadel in das Formnest eingeführt wird, nicht in den beliebig dimensionierbaren Auslaß für das Fluid eindringen kann. Dieser bleibt solange blockiert und damit geschlossen bis die Verschlußnadel ihre Endstellung im Formnest erreicht hat. Dann aber wird das Fluid ohne Zeitverzögerung und durch den großen Auslaß relativ rasch in die Schmelze injiziert. Die Betriebssicherheit ist sehr hoch, die Zykluszeiten gegenüber den bislang bekannten Verfahren deutlich reduziert. Laut Anspruch 4 verbleibt die Verschlußnadel während dem Fluideinlaß in einer ersten Schließstellung im Formnest. Sie kann aber beispielsweise auch während der Auslaß verschlossen wird bereits aus dem Formnest herausgezogen werden, was sich ebenfalls günstig auf die Zykluszeit auswirkt. Nach dem Fluideinlaß kann man die Einspritzdüse gemäß Anspruch 5 erneut kurzzeitig öffnen, so daß Schmelze in das Injektionsloch nachfließen kann. Anschließend wird die Verschlußnadel wieder in eine zweite Schließstellung gebracht, wobei das Injektionsloch mit der nachgebrachten Schmelze verschlossen wird. Anspruch 6 sieht ferner vor, daß die von der Verschlußnadel in das Injektionsloch nachgebrachte Schmelze mit dem noch nicht vollständig ausgehärteten Spritzgießartikel eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Dadurch wird das Injektionsloch dicht verschlossen. Es kann auch nachträglich nicht mehr geöffnet werden, d.h. in dem Spritzgießartikel verbleibendes Fluid kann nicht mehr entweichen.
In der Ausbildung von Anspruch 7 wird die Verschlußnadel nach dem erneuten Öffnen der Einspritzdüse in der zweiten Schließstellung in eine mit dem Spritzgießartikel konturbündige Stellung gebracht. Insbesondere kann man die Verschlußnadel laut Anspruch 8 in ihrer zweiten Schließstellung mit dem dusenseitigen Ende an der Formnestgrenze des Formnests positionieren. Der Spritzgießartikel erhält dadurch nach dem Verschließen des Injektionsloches eine im wesentlichen glatte Oberfläche und ist von herkömmlich hergestellten Spritzgießartikeln kaum zu unterscheiden. Optisch ist kaum erkennbar, daß ein Injektionsloch vorhanden war. Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spritzgießartikel werden selbst hohen ästhetischen Ansprüchen gerecht.
Das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse und der Auslaßöffnung ist in Einklang mit Anspruch 9 mittels einer Steuerung frei steuerbar und/oder programmierbar, d.h. der Fluideinlaß läßt sich ebenso wie der Schmelzeeinlaß ohne großen Aufwand individuell gestalten. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Einbringen der Schmelze in das Formnest und/oder in das Injektionsloch sowie das Einbringen des Fluids in die Schmelze laut Anspruch 10 in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter durchgeführt wird. Dadurch kann das gesamte Verfahren jederzeit den unterschiedlichsten Rahmenbedingungen angepaßt werden, was sich günstig auf die Prozeßökonomie auswirkt. Als Parameter ermittelt man gemäß Anspruch 11 vorzugsweise den Druck, die Temperatur und den Zeitablauf. Derartige Meßwerte sind leicht und rasch zu ermitteln, wodurch das Verfahren bei Bedarf auch nachträglich noch beeinflußt werden kann.
Bei einer Nadelverschlußdüse für ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Spritzgießartikeln, mit einer Einspritzdüse zum Einbringen einer fließfähigen Schmelze in ein Formnest, mit einer Verschlußnadel zum Öffnen und Schließen der Einspritzdüse und mit einem in der Verschlußnadel verlaufenden Injektionskanal zum Einbringen eines Fluids in die in das Formnest eingebrachte Schmelze, wobei der Injektionskanal in einem Auslaß mündet, der wähl- oder wechselweise zu der Einspritzdüse offen- oder schließbar ist, sieht die Erfindung laut Anspruch 12 vor, daß die Verschlußnadel im Bereich des dusenseitigen Endes einen im wesentlichen zylindrischen Verschlußteil aufweist, der in einer ersten und einer zweiten Schließstellung der Verschlußnadel in einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz eingreift, wobei die Verschlußnadel für die Fluidinjektion in der ersten Schließstellung mit ihrem dusenseitigen Ende soweit in das Formnest hineinragt, daß der Auslaß für das Fluid in der in das Formnest eingebrachten Schmelze liegt.
Der Auslaß für das Fluid wird mithin erst dann geöffnet, wenn er sich in der Schmelze befindet, d.h. das Fluid wird unmittelbar in die Schmelze eingeleitet und kann dort rasch den erforderlichen Hohlraum bilden. Das Fluid kann sich auch keinen anderen Weg suchen oder gar entweichen, weil die Verschlußnadel stets in das Formnest eintaucht und während der Fluidinjektion dort verbleibt. Wärmedehnungen der Einspritzdüse und/oder des Werkzeugs sind unkritisch. Besondere Anforderungen an die Dichtheit der Formeinsätze bzw. des Werkzeugs werden daher nicht gestellt. Der konstruktive Aufwand ist erheblich reduziert. Gleichzeitig kann der Auslaß - je nach Anwendungsfall - individuell dimensioniert werden, so daß ein nahezu beliebiger Fluidstrom in die Schmelze eingeleitet werden kann.
Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn der Auslaß für das Fluid gemäß Anspruch 13 am dusenseitigen Ende der Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist, insbesondere wenn er nach Anspruch 14 in die äußere Stirnfläche der Schmelze-Verschlußnadel eingebracht ist.
Damit die Schmelze nicht in den Injektionskanal eindringen kann, sieht Anspruch 15 vor, daß der Auslaß für das Fluid von einer axial im Injektionskanal der Schmelze- Verschlußnadel bewegbaren Fluid-Verschlußnadel verschließbar ist, wobei die Schmelze- Verschlußnadel gemäß Anspruch 16 im Auslaß einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz für die Fluid-Verschlußnadel bildet. Die Schmelze-Verschlußnadel bildet mithin eine in die in das Formnest eingespritze Schmelze eintauchende Einspritzdüse für das Fluid, wobei deren Auslaß beliebig groß gestaltet werden kann, um beispielsweise einen hohen Fluidstrom in der Schmelze zu erzeugen. Letztere kann während die Schmelze-Verschlußnadel in das Formnest eingebracht wird nicht ausströmen. Ein vorzeitiger Fluidstrom ist im Gegensatz zum Stand der Technik auch nicht erforderlich, um beispielsweise den Auslaß freizuhalten. Das Fluid wird vielmehr stets in optimaler Menge erst dort eingebracht, wo es wirken soll, nämlich in der Schmelze. Die Verbrauchskosten sind ebenso gering, wie der konstruktive Aufwand, was sich günstig auf die Herstell- und Betriebskosten auswirkt.
Eine andere Ausführungsform ist in Anspruch 17 vorgesehen, wonach der Injektionskanal in einer axial in der Schmelze-Verschlußnadel bewegbaren Hohlnadel ausgebildet ist, die an ihrem dusenseitigen Ende wenigstens einen Auslaß für das Fluid hat. Dieser liegt bevorzugt seitlich in der Hohlnadel, so daß diese - im Gegensatz zum Stand der Technik - zum Öffnen nur ein kurzes Stück weit aus der Schmelze- Verschlußnadel heraus geschoben werden muß. Zum Verschließen wird die Hohlnadel in die Schmelze-Verschlußnadel eingezogen, wobei diese gemäß Anspruch 18 endseitig einen Dichtsitz für die Hohlnadel bildet.
Die Weiterbildung von Anspruch 19 sieht vor, daß die Fluid-Verschlußnadel bzw. die Hohlnadel in Schließstellung bündig mit der Stirnfläche der Schmelze-Verschlußnadel abschließt. Es bilden sich mithin keine Kavitäten oder Hinterschneidungen, in denen sich Schmelze festsetzen kann. Besondere Reinigungs- oder Wartungsarbeiten sind nicht erforderlich. Darüber hinaus hinterläßt die Schmelze-Verschlußnadel in ihrer zweiten Schließstellung beim Verschließen der Injektionsöffnung eine glatte Oberfläche auf dem Spritzgießartikel, der keine optische Beeinträchtigung mehr aufweist.
Um zu vermeiden, daß sich die Fluid-Verschlußnadel aufgrund eines Bedien- oder Steuerungsfehlers vorzeitig öffnet, ist die Bewegung der Fluid-Verschlußnadel bzw. der Hohlnadel gemäß Anspruch 20 mittels einer Sperreinrichtung blockierbar. Diese ist laut Anspruch 21 mit der Bewegung der Schmelze-Verschlußnadel gekoppelt, d.h. der Auslaß für das Fluid wird beispielsweise solange blockiert, bis die Schmelze- Verschlußnadel ihre Endstellung im Formnest erreicht hat. Erst dann wird die Fluid- Verschlußnadel und/oder deren Antrieb von der Sperreinrichtung freigegeben und das Fluid kann direkt in die Schmelze einströmen.
Gemäß Anspruch 22 ist der Dichtsitz für die Schmelze-Verschlußnadel an oder in der Einspritzdüse ausgebildet. Anspruch 23 sieht überdies vor, daß entlang der Längsachse der Einspritzdüse bzw. der Verschlußnadel vor dem Dichtsitz wenigstens ein Einlaufkonus für die Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist. Letztere wird daher vor dem Einfahren in ihren Dichtsitz stets zentriert, was den reibungsbedingten Verschleiß am Dichtsitz und an der Schmelze-Verschlußnadel deutlich mindert sowie eine stets optimale Dichtwirkung gewährleistet.
Die Maßnahme von Anspruch 24, wonach zwischen der Einspritzdüse und dem von wenigstens zwei Formeinsätzen gebildeten Formnest eine Vorkammer ausgebildet ist, sorgt für eine gute thermische Trennung zwischen der meist bis in die Düsenspitze hinein temperierten Einspritzdüse und dem dazu relativ kalten oder - im Falle eines Kaltkanals - relativ warmen Werkzeug. Wärmedehnungen der Einspritzdüse werden nicht auf das Formnest übertragen und umgekehrt.
Anspruch 25 sieht vor, daß die Schmelze-Verschlußnadel für die Fluidinjektion durch eine Angußöffnung hindurch in das Formnest hineinragt, wobei die Angußöffnung gemäß Anspruch 26 in den Formeinsätzen des Formnests ausgebildet und laut Anspruch 27 konisch geformt ist. Die Schmelze-Verschlußnadel trifft daher beim Eintauchen in das Formnest nicht unmittelbar auf die Formeinsätze, sondern auf die in der Angußöffnung und der Vorkammer befindliche Schmelze. Der Verschleiß ist weiter deutlich reduziert. Die gesamte Heißkanaldüse hat eine insgesamt hohe Standzeit.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heißkanaldüse sieht laut Anspruch 28 vor, daß zwischen der Einspritzdüse und dem von wenigstens zwei Formeinsätzen gebildeten Formnest ein Zentrierkörper aus verschleißfestem Material angeordnet ist, wobei in dem Zentrierkörper nach Anspruch 29 wenigstens ein Einlaufkonus für die Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist. Der Zentrierkörper sorgt zum einen für eine dauerhaft präzise Führung der Schmelze-Verschlußnadel und zum anderen für die erforderliche thermische Trennung zwischen Einspritzdüse und Werkzeug. Zweckmäßig ist daher der Dichtsitz für die Schmelze-Verschlußnadel laut Anspruch 30 in dem Zentrierkörper ausgebildet.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Nadelverschlußdüse für eine Spritzgießmaschine,
Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit geöffneter Schmelze-Verschlußnadel,
Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit der Schmelze-Verschlußnadel in einer ersten Schließstellung, Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit geöffneter Fluid-Verschlußnadel,
Fig. 5 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit erneut geöffneter Schmelze-Verschlußnadel,
Fig. 6 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit der sich erneut schließenden Schmelze-Verschlußnadel und
Fig. 7 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit der Schmelze-Verschlußnadel in einer zweiten Schließstellung.
Die in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnete Nadelverschlußdüse dient zur Herstellung von Spritzgießartikeln A im Gasinnendruckverfahren. Sie wird in einer (nicht dargestellten) Spritzgießmaschine eingesetzt und hat einen temperierten Schmelzekanal 22, der über einen Einlaß 12 mit einer Maschinendüse oder einem Verteilersystem der Spritzgießmaschine in Verbindung steht und sich durch mehrere (nicht näher bezeichnete) Werkzeugplatten hindurch bis in eine Einspritzdüse 20 hinein erstreckt. Diese hat einen bevorzugt außenbeheizten Düsenkörper 21, der mit einem Flanschrand 25 in einer Werkzeugplatte 14 montiert ist und endseitig eine Düsenspitze 23 hat oder bildet. Letztere kann mit dem Düsenkörper 21 einstückig sein. Oder sie besteht aus einem hochwärmeleitenden Material und ist von unten in den Düsenkörper 21 eingesetzt, vorzugsweise mit diesem verschraubt.
Über den Schmelzekanal 22 und die Einspritzdüse 20 wird eine zu verarbeitende Schmelze S, beispielsweise eine Metall-, Silikon- oder Kunststoffschmelze, einem Formnest 50 zugeführt. Dieses ist zwischen zwei Formeinsätzen 54, 55 ausgebildet, die mit (nicht dargestellten) Schrauben an der Werkzeugplatte 14 befestigt sind und konzentrisch zur Längsachse L der Heißkanaldüse 10 eine konische Angußöffnung 52 begrenzen. Zwischen den Formeinsätzen 54, 55 und der Düsenspitze 23 der Einspritzdüse 20 ist eine Vorkammer 26 ausgebildet, die den temperierten Schmelzekanal 22 bzw. die Einspritzdüse 20 von den meist gekühlten Formeinsätzen 54, 55 trennt.
Zum Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 20 bzw. des darin ausgebildeten Schmelzekanals 22 ist eine axial verschiebbare Verschlußnadel 30 vorgesehen, die mittels eines pneumatischen Antriebs 40 von einer Öffnungsstellung in zwei definierbare Schließstellungen gebracht werden kann. Sie liegt hierzu konzentrisch im Schmelzekanal 22 der Einspritzdüse 20 und ist endseitig mit einer Hubplatte 36 verbunden, die von zwei symmetrisch zur Längsachse L der Verschlußnadel 30 angeordneten Pneumatikzylindern 42 des Antriebs 40 und deren Stellglieder 43 gleichmäßig angehoben und abgesenkt werden kann. Vier ebenfalls symmetrisch um die Längsachse L angeordnete Führungsbolzen 44 sorgen für eine exakte Führung der Hubplatte 36 in der Nadelverschlußdüse 10, während die Axialführung der Verschlußnadel 30 über eine Führungsbuchse 38 erfolgt, die zugleich eine Abdichtung des Schmelzekanals 22 nach außen bewirkt.
Die zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete und entlang ihrer Längsachse L im Durchmesser mehrfach abgestufte Verschlußnadel 30 weist im Bereich ihres dusenseitigen Endes 32 einen im wesentlichen zylindrischen Verschlußteil 33 auf, der in beiden Schließstellung der Verschlußnadel 30 in einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz D in der Einspritzdüse 20 eingreift. Letztere ist hierzu in der Düsenspitze 23 mit einem zylindrischen Abschnitt 28 versehen, dessen Innendurchmesser nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Verschlußteils 33 der Verschlußnadel 30. Fährt diese mithin aus ihrer in Fig. 2 gezeigten Öffnungsstellung in eine der Schließstellungen, wird der Schmelzekanal 22 in der Einspritzdüse 20 dicht verschlossen, so daß keine Schmelze S mehr aus dem Kanal 22 austreten kann. Damit die Verschlußnadel 30 im Falle einer Auslenkung aus ihrer konzentrischen Lage im Schmelzekanal 22 nicht an dem Dichtsitz D anschlagen kann, ist entlang der Längsachse L vor dem zylindrischen Abschnitt 28 in der Düsenspitze 23 ein Einlaufkonus 24 ausgebildet, der die Verschlußnadel 30 beim Schließen zentriert.
Um die Bewegung der Hubplatte 36 in Schließrichtung zu begrenzen und damit die Verschlußnadel 30 in ihre zwei Schließstellungen zu bringen, sind zu beiden Seiten der Hubplatte 36 Distanzstücke 47, Distanzringe o.dgl. vorgesehen, die mittels pneumatischer Stellzylinder 46 in den Bewegungsbereich der Hubplatte 38 einfahrbar und/oder einschwenkbar sind. Befinden sich die Distanzstücke 47 außerhalb des Bewegungsbereichs der Hubplatte 38, kann diese - wie Fig. 3 und 4 zeigen - relativ weit nach unten fahren. Die Verschlußnadel befindet sich hierbei in ihrer ersten Schließstellung und ragt mit ihrem dusenseitigen Ende 32 durch die Angußöffnung 52 hindurch bis in das Formnest 50 hinein. Schwenkt man hingegen die Distanzstücke 47 ein, ist die Bewegung der Hubplatte 36 nach unten begrenzt. Die Verschlußnadel 30 kann in ihre zweite Schließstellung vor dem Formnest 50 gebracht werden, insbesondere an dessen Formnestgrenze positioniert (siehe Fig. 7).
Die Distanzstücke 44 sind mittels Haltearmen 45 an den Stellzylindern 46 befestigt und entweder über die Winkelstücke 45 oder in sich selbst in der Höhe verstellbar, so daß die jeweils endgültige Schließstellung der Verschlußnadel 30 bei Bedarf justiert oder verändert werden kann.
In der Schmelze-Verschlußnadel 30 ist zum Einbringen eines Fluids F in die in das Formnest 50 eingespritze Schmelze S ein Injektionskanal 60 ausgebildet, der im werkzeugseitigen Bereich mit einer (nicht dargestellten) Druckleitung, beispielsweise einer Gasdruckleitung, verbunden ist und am dusenseitigen Ende 32 der Schmelze- Verschlußnadel 30 in einem Auslaß 62 mündet. Letzterer ist bevorzugt als einfache Bohrung in die Stirnfläche 34 der Schmelze-Verschlußnadel 30 eingebracht und von einer axial im Injektionskanal 60 bewegbaren Fluid-Verschlußnadel 64 verschließbar. Diese ist hierzu mittels eines weiteren pneumatischen Antriebs 70 von einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung bringbar, wobei die im wesentlichen zylindrische Fluid- Verschlußnadel 64 mit ihrem werkzeugseitigen Ende 65 in einer Führungsbuchse 72 verankert ist, die entlang der Längsachse L axialverschieblich in einer Führungsplatte 16 der Nadelverschlußdüse 10 gelagert ist.
Die Führungsbuchse 72 sitzt axialverschieblich in einem Schlitten 74, der innerhalb der Führungsplatte 16 senkrecht zur Längsachse L verschiebbar gelagert und über ein Stellglied 75 mit einem Pneumatikzylinder 76 des Antriebs 70 verbunden ist. Eine in dem Schlitten 74 festgelegte Schraube 77 durchsetzt die Führungsbuchse 72 in einem Winkel schräg zur zur Vertikalen, so daß die Führungsbuchse 72, während einer Seitwärtsbewegung des Schlittens 74 in Axialrichtung L auf und ab bewegt werden kann. Mit einer derartigen Kulissenführung kann die Fluid-Verschlußnadel 64 unabhängig von der Schmelze-Verschlußnadel 30 geöffnet und verschlossen werden.
Damit der Auslaß 62 durchdacht verschließbar ist, bildet die Schmelze-Verschlußnadel 30 im Auslaß 62 einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz 66 für die insgesamt zylindrisch ausgebildete Fluid-Verschlußnadel 64, wobei der Innendurchmesser im Auslaß 62 kleiner ist als im Injektionskanal 60, so daß die Fluid-Verschlußnadel 64 innerhalb der Schmelze-Verschlußnadel 30 von dem Fluid F umströmt wird. In ihrer Schließstellung greift die Fluid-Verschlußnadel 64 mit einem zylindrischen Verschlußteil 63 in den Dichtsitz 66 ein. Ihre Stirnfläche 67 schließt dabei bündig mit der Stirnfläche 34 der Schmelze-Verschlußnadel 30 ab.
Damit die Fluid-Verschlußnadel 64 nicht versehentlich geöffnet werden kann, ist deren Bewegung mittels einer Sperreinrichtung 80 blockierbar. Diese besteht aus einem in der Nadelverschlußdüse 10 verankerten Stift 82, der sich parallel zur Längsachse A erstreckt und dessen Länge derart bemessen ist, daß er - sobald die Schmelze- Verschlußnadel 30 ihre erste Schließstellung verläßt - in eine korrespondierende Ausnehmung 83 im Schlitten 74 eingreift. Dieser kann sich aufgrund der mechanischen Kopplung nicht mehr seitlich bewegen. Die Fluid-Verschlußnadel 64 kann nicht geöffnet werden, weder versehentlich noch aufgrund eines Bedienfehlers.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Heißkanaldüse 10 ist in den Fig. 2 bis 7 zu dargestellt. Die Schmelze-Verschlußnadel 30 befindet sich zunächst in ihrer Öffnungsstellung. Die Schmelze S kann durch den Schmelzekanal 22, den zylindrischen Abschnitt 28 in der Düsenspitze 23, die Vorkammer 26 und durch die Angußöffnung 52 hindurch in das Formnest 50 einfließen (Fig. 2).
Ist das Formnest 50 mit einer ausreichenden Menge an Schmelze S gefüllt, wird die Schmelze-Verschlußnadel 30 von dem Antrieb 40 in ihre erste Schließstellung gebracht. Hierbei ragt die Schmelze-Verschlußnadel 30 mit ihrem dusenseitigen Ende 32 soweit in das Formnest 50 hinein, daß der Auslaß 62 für das Fluid F inmitten der Schmelze S liegt (Fig. 3). Der Einlaufkonus 24 in der Düsenspitze 23 und die konisch ausgebildete Angußöffnung 52 sorgen in Verbindung mit der Schmelze S dafür, daß die Schmelze-Verschlußnadel 30 exakt konzentrisch zur Längsachse L geführt wird nicht an der Düse 20 und/oder den Formeinsätzen 54, 55 anschlägt.
Sobald die Schmelze-Verschlußnadel 30 ihre Endstellung im Formnest 50 erreicht hat, gibt die Sperrvorrichtung 80 den Antrieb 70 für die Fluid-Verschlußnadel 64 frei. Der Auslaß 62 für das Fluid F wird geöffnet, wobei die Fluid-Verschlußnadel 64 in die Schmelze-Verschlußnadel 30 hineingezogen wird. Das Fluid, beispielsweise ein inertes Gas, kann unter Druck ungehindert in die noch fließfähige Schmelze S einströmen (Fig. 4). Hierbei bildet sich ein Hohlraum H aus, der die Schmelze S von innen gegen die Formnestwandung preßt.
Ist der Hohlraum H vollständig ausgebildet, wird der Fluiddruck entlastet und die Fluid- Verschlußnadel 64 verschlossen. Die Schmelze-Verschlußnadel 30 wird aus dem Formnest 50 herausgezogen, wobei in dem bereits entstandenen Spritzgußartikel A ein Injektionskanal I mit den Abmessungen der Schmelze-Verschlußnadel 30 offen bleibt. Soll dieser offen bleiben wird, die Schmelze-Verschlußnadel 30 in die zweite Schließstellung gebracht und der Spritzgießartikel A ausgeworfen. Ein konturbündiger Abschuß der Verschlußnadel 30 mit dem Spritzgießartikel A oder deren Positionierung an der Formnestgrenze ist nicht zwingend erforderlich. Soll das Injektionsloch I hingegen verschlossen werden, wird die Schmelze-Verschlußnadel 30 zum zweiten Mal in ihre Öffnungsstellung gebracht, so daß eine kleine definierte Menge an Schmelze S über die Vorkammer 26 in das Formnest 50 nachfließen kann (Fig. 5).
Anschließend wird - wie Fig. 6 zeigt - die Schmelze-Verschlußnadel 30 wieder geschlossen, wobei das nachgeflossene Material S durch die Vorkammer 26 und die Angußöffnung 52 hindurch in das Injektionsloch I geschoben wird, bis die Schmelze- Verschlußnadel 30 ihre zweite Schließstellung erreicht hat (Fig. 7). Das Injektionsloch I wird von der nachgebrachten Schmelze S verschlossen, wobei diese mit dem bereits eingebrachten, ebenfalls noch nicht ausgehärteten Material eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Die Verschlußnadel 30 liegt konturbündig an dem Spritzgießartikel A an. Durch die fluchtenden Stirnflächen 34, 67 der Verschlußnadeln 30, 64 erhält der Spritzgießartikel A eine im wesentlichen glatte Oberfläche. Der fertige Spritzgießartikel A kann ausgeworfen werden.
Sämtliche Antriebe 40, 46, 70 sind über eine (nicht dargestellte) elektronische Steuerung betätigbar, die je nach Anwendungsfall frei programmierbar ist. Einspritzdüse 20 und Auslaß 62 können mithin individuell und unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden. Wichtig ist jedoch, daß das Öffnen und Schließen der Auslaßöffnung 62 für das Fluid F - je nach Schmelzematerial - weder zu spät noch zu früh erfolgt. Zu diesem Zweck wird das Einbringen des Fluids F in die Schmelze S in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter durchgeführt. Ein solcher Parameter kann der Schmelzedruck im Formnest 50, dessen Temperatur oder eine Zeitvorgabe sein, die mit entsprechenden Meßeinrichtungen erfaßt und an die Steuerung weitergegeben werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann die Nadelverschlußdüse als Heißkanaldüse oder als Kaltkanaldüse ausgebildet sein, wobei die Einspritzdüse 20 außenbeheizt oder innenbeheizt ist. Ebenso kann man anstelle von Gas auch eine Flüssigkeit in die Schmelze S einbringen. Denkbar ist ferner, daß durch die Verschlußnadel 30 hindurch eine zweite Schmelze injiziert wird.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß der Injektionskanal 60 in einer axial in der Schmelze-Verschlußnadel 30 bewegbaren Hohlnadel ausgebildet ist, die an ihrem dusenseitigen Ende seitlich zwei Auslaßöffnungen 62 für das Fluid F hat. Die Schmelze-Verschlußnadel 30 bildet endseitig einen Dichtsitz für die Hohlnadel, die zum Öffnen der Auslaßöffnungen 62 lediglich ein kurzes Stück weit aus der Schmelze- Verschlußnadel herausgeschoben werden muß.
Die Kopplung der Sperrvorrichtung 80 mit der Bewegung der Schmelze-Verschlußnadel kann auch elektrisch oder pneumatisch erfolgen, indem die Antriebe 40, 70 für die Verschlußnadeln 30, 64 entsprechend angesteuert werden. Letztere können, ebenso wie die Distanzstücke 47 , auch von einem Elektromotor oder einem Stellmotor bewegt werden, was je nach Anwendungsfall von Vorteil sein kann. Denkbar ist auch die Verwendung eines hydraulischen Antriebs.
In einer weiteren Ausführungsform der Heißkanaldüse 10 ist zwischen der Einspritzdüse 20 und den zwei Formeinsätzen 54, 55 ein (nicht dargestellter) Zentrierkörper aus verschleißfestem Material angeordnet, der einen (ebenfalls nicht gezeigten) Einlaufkonus sowie einen Dichtsitz D für die Schmelze-Verschlußnadel 30 aufweist.
Man erkennt, daß die Schmelze-Verschlußnadel 30 eine Einspritzdüse für das Fluid F bildet, die bis in das Formnest 50 und damit bis in die darin eingespritzte Schmelze S eingebracht werden kann. Hierzu hat eine Nadelverschlußdüse 10 für ein Spritzgießwerkzeug zum Einbringen einer fließfähigen Schmelze S in ein Formnest 50 eine Einspritzdüse 20, die endseitig von einer Verschlußnadel 30 verschließbar ist. In dieser verläuft ein Injektionskanal 60, der zum Einbringen eines Fluids F in die in das Formnest 50 eingebrachte Schmelze S in einem Auslaß 62 mündet. Letzterer ist in der Stirnfläche 34 der Schmelze-Verschlußnadel 30 eingebracht und von einer in der Schmelze-Verschlußnadel 30 axial bewegbaren Fluid-Verschlußnadel 64 verschließbar.
Die Schmelze-Verschlußnadel 30 kann mittels eines Antriebs 40 von einer Öffnungsstellung in eine erste und eine zweite Schließstellung gebracht werden. Dabei greift ein zylindrischer Verschlußteil 33 der Verschlußnadel 30 paßgenau in einen Dichtsitz D ein, der bevorzugt in der Einspritzdüse 20 oder an einer Düsenspitze 23 ausgebildet ist. Für die Fluidinjektion wird die Schmelze-Verschlußnadel 30 in ihre erste Schließstellung verbracht, wobei sie mit ihrem dusenseitigen Ende 32 soweit in das Formnest 50 hineinragt, daß der Auslaß 62 für das Fluid F in der in das Formnest 50 eingebrachten Schmelze S liegt. Nach der Fluidinjektion wird durch kurzzeitiges Öffnen der Einspritzdüse 20 bei Bedarf Schmelze S nachgebracht und in das durch die Fluid- injekition bedingte Injektionsloch I eingebracht. Anschließend fährt man die Schmelze- Verschlußnadel 30 in ihre zweite Schließstellung, wobei das Injektionsloch I mit der nachgebrachten Schmelze S verschlossen wird und der Spritzgießartikel A eine im wesentlichen glatte Kontur erhält..
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichen liste
A Spritzgießartikel 43 Stellglied
D Dichtsitz 44 Führungsbolzen
F Fluid 45 Haltearm
H Hohlraum 46 Stellzylinder
1 Injektionsloch 47 Distanzstück
L Längsachse
S Schmelze 50 Formnest
52 Angußöffnung
10 Nadelverschlußdüse 54 Formeinsatz
12 Einlaß 55 Formeinsatz
14 Werkzeugplatte
16 Führungsplatte 60 Fluid-Injektionskanal
62 Auslaß
20 Einspritzdüse 63 Verschlußteil
21 Düsenkörper 64 Fluid-Verschlußnadel
22 Schmelzekanal 65 werkzeugseitiges Ende
23 Düsenspitze 66 Dichtsitz
24 Einlaufkonus 67 Stirnfläche
25 Flanschrand
26 Vorkammer 70 Antrieb
28 zylindrischer Abschnitt 72 Führungsbuchse
74 Schlitten
30 Schmelze-Verschlußnadel 75 Stellglied
32 düsenseitiges Ende 76 Pneumatikzylinder
33 Verschlußteil 77 Schraube
34 Stirnfläche
36 Hubplatte 80 Sperreinrichtung
38 Führungsbuchse 82 Stift
83 Ausnehmung
40 Antrieb
42 Pneumatikzylinder

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Spritzgießartikeln (A) in einem Spritzgießwerkzeug, bei dem eine fließfähige Schmelze (S) mittels einer endseitig von einer Verschlußnadel (30) verschließbaren Einspritzdüse (20) in ein Formnest (50) eingebracht wird und bei dem nach dem Verschließen der Einspritzdüse (20) durch die Verschlußnadel (30) hindurch ein Fluid (F) unter Druck in die in das Formnest (50) eingebrachte Schmelze (S) injiziert wird, wobei das Fluid (F) innerhalb der noch fließfähigen Schmelze (S) einen Hohlraum (H) bildet, und wobei in dem Spritzgießartikel (A) ein Injektionsloch (I) verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel (30) nach dem Einbringen der Schmelze (S) in das Formnest (50) die Einspritzdüse (20) verschließt und mit ihrem dusenseitigen Ende (32) in das Formnest (50) eingeführt wird, und daß anschließend das Fluid (F) im Bereich des dusenseitigen Endes (32) der Verschlußnadel (30) in die in das Formnest (50) eingebrachte Schmelze (S) eingeleitet wird, wobei für den Fluidauslaß am dusenseitigen Ende (32) der Verschlußnadel (30) wenigstens ein Auslaß (62) geöffnet und nach zumindest teilweiser Druckentlastung im Hohlraum (H) wieder geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel (30) durch eine Angußöffnung (52) im Formnest (50) hindurch in das Formnest (50) eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (62) für das Fluid (F) nur dann geöffnet werden kann, wenn die Verschlußnadel (30) innerhalb des Formnests (50) eine definierte oder definierbare Endstellung erreicht hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel (30) während dem Fluideinlaß in einer ersten Schließstellung im Formnest (50) verbleibt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadu rch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (20) nach dem Fluideinlaß erneut kurzzeitig geöffnet wird, wodurch Schmelze (S) in das Injektionsloch (I) nachfließen kann, und daß die Verschlußnadel (30) anschließend in eine zweite Schließstellung gebracht wird, wobei das Injektionsloch (I) mit der nachgebrachten Schmelze (S) verschlossen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Verschlußnadel (30) in das Injektionsloch (I) nachgebrachte Schmelze (S) mit dem Spritzgießartikel (A) eine stoffschlüssige Verbindung eingeht.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel (30) nach dem erneuten Öffnen der Einspritzdüse (20) in der zweiten Schließstellung in eine mit dem Spritzgießartikel (A) konturbündige Stellung gebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadu rch geken nzeichnet, daß die Verschlußnadel (30) in der zweiten Schließstellung mit ihrem dusenseitigen Ende (32) an der Formnestgrenze des Formnests (50) positioniert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse (20) und der Auslaßöffnung (62) mittels einer Steuerung frei steuerbar und/oder programmierbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß das Einbringen der Schmelze (S) in das Formnest (50) und/oder in das Injektionsloch (I) sowie das Einbringen des Fluids (F) in die Schmelze (S) in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadu rch gekennzeichnet, daß der bzw. die Parameter Druck, Temperatur, Zeit u.dgl. sind.
12. Nadelverschlußdüse (10) für ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Spritzgießartikeln, mit einer Einspritzdüse (20) zum Einbringen einer fließfähigen Schmelze (S) in ein Formnest (50), mit einer Verschlußnadel (30) zum Öffnen und Schließen der Einspritzdüse (20) und mit einem in der Verschlußnadel (30) verlaufenden Injektionskanal (60) zum Einbringen eines Fluids (F) in die in das Formnest (50) eingebrachte Schmelze (S), wobei der Injektionskanal (60) in einem Auslaß (62) mündet, der wähl- oder wechselweise mit der Einspritzdüse (20) offen- oder schließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel (30) im Bereich des dusenseitigen Endes (32) einen im wesentlichen zylindrischen Verschlußteil (33) aufweist, der in einer ersten und einer zweiten Schließstellung der Verschlußnadel (30) in einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz (D) eingreift, wobei die Verschlußnadel (30) für die Fluidinjektion in der ersten Schließstellung mit ihrem dusenseitigen Ende (32) soweit in das Formnest (50) hineinragt, daß der Auslaß (62) für das Fluid (F) in der in das Formnest (50) eingebrachten Schmelze (S) liegt.
13. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (62) für das Fluid (F) am dusenseitigen Ende (32) der Schmelze- Verschlußnadel (30) ausgebildet ist.
14. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (62) für das Fluid (F) in die äußere Stirnfläche (34) der Schmelze-Verschlußnadel (30) eingebracht ist.
15. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (62) für das Fluid (F) von einer axial im Injektionskanal (60) der Schmelze-Verschlußnadel (30) bewegbaren Fluid-Verschlußnadel (64) verschließbar ist.
16. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze-Verschlußnadel (30) im Auslaß (62) einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz (66) für die Fluid-Verschlußnadel (64) bildet.
17. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionskanal (60) in einer axial in der Schmelze-Verschlußnadel (30) bewegbaren Hohlnadel ausgebildet ist, die an ihrem dusenseitigen Ende wenigstens einen Auslaß (62) für das Fluid (F) hat.
18. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, daß die Schmelze-Verschlußnadel (30) endseitig einen Dichtsitz für die Hohlnadel bildet.
19. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadu rch gekennzeich net, daß die Fluid-Verschlußnadel (64) bzw. die Hohlnadel in Schließstellung bündig mit der Stirnfläche (34) der Schmelze-Verschlußnadel (30) abschließt.
20. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadu rch gekennzeich net, daß die Bewegung der Fluid-Verschlußnadel (64) bzw. der Hohlnadel mittels einer Sperreinrichtung (80) blockierbar ist.
21. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 20, dadu rch geken nzeichnet, daß die Sperreinrichtung (80) für die Fluid-Verschlußnadel (64) bzw. die Hohlnadel mit der Bewegung der Schmelze-Verschlußnadel (30) gekoppelt ist.
22. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadu rch geken nzeichnet, daß der Dichtsitz (D) für die Schmelze-Verschlußnadel (30) an oder in der Einspritzdüse (20) ausgebildet ist.
23. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadu rch geken nzeichnet, daß entlang der Längsachse (L) der Einspritzdüse (20) vor dem Dichtsitz (D) wenigstens ein Einlaufkonus (24) für die Schmelze-Verschlußnadel (30) ausgebildet ist.
24. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadu rch gekennzeich net, daß zwischen der Einspritzdüse (20) und dem von wenigstens zwei Formeinsätzen (54, 55) gebildeten Formnest (50) eine Vorkammer (26) ausgebildet ist.
25. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch geken nzeichnet, daß die Schmelze-Verschlußnadel (30) für die Fluidinjektion durch eine Angußöffnung (52) hindurch in das Formnest (50) hineinragt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich net, daß die Angußöffnung (52) in den Formeinsätzen (54, 55) des Formnests (50) ausgebildet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Angußöffnung (50) konisch ausgebildet ist.
28. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einspritzdüse (20) und dem von wenigstens zwei Formeinsätzen (54, 55) gebildeten Formnest (50) ein Zentrierkörper aus verschleißfestem Material angeordnet ist.
29. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zentrierkörper wenigstens ein Einlaufkonus für die Schmelze-Verschlußnadel (30) ausgebildet ist.
30. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz (D) für die Schmelze-Verschlußnadel (30) im Zentrierkörper ausgebildet ist.
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