WO2004073954A1 - Nadelverschlussdüse - Google Patents

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WO2004073954A1
WO2004073954A1 PCT/EP2004/001607 EP2004001607W WO2004073954A1 WO 2004073954 A1 WO2004073954 A1 WO 2004073954A1 EP 2004001607 W EP2004001607 W EP 2004001607W WO 2004073954 A1 WO2004073954 A1 WO 2004073954A1
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needle
nozzle
needle valve
centering body
valve according
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PCT/EP2004/001607
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Inventor
Herber GÜNTHER
Original Assignee
Günther Gmbh & Co., Metallverarbeitung
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    • B29C2045/2879—Back flow of material into nozzle channel

Definitions

  • the invention relates to a needle valve nozzle for an injection mold according to the preamble of claim 1.
  • Valve gate nozzles are used in injection molding tools in order to supply a flowable melt at a predeterminable temperature under high pressure to a separable tool block (mold insert).
  • the usually pneumatically or hydraulically driven locking needles serve to periodically open and close outlet openings for the melt, for example when a plastic material has to be injected in segments (cascade gate).
  • Each shut-off needle is axially displaceably mounted in the area of the needle shut-off nozzle on the tool side and is guided centrally through a melt channel in the area on the nozzle side (see, for example, DE 3249486 C3 or DE 3403603 A1).
  • the melt channel usually ends in a nozzle mouthpiece which forms the outlet opening for the melt.
  • the lower end of the locking needle which is usually cylindrical in cross section, engages in a likewise cylindrical sealing seat which is formed in the nozzle mouthpiece or in the mold insert.
  • the nozzle mouthpiece is usually made of a highly heat-conducting material. It is screwed directly from below into the nozzle body of the needle valve nozzle or - as provided in DE 197 17 381 A1 - by means of an outer screw sleeve from a small thermally conductive material secured. The outer end of the screw sleeve engages in a suitable cylindrical seat in the mold insert, so that the outlet opening is centered relative to the sealing seat. A narrow air gap between the highly heat-conducting nozzle mouthpiece and the mold insert ensures the necessary thermal separation between the needle valve nozzle and the tool.
  • the nozzle mouthpiece has an inlet cone for the shut-off needle above the outlet opening, so that it can move centrally into the sealing seat when closing.
  • the problem here is that the sealing needles always strike with their sealing edges on the inlet cone in the nozzle mouthpiece, which can lead to damage and, in the long run, to leaks. Narrow tolerance limits must be observed for a precise seal, particularly with long nozzles and deep bores, so that the manufacturing and repair work is correspondingly high.
  • the shut-off needle is designed in several stages at its lower end, in such a way that a leading edge with an enlarged diameter is formed in front of the actual shut-off part of the needle.
  • the axial length of the preferably cylindrical closure part i.e. the axial distance between the front sealing edge of the closure part and the leading edge is chosen so that the angle of a connecting line from the sealing edge to the leading edge is greater than the cone angle of the inlet funnel in the nozzle mouthpiece, in each case based on the longitudinal axis of the melt channel.
  • the nozzle mouthpiece thus serves as a pre-centering body for the locking needle, because as soon as it is deflected from its central position during the closing process, only the leading edge at the inlet cone comes into contact, while the sensitive sealing edge of the closure part is inserted into the nozzle mouthpiece without contact.
  • DE 3245 571 C2 further suggests manufacturing the nozzle mouthpiece from a wear-resistant material.
  • such materials are poorly heat-conducting, which has an unfavorable effect on the temperature distribution in the non-heatable nozzle mouthpiece.
  • DE 41 09 122 C1 according to which, however, the wear-resistant nozzle mouthpiece is not screwed into the nozzle body, but is pressed axially by means of a clamping ring. This engages around the mouthpiece and is screwed to the nozzle body.
  • Another disadvantage is that the locking needle laterally penetrates into the melt channel, which is structurally complex.
  • the closure part of the needle is not flush with the nozzle mouthpiece, which leads to unclean gate points.
  • the aim of the invention is to overcome these and other disadvantages of the prior art and to provide an improved valve gate that is inexpensive to build with simple means and ensures permanent, precise needle guidance and sealing. Impairment of the temperature distribution is to be avoided here, as is damage to the closure part of the closure needles and / or the nozzle mouthpiece.
  • the invention provides according to claim 1 that the nozzle mouthpiece consists of a highly thermally conductive material and the melt channel continues essentially cylindrical, the or each inlet cone for di e Locking needle is formed in a centering body made of wear-resistant material which is positively held on and / or in the nozzle mouthpiece and can be brought into engagement with the mold insert with an end section forming an outlet
  • the nozzle mouthpiece made of highly thermally conductive material ensures good temperature distribution right into the sprue area and is simple due to its simple design Geometry can be produced efficiently. In particular, it can be machined precisely from the sprue side, which has a favorable effect on the manufacturing costs.
  • the centering body is manufactured separately with high accuracy. It always allows the locking needle to run centrally into the sealing seat, with the wear-resistant material ensuring permanent needle guidance and sealing. If there are any leaks or the centering body is worn out, it can be replaced quickly and easily without having to disassemble the needle valve nozzle or the nozzle mouthpiece.
  • the use of a larger or smaller shut-off needle is also possible without any problems, because another centering body with a suitable outlet opening can be inserted into the nozzle mouthpiece at any time.
  • Another advantage of the solution according to the invention is that the centering body creates the required thermal separation between the valve gate and the mold insert. Additional insulation or separating elements are therefore not necessary.
  • Claim 2 further provides that the centering body is formed concentrically to the longitudinal axis of the needle valve nozzle and is supported on the end face of the nozzle mouthpiece. It therefore immediately adjoins this and extends the nozzle in the direction of the mold cavity, the locking needle always being inserted concentrically to the longitudinal axis into the sealing seat.
  • the centering body has a cylindrical neck section, in the area of which the inlet cone for the closure needle is formed. If the centering body with this neck section is inserted into the nozzle mouthpiece, reliable guidance is ensured. This is particularly advantageous if the centering body sits longitudinally displaceably in the nozzle mouthpiece. The valve pin can no longer come into contact with the highly heat-conducting material of the nozzle. Damage to the nozzle mouthpiece is effectively avoided.
  • the valve gate nozzle has an overall long service life.
  • the centering body In order to align the valve gate with respect to the mold cavity, the centering body according to claim 5 engages with its end section in a cylindrical or conical seat in the mold insert, claim 6 providing that the end section engages in the seat (54) in a longitudinally displaceable manner.
  • the centering seat is preferably concentric with the sprue opening, ie the melt can flow into the mold cavity unimpeded and flow-favorably. At the same time, a reliable seal of the centering body in the mold insert is always guaranteed.
  • Claim 9 also provides that the centering body delimits part of the mold cavity with its end portion.
  • the shut-off needle is tapered towards the shut-off part, which on the one hand has a favorable effect on the flow conditions within the melt channel and on the other hand favors the needle guidance.
  • Claim 11 also contributes to this, in that the transition from the larger diameter needle section to the smaller diameter closure part is conical and / or rounded.
  • a further important embodiment of the invention is set out in claim 12, according to which a leading edge is formed between the larger diameter needle portion and the closure part, the diameter of which is larger than the diameter of the end sealing edge of the closure part of the closure needle, the axial distance between the sealing edge of the Closure part and the leading edge is selected according to claim 13 so that the angle of a connecting line from the sealing edge to the leading edge by connecting points lying on parallel diameters is greater than the angle of the inlet cone in the centering body, in each case based on the longitudinal axis of the needle valve nozzle. This ensures that the relatively sensitive sealing edge of the locking needle can no longer strike the centering body when it is immersed.
  • the closure part of the needle remains rather contactless.
  • the service life of the valve gate nozzle is further increased.
  • Claim 14 also provides that the difference between the angle of the connecting line from the sealing edge to the leading edge and the angle of the inlet cone is greater than the largest possible deflection angle of the valve needle to the longitudinal axis of the needle valve nozzle before the valve needle hits the inner wall of the centering body with the leading edge.
  • the sealing edge of the locking needle can therefore not touch the centering body. This is effectively prevented by the leading edge, which can be rounded according to claim 15. In this way, the locking needle can slide into the centering body with little friction.
  • the inlet cone is of ribs, axial Webs or the like formed, which enclose the valve pin concentrically slidably.
  • the melt which is inevitably displaced when the shut-off needle enters the outlet opening or the sealing seat can easily escape into the melt channel, ie the material compression or pressure increase occurring during the closing process is automatically compensated.
  • the valve pin according to claim 17 lateral bulges, flats, depressions or the like. have, which also leads to pressure relief.
  • Fig. 1 is an enlarged axial sectional view of the lower end of a valve gate
  • Fig. 2 is an enlarged axial sectional view of the lower end of another embodiment of a valve gate.
  • the valve gate nozzle generally designated 10 in FIG. 1 is part of an injection molding tool (not shown further). It has a preferably externally heated nozzle body 20, in which a (not visible) material tube is formed, which delimits a melt channel 30 concentrically to the longitudinal axis L of the needle valve nozzle 10.
  • a nozzle mouthpiece 40 made of a highly thermally conductive material is inserted, preferably screwed, into the nozzle body 20 from below, which continues the melt channel 30 downwards without changing the cross-section.
  • a melt to be processed for example a metal, silicone or plastic melt, is fed via the melt channel 30 to a mold cavity (not shown in more detail). This is formed between at least two mold inserts 50 which are fastened to a tool plate (not shown) and delimit a sprue opening 51 concentrically to the longitudinal axis L of the hot runner nozzle 10.
  • a centering body 80 made of a wear-resistant material is arranged, which centers the needle valve nozzle 10 relative to the gate 51 and together with an air chamber 22 surrounding the nozzle mouthpiece 40 and the nozzle body 20, a thermal separation between the needle valve nozzle 10 and the Forming inserts 50 forms, ie the flowable melt is through the highly thermally conductive nozzle mouthpiece 40 to kept close to the mold cavity at a constant high temperature.
  • the centering body 80 prevents the cooled mold inserts 50 from heating up.
  • the centering body 80 which is formed overall in a rotationally symmetrical manner with respect to the longitudinal axis L, has a wide flange edge 81 and a narrow cylindrical neck section 82.
  • the centering body 80 forms a cylindrical end section 84 which engages in a cylindrical seat 54 in a longitudinally displaceable manner.
  • This centering seat 54 formed by the mold inserts 50 is concentric with the sprue opening 51 and can be slightly conical in an upper section 55 in order to be able to insert the centering body 80 with its end section 84 more easily during assembly. Its outer diameter is dimensioned such that a pressure-tight connection is created and the melt cannot get into the air chamber 22.
  • a longitudinal movement of the centering body 80 in the seat 54 is possible in order to be able to compensate for thermally induced changes in length of the needle valve nozzle 10.
  • the end face 85 of the end section 84 is preferably of flat design, as is the bottom face (not designated in more detail) of the centering seat 54, so that there is an exact fit.
  • melt channel 30 is continued through the centering body 80, the end section 84 of which forms an outlet opening 44 for the melt.
  • the latter can flow unhindered into the mold cavity through the gate opening 51 due to the central alignment of the hot runner nozzle 10.
  • an axially displaceable shut-off needle 60 is provided, which extends longitudinally displaceably through the melt channel 30 and can be brought from an open position into a closed position by means of a pneumatic drive (not shown).
  • the locking needle 60 which is of cylindrical design at least in sections and has multiple diameters along the longitudinal axis L, has a locking part 70 at the end, which engages in a cylindrical sealing seat D through the end section 84 of the centering body 80 in the closed position.
  • this is introduced in the mold inserts 50 in front of the sprue opening 51 and is conical in its upper region 57, so that the closure part 70 - supported by the melt accumulating there - can move into the sealing seat D with little friction.
  • the transitions from the larger-diameter needle sections to the smaller-diameter sections can be conical or rounded, with a leading edge 74 being formed between a needle section 64 and the closing part 70 adjoining it, the diameter of which is larger than the diameter of the end sealing edge 72 of the closing part 70 of the locking needle 60.
  • the leading edge 74 serves to center the shut-off needle 60 in the event of a deflection from its concentric position in the melt channel 30 with the aid of the centering body 80, so that the sensitive shut-off part 70 is not damaged and the outlet opening 44 is always closed in a pressure-tight manner.
  • an inlet cone 46 is provided in the neck section 82 of the centering body 80, which converges concentrically to the longitudinal axis L into a cylindrical guide section 83, the inside diameter of which is slightly larger than the outside diameter of the needle section 64 of the locking needle 60.
  • a cone 86 formed in front of the outlet opening 44 in the centering body 80 reduces the inner diameter of the guide section 83 to the diameter of the closure part 70 of the closure needle 60.
  • the inlet cone 46 in the centering body 80 is made up of ribs, axial webs or the like (not shown in more detail). formed, which enclose the locking needle 60 concentrically slidably. Additionally or alternatively, the shut-off needle 60 can be provided laterally with bulges or depressions 66 in the region of the needle section 64, so that the melt displaced by the shut-off needle 60 can flow back unhindered into the melt channel 30.
  • the centering body 80 delimits a part of the mold cavity with its end section 84 which is convexly curved on the end face.
  • the centering seat 54 for the centering body 80 is further formed by the mold inserts 50, while the sealing seat D for the closure part 70 of the closure needle 60 lies in the end section 84 of the centering body 80.
  • the outlet opening 44 and the sprue opening 51 coincide, ie the melt passes directly through the centering body 80 into the mold cavity.
  • the axial distance A between the sealing edge 72 of the closure part 70 and the leading edge 74 is selected so that the angle a of a connecting line V from the sealing edge 72 to the leading edge 74 is greater than the opening angle ⁇ of the connecting points lying on parallel diameters Inlet cone 46 in the neck section 82 of the centering body 80; in each case with respect to the longitudinal axis L of the hot runner nozzle 10.
  • the sealing needle 60 is always caught with its leading edge 74 on the slope 46 and guided through the guide section 83 in such a way that the sealing part 70 can dip into the sealing seat D without contact. Damage to the sealing edge 72 is almost impossible.
  • the invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways.
  • the centering body 80 is preferably made of a powder-metallurgical material. However, other materials with high wear resistance are also conceivable.
  • the flange edge 81 of the centering body 80 can encompass or enclose the lower end of the nozzle mouthpiece 40.
  • the shut-off needle 60 can be flush with the injection molded article (not shown) or leave a mark thereon. In any case, with the embodiment of FIG. 2, an exchange of the sprue point is possible at any time on the tool when the centering body 80 is worn. All of the features and advantages arising from the claims, the description and the drawing, including constructive details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both individually and in the most varied of combinations.

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Abstract

Eine Nadelverschlussdüse (10) für ein Spritzgiesswerkzeug hat einen Düsenkörper (20), in dem wenigstens ein Schmelzekanal (30) ausgebildet ist, der an oder in einem Düsenmundstück (40) endet und mit einer von wenigstens einem Formeinsatz (50) gebildeten Formkavität des Spritzgiesswerkzeugs strömungsverbunden ist. Eine Verschlussnadel (60) durchsetzt den Schmelzekanal (30) und das Düsenmundstück (40) längsverschieblich und ist dabei von einer Öffnungs- in eine Schliessstellung bringbar. Zur Zentrierung der Verschlussnadel (60), die an Ihrem unteren Ende einen Verschlussteil (70) bildet, ist vor einem Dichtsitz (D) wenigstens ein Einlaufkonus (46) vorgesehen. Um eine dauerhaft präzise Nadelführung und -abdichtung zu gewährleisten und um gleichzeitig eine Beeinträchtigung der Temperaturverteilung im Bereich der Düsenspitze zu vermeiden, besteht das Düsenmundstück (40) aus einem hoch wärmeleitfähigen Material, während der bzw. jeder Einlaufkonus (46) für die Verschlussnadel (60) in einem konzentrisch zur Längsachse (L) der Nadelverschlussdüse (10) ausgebildeten Zentrierkörper (80) aus verschleißfestem Material ausgebildet ist. Letzterer ist an und/oder in dem Düsenmundstück (40) formschlüssig gehaltert und mit einem eine Austrittsöffnung (44) für die Schmelze bildenden Endabschnitt (84) mit dem Formeinsatz (50) in Eingriff bringbar.

Description

Nadelverschlußdüse
Die Erfindung betrifft eine Nadelverschlußdüse für ein Spritzgießwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Nadelverschlußdüsen werden in Spritzgießwerkzeugen eingesetzt, um eine fließfähige Schmelze bei einer vorgebbaren Temperatur unter hohem Druck einem trennbaren Werkzeugblock (Formeinsatz) zuzuführen. Die meist pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Verschlußnadeln dienen dazu, Austrittsöffnungen für die Schmelze periodisch zu öffnen und zu schließen, beispielsweise wenn ein Kunststoffmaterial segmentiert eingespritzt werden muß (Kaskadenanguß).
Jede Verschlußnadel ist im werkzeugseitigen Bereich der Nadelverschlußdüse axial- verschieblich gelagert und im düsenseitigen Bereich mittig durch einen Schmelzekanal hindurchgeführt (siehe beispielsweise DE 3249486 C3 oder DE 3403603 A1). Der Schmelzekanal endet gewöhnlich in einem Düsenmundstück, das endseitig die Austrittsöffnung für die Schmelze bildet. In Schließstellung greift das untere Ende der im Querschnitt meist zylindrischen Verschlußnadel in einen ebenfalls zylindrischen Dichtsitz ein, der im Düsenmundstück oder im Formeinsatz ausgebildet ist.
Um die Schmelze innerhalb des temperierten Schmelzekanals bis an den Formeinsatz heran auf einer gleichmäßigen Temperatur halten zu können, besteht das Düsenmundstück gewöhnlich aus einem hoch wärmeleitenden Material. Es wird von unten direkt in den Düsenkörper der Nadelverschlußdüse eingeschraubt oder - wie DE 197 17 381 A1 vorsieht - mittels einer äußeren Schraub-Hülse aus einem gering wärmeleitenden Material gesichert. Das äußere Ende der Schraub-Hülse greift in einen passenden zylindrischen Sitz im Formeinsatz ein, so daß die Austrittsöffnung gegenüber dem Dichtsitz zentriert wird. Ein schmaler Luftspalt zwischen dem hochwärmeleitenden Düsenmundstück und dem Formeinsatz sorgt für die erforderliche thermische Trennung zwischen Nadelverschlußdüse und Werkzeug.
Weil außerordentlich hohe Drücke von z.B. weit über 1.000 bar wirken, ist eine präzise Abdichtung in der Schließstellung ebenso notwendig wie eine exakte Nadelführung. Hierzu weist das Düsenmundstück oberhalb der Austrittsöffnung einen Einlaufkonus für die Verschlußnadel auf, damit diese beim Schließen zentrisch in den Dichtsitz einfahren kann. Problematisch hierbei ist allerdings, daß die Verschlußnadeln mit ihren Dichtkanten stets an dem Einlaufkonus im Düsenmundstück anschlagen, was zu Beschädigungen und auf Dauer zu Undichtigkeiten führen kann. Für eine präzise Abdichtung sind enge Toleranzgrenzen einzuhalten, insbesondere bei langen Düsen und tiefen Bohrungen, so daß der Fertigungs- und Reparaturaufwand entsprechend hoch ist.
Um dem zu begegnen, ist in DE 3245 571 C2 die Verschlußnadel an ihrem unteren Ende mehrstufig ausgebildet, und zwar derart, daß vor dem eigentlichen Verschlußteil der Nadel eine im Durchmesser vergrößerte Anlaufkante ausgebildet ist. Die axiale Länge des bevorzugt zylindrischen Verschlußteils, d.h. der axiale Abstand zwischen der vorderen Dichtkante des Verschlußteils und der Anlaufkante ist dabei so gewählt, daß der Winkel einer Verbindungslinie von der Dichtkante zur Anlaufkante durch auf parallelen Durchmessern liegenden Verbindungspunkten größer ist als der Konuswinkel des Einlauftrichters in dem Düsenmundstück, jeweils bezogen auf die Längsachse des Schmelzekanals. Das Düsenmundstück dient mithin als Vorzentrierkörper für die Verschlußnadel, denn sobald diese während des Schließvorgangs aus ihrer zentrischen Lage ausgelenkt wird, gelangt stets nur die Anlaufkante an dem Einlaufkonus zur Anlage, während die empfindliche Dichtkante des Verschlußteils berührungsfrei in das Düsenmundstück eingeführt wird.
Zur Verbesserung der Lebensdauer schlägt DE 3245 571 C2 weiter vor, das Düsenmundstück aus einem verschleißfesten Werkstoff zu fertigen. Derartige Materialien sind jedoch schlecht wärmeleitend, was sich ungünstig auf die Temperaturverteilung in dem nicht beheizbaren Düsenmundstück auswirkt. Gleiches schlägt DE 41 09 122 C1 vor, wonach jedoch das verschleißfeste Düsenmundstück nicht in den Düsenkörper eingeschraubt, sondern mittels eines Spannrings axial angepreßt wird. Dieser umgreift hierbei das Mundstück und wird mit dem Düsenkörper verschraubt. Von Nachteil ist ferner, daß die Verschlußnadel seitlich in den Schmelzekanal eindringt, was konstruktiv aufwendig ist. Zudem schließt der Verschlußteil der Nadel nicht bündig mit dem Düsenmundstück ab, was zu unsauberen Angußpunkten führt.
Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbesserte Nadelverschlußdüse zu schaffen, die mit einfachen Mitteln kostengünstig aufgebaut ist und eine dauerhaft präzise Nadelführung und -abdichtung gewährleistet. Eine Beeinträchtigung der Temperaturverteilung ist hierbei ebenso zu vermeiden wie Beschädigungen am Verschlußteil der Verschlußnadeln und/oder dem Düsenmundstück.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 17.
Bei einer Nadelverschlußdüse für ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Spritzgießartikeln, mit einem Düsenkörper, in dem wenigstens ein Schmelzekanal für eine Schmelze ausgebildet ist, der an oder in einem Düsenmundstück endet und mit einer von wenigstens einem Formeinsatz gebildeten Formkavitat des Spritzgießwerkzeugs stromungsverbunden ist, und mit einer Verschlußnadel, die den Schmelzekanal und das Düsenmundstück längsverschieblich durchsetzt und von einer Offnungs- in eine Schließstellung bringbar ist, wobei die Verschlußnadel an ihrem unteren Ende einen Verschlußteil hat oder bildet, der in Schließstellung in einen Dichtsitz eingreift, und wobei zur Zentrierung der Verschlußnadel vor dem Dichtsitz wenigstens ein Einlaufkonus vorgesehen ist, sieht die Erfindung laut Anspruch 1 vor, daß das Düsenmundstück aus einem hoch wärmeleitfähigen Material besteht und den Schmelzekanal im wesentlichen zylindrisch fortsetzt, wobei der bzw. jeder Einlaufkonus für die Verschlußnadel in einem Zentrierkörper aus verschleißfestem Material ausgebildet ist, der an und/oder in dem Düsenmundstück formschlüssig gehaltert ist und mit einem eine Austrittsöffnung für die Schmelze bildenden Endabschnitt mit dem Formeinsatz in Eingriff bringbar ist.
Das Düsenmundstück aus hoch wärmeleitfähigem Material sorgt für eine gute Temperaturverteilung bis in den Angußbereich hinein und ist aufgrund seiner einfachen Geometrie rationell herstellbar. Es kann insbesondere von der Angußseite aus präzise bearbeitet werden, was sich günstig auf die Herstellkosten auswirkt. Der Zentrierkörper wird separat mit hoher Genauigkeit gefertigt. Er läßt die Verschlußnadel stets zentrisch in den Dichtsitz einlaufen, wobei das verschleißfeste Material eine dauerhafte Nadelführung und -abdichtung gewährleistet. Sollten dennoch Undichtigkeiten auftreten oder der Zentrierkörper abgenutzt sein, kann dieser rasch und bequem ausgewechselt werden, ohne daß die Nadelverschlußdüse oder das Düsenmundstück demontiert werden müssen. Die Verwendung einer größeren oder kleineren Verschlußnadel ist ebenso problemlos möglich, weil jederzeit ein anderer Zentrierkörper mit einer passenden Auslaßöffnung in das Düsenmundstück einsetzbar ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß der Zentrierkörper die erforderliche thermische Trennung zwischen der Nadelverschlußdüse und dem Formeinsatz herstellt. Zusätzliche Isolations- oder Trennelemente sind daher nicht erforderlich.
Anspruch 2 sieht ferner vor, daß der Zentrierkörper konzentrisch zur Längsachse der Nadelverschlußdüse ausgebildet ist und sich stirnseitig an dem Düsenmundstück abstützt. Er schließt mithin unmittelbar an dieses an und verlängert die Düse in Richtung Formnest, wobei die Verschlußnadel stets konzentrisch zur Längsachse in den Dichtsitz eingeführt wird.
In der Ausbildung von Anspruch 3 weist der Zentrierkörper einen zylindrischen Halsabschnitt auf, in dessen Bereich der Einlaufkonus für die Verschlußnadel ausgebildet ist. Wird der Zentrierkörper mit diesem Halsabschnitt in das Düsenmundstück eingeführt, so ist eine zuverlässige Führung gewährleistet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Zentrierkörper gemäß Anspruch 4 längsverschieblich in dem Düsenmundstück sitzt. Die Verschlußnadel kann nicht mehr mit dem hoch wärmeleitenden Material der Düse in Berührung kommen. Beschädigungen am Düsenmundstück werden wirksam vermieden. Die Nadelverschlußdüse weist eine insgesamt hohe Standzeit auf.
Um die Nadelverschlußdüse gegenüber dem Formnest auszurichten, greift der Zentrierkörper nach Anspruch 5 mit seinem Endabschnitt in einen zylindrischen oder konischen Sitz im Formeinsatz ein, wobei Anspruch 6 vorsieht, daß der Endabschnitt längsverschieblich in den Sitz (54) eingreift. Der Zentriersitz liegt bevorzugt konzentrisch zur Angußöffnung, d.h. die Schmelze kann ungehindert und strömungsgünstig in das Formnest einfließen. Gleichzeitig ist eine stets zuverlässige Abdichtung des Zentrierkörpers im Formeinsatz gewährleistet. Verschiedene Varianten gehen aus Anspruch 7 und 8 hervor, wenn nämlich der Dichtsitz für den Verschlußteil der Verschlußnadel in dem Formeinsatz oder im Endabschnitt des Zentrierkörpers ausgebildet ist. Anspruch 9 sieht überdies vor, daß der Zentrierkörper mit seinem Endabschnitt einen Teil der Formkavitat begrenzt.
Gemäß der Weiterbildung von Anspruch 10 ist die Verschlußnadel zum Verschlußteil hin verjüngt ausgebildet, was sich zum einen günstig auf die Strömungsverhältnisse innerhalb des Schmelzekanals auswirkt und zum anderen die Nadelführung begünstigt. Dazu trägt auch Anspruch 11 bei, indem der Übergang von dem im Durchmesser größeren Nadelabschnitt zu dem im Durchmesser kleineren Verschlußteil konisch und/oder gerundet verläuft.
Eine weitere wichtige Ausgestaltung der Erfindung geht aus Anspruch 12 hervor, Danach ist zwischen dem im Durchmesser größeren Nadelabschnitt und dem Verschlußteil eine Anlaufkante ausgebildet, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der endseitigen Dichtkante des Verschlußteils der Verschlußnadel, wobei der axiale Abstand zwischen der Dichtkante des Verschlußteils und der Anlaufkante laut Anspruch 13 so gewählt ist, daß der Winkel einer Verbindungslinie von der Dichtkante zur Anlaufkante durch auf parallelen Durchmessern liegenden Verbindungspunkten größer ist als der Winkel des Einlaufkonus in dem Zentrierkörper, jeweils bezogen auf die Längsachse der Nadelverschlußdüse. Dadurch ist sichergestellt, daß die relativ empfindliche Dichtkante der Verschlußnadel beim Eintauchen in den Zentrierkörper nicht mehr an diesem anschlagen kann. Der Verschlußteil der Nadel bleibt vielmehr berührungsfrei. Die Standzeit der Nadelverschlußdüse wird weiter erhöht.
Anspruch 14 sieht überdies vor, daß die Differenz zwischen dem Winkel der Verbindungslinie von der Dichtkante zur Anlaufkante und dem Winkel des Einlaufkonus größer ist als der größtmöglich erreichbare Auslenkwinkel der Verschlußnadel zur Längsachse der Nadelverschlußdüse bevor die Verschlußnadel mit der Anlaufkante an die Innenwandung des Zentrierkörpers anstößt. Die Dichtkante der Verschlußnadel kann mithin den Zentrierkörper nicht berühren. Dies wird von der Anlaufkante wirksam verhindert, die gemäß Anspruch 15 gerundet sein kann. Auf diese Weise kann die Verschlußnadel reibungsarm in den Zentrierkörper hineingleiten.
Damit sich während des Schließvorgangs innerhalb der Schmelze kein unerwünschter Gegendruck aufbauen kann, ist der Einlaufkonus nach Anspruch 16 von Rippen, Axial- Stegen o.dgl. gebildet, welche die Verschlußnadel konzentrisch gleitbar umschließen. Die beim Eintreten der Verschlußnadel in die Austrittsöffnung bzw. den Dichtsitz zwangsläufig verdrängte Schmelze kann ohne weiteres in den Schmelzekanal ausweichen, d.h. die beim Schließvorgang entstehende Materialverdichtung bzw. Druckerhöhung wird automatisch ausgeglichen. Alternativ kann die Verschlußnadel gemäß Anspruch 17 seitliche Auswölbungen, Abflachungen, Vertiefungen o.dgl. aufweisen, was ebenfalls zur Druckentlastung führt.
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 vergrößerte Axialschnittansicht des unteren Endes einer Nadelverschlußdüse und
Fig. 2 eine vergrößerte Axialschnittansicht des unteren Endes einer anderen Ausführungsform einer Nadelverschlußdüse.
Die in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnete Nadelverschlußdüse ist Bestandteil eines (nicht weiter dargestellten) Spritzgießwerkzeugs. Sie hat einen bevorzugt außenbeheizten Düsenkörper 20, in dem ein (nicht sichtbares) Materialrohr ausgebildet ist, das konzentrisch zur Längsachse L der Nadelverschlußdüse 10 einen Schmelzekanal 30 begrenzt. In den Düsenkörper 20 ist von unten ein Düsenmundstück 40 aus einem hoch wärmeleitfähigen Material eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt, welches den Schmelzekanal 30 ohne Querschnittsänderung zylindrisch nach unten fortsetzt.
Über den Schmelzekanal 30 wird eine zu verarbeitende Schmelze, beispielsweise eine Metall-, Silikon- oder Kunststoffschmelze, einem (nicht näher gezeigten) Formnest zugeführt. Dieses ist zwischen wenigstens zwei Formeinsätzen 50 ausgebildet, die an einer (nicht dargestellten) Werkzeugplatte befestigt sind und konzentrisch zur Längsachse L der Heißkanaldüse 10 eine Angußöffnung 51 begrenzen.
Zwischen dem Düsenmundstück 40 und den Formeinsätzen 50 ist ein Zentrierkörper 80 aus einem verschleißfesten Material angeordnet, der die Nadelverschlußdüse 10 gegenüber der Angußöffnung 51 zentriert und gemeinsam mit einer das Düsenmundstück 40 und den Düsenkörper 20 umgebenden Luftkammer 22 eine thermische Trennung zwischen der Nadelverschlußdüse 10 und den Formeinsätzen 50 bildet, d.h. die fließfähige Schmelze wird durch das hoch wärmeleitfähige Düsenmundstück 40 bis an das Formnest heran auf einer konstant hohen Temperatur gehalten. Gleichzeitig verhindert der Zentrierkörper 80, daß sich die gekühlten Formeinsätze 50 erwärmen.
Wie Fig. 1 zeigt, hat der insgesamt rotationssymmetrisch zur Längsachse L ausgebildete Zentrierkörper 80 einen breiten Flanschrand 81 sowie einen schmalen zylindrischen Halsabschnitt 82. Dieser ist von unten in den Schmelzekanal 30 bzw. in das Düsenmundstück 40 eingesetzt und längsverschieblich darin geführt.
An seinem dem Formnest zugewandten Ende bildet der Zentrierkörper 80 einen zylindrischen Endabschnitt 84, der längsverschieblich in einen zylindrischen Sitz 54 eingreift. Dieser von den Formeinsätzen 50 geformte Zentriersitz 54 liegt konzentrisch zur Angußöffnung 51 und kann in einem oberen Abschnitt 55 leicht konisch ausgebildet sein, um den Zentrierkörper 80 mit seinem Endabschnitt 84 bei der Montage leichter einführen zu können. Dessen Außendurchmesser ist so bemessen, daß eine druckdichte Verbindung entsteht und die Schmelze nicht in die Luftkammer 22 gelangen kann. Gleichzeitig ist eine Längsbewegung des Zentrierkörpers 80 in dem Sitz 54 möglich, um gegebenenfalls thermisch bedingte Längenänderungen der Nadelverschlußdüse 10 ausgleichen zu können. Die Stirnfläche 85 des Endabschnitts 84 ist bevorzugt flach ausgebildet, ebenso wie die (nicht näher bezeichnete) Bodenfläche des Zentriersitzes 54, so daß eine exakte Passung gegeben ist.
Man erkennt, daß der Schmelzekanal 30 durch den Zentrierkörper 80 hindurch fortgesetzt wird, dessen Endabschnitt 84 eine Austrittsöffnung 44 für die Schmelze bildet. Letztere kann aufgrund der zentrischen Ausrichtung der Heißkanaldüse 10 durch die Angußöffnung 51 hindurch ungehindert in das Formnest einfließen.
Zum Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung 44 ist eine axial verschiebbare Verschlußnadel 60 vorgesehen, die den Schmelzekanal 30 längsverschieblich durchsetzt und mittels eines (nicht dargestellten) pneumatischen Antriebs von einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung gebracht werden kann. Die zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete und entlang der Längsachse L im Durchmesser mehrfach abgestufte Verschlußnadel 60 weist endseitig einen Verschlußteil 70 auf, der in Schließstellung durch den Endabschnitt 84 des Zentrierkörpers 80 hindurch in einen zylindrischen Dichtsitz D eingreift. Dieser ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vor der Angußöffnung 51 in den Formeinsätzen 50 eingebracht und in seinem oberen Bereich 57 konisch ausgebildet, damit der Verschlußteil 70 - unterstützt von der sich dort ansammelnden Schmelze - reibungsarm in den Dichtsitz D einfahren kann. Die Übergänge von den im Durchmesser größeren Nadelabschnitten zu den im Durchmesser kleineren Abschnitten können konisch oder gerundet verlaufen, wobei zwischen einem Nadelabschnitt 64 und dem daran anschließenden Verschlußteil 70 eine Anlaufkante 74 ausgebildet ist, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der endseitigen Dichtkante 72 des Verschlußteils 70 der Verschlußnadel 60.
Die Anlaufkante 74 dient dazu, die Verschlußnadel 60 im Falle einer Auslenkung aus ihrer konzentrischen Lage im Schmelzekanal 30 mit Hilfe des Zentrierkörpers 80 zu zentrieren, damit der empfindliche Verschlußteil 70 nicht beschädigt und die Austrittsöffnung 44 stets druckdicht verschlossen wird. Hierzu ist im Halsabschnitt 82 des Zentrierkörpers 80 ein Einlaufkonus 46 vorgesehen, der konzentrisch zur Längsachse L in einen zylindrischen Führungsabschnitt 83 übergeht, dessen Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Nadelabschnitts 64 der Verschlußnadel 60. Ein vor der Austrittsöffnung 44 ausgebildeter Konus 86 im Zentrierkörper 80 reduziert den Innendurchmesser des Führungsabschnitts 83 auf den Durchmesser des Verschlußteils 70 der Verschlußnadel 60.
Fährt diese von der Öffnungsstellung in ihre Schließstellung wird sie von der Anlaufkante 74 und dem Einlaufkonus 46 automatisch konzentrisch zur Längsachse L ausgerichtet, wobei der Nadelabschnitt 64 in dem Führungsabschnitt 83 des Zentrierkörpers 80 lagestabil weitergeführt wird, bis der Verschlußteil 70 in den Dichtsitz D eingebracht ist. Die empfindliche Dichtkante 72 der Verschlußnadel 60 kann weder an dem Düsenmundstück 40 noch an dem Zentrierkörper 80 anschlagen. Sie wird mithin nicht mehr beschädigt. Die Berührung der Anlaufkante 74 mit dem Einlaufkonus 46 ist unproblematisch, da die bevorzugt leicht abgerundete Anlaufkante 74 der Verschlußnadel 60 relativ unempfindlich ist und der Zentrierkörper 80 aus verschleißfestem Material besteht.
Damit sich während des Schließvorgangs der Verschlußnadel 60 kein unerwünschter Gegendruck innerhalb der Schmelze aufbaut, ist der Einlaufkonus 46 in dem Zentrierkörper 80 von (nicht näher dargestellten) Rippen, Axialstegen o.dgl. gebildet, welche die Verschlußnadel 60 konzentrisch gleitbar umschließen. Ergänzend oder alternativ kann man die Verschlußnadel 60 im Bereich des Nadelabschnitts 64 seitlich mit Auswölbungen oder Vertiefungen 66 versehen, so daß die von der Verschlußnadel 60 verdrängte Schmelze ungehindert in den Schmelzekanal 30 zurückströmen kann. In der Ausführungsform von Fig. 2 begrenzt der Zentrierkörper 80 mit seinem stirnseitig konvex gewölbten Endabschnitt 84 einen Teil der Formkavitat. Der Zentriersitz 54 für den Zentrierkörper 80 wird weiterhin von den Formeinsätzen 50 gebildet, während der Dichtsitz D für den Verschlußteil 70 der Verschlußnadel 60 im Endabschnitt 84 des Zentrierkörpers 80 liegt. Die Austrittsöffnung 44 und die Angußöffnung 51 fallen zusammen, d.h. die Schmelze gelangt unmittelbar durch den Zentrierkörper 80 hindurch in das Formnest.
Man erkennt in Fig. 2, daß der Zentrierkörper 80 sowohl im Düsenmundstück 40 als auch im Sitz 54 der Formeinsätze 50 längsbeweglich geführt ist, wobei zwischen dem Flanschrand 81 und der Stirnfläche 41 des Düsenmundstücks 40 gegebenenfalls ein schmaler Bewegungsspalt entstehen kann. Hierdurch wird sichergestellt, daß sich die Nadelverschlußdüse 10 beim Erwärmen in ihrer Länge verändern kann, ohne daß sich die Formnestgrenze verändert.
Wichtig ist, daß der axiale Abstand A zwischen der Dichtkante 72 des Verschlußteils 70 und der Anlaufkante 74 so gewählt ist, daß der Winkel a einer Verbindungslinie V von der Dichtkante 72 zur Anlaufkante 74 durch auf parallelen Durchmessern liegenden Verbindungspunkten größer ist als der Öffnungswinkel ß des Einlaufkonus 46 im Halsabschnitt 82 des Zentrierkörpers 80; jeweils bezogen auf die Längsachse L der Heißkanaldüse 10. Dadurch wird die Verschlußnadel 60 mit Ihrer Anlaufkante 74 stets an der Schräge 46 eingefangen und durch den Führungsabschnitt 83 derart hindurch geführt, daß der Verschlußteil 70 berührungsfrei in den Dichtsitz D eintauchen kann. Beschädigungen an der Dichtkante 72 sind nahezu ausgeschlossen.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So ist der Zentrierkörper 80 bevorzugt aus einem pulver-metallurgischen Material gefertigt. Denkbar sind jedoch auch andere Materialien, die eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Der Flanschrand 81 des Zentrierkörpers 80 kann - je nach Ausführungsform - das untere Ende des Düsenmundstücks 40 umgreifen oder umschließen. Ferner kann die Verschlußnadel 60 bündig mit dem (nicht gezeigten) Spritzgußartikel abschließen oder eine Markierung darauf hinterlassen. Mit der Ausführungsform von Fig. 2 ist jedenfalls ein Austausch des Angußpunktes bei einem Verschleiß des Zentrierkörpers 80 jederzeit ohne Aufwand am Werkzeug möglich. 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, ß Winkel 54 Zentriersitz
A Abstand 55 oberer Abschnitt (Zentriersitz)
D Dichtsitz 57 oberer Bereich (Dichtsitz)
L Längsachse
V Verbindungslinie 60 Verschlußnadel
64 Nadelabschnitt
10 Nadelverschlußdüse 66 Vertiefung
20 Düsenkörper 70 Verschlußteil
22 Luftkammer 72 Dichtkante
30 Schmelzekanal 74 Anlaufkante
40 Düsenmundstück 80 Zentrierkörper
41 Stirnfläche 81 Flanschrand
44 Austrittsöffnung 82 Halsabschnitt
46 Einlaufkonus 83 Führungsabschnitt
84 Endabschnitt
50 Formeinsatz 85 Stirnfläche
51 Angußöffnung 86 Konus

Claims

Patentansprüche
1. Nadelverschlußdüse (10) für ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Spritzgießartikeln, mit einem Düsenkörper (20), in dem wenigstens ein Schmelzekanal (30) für eine Schmelze ausgebildet ist, der an oder in einem Düsenmundstück (40) endet und mit einer von wenigstens einem Formeinsatz (50) gebildeten Formkavitat des Spritzgießwerkzeugs stromungsverbunden ist, und mit einer Verschlußnadel (60), die den Schmelzekanal (30) und das Düsenmundstück (40) längsverschieblich durchsetzt und von einer Offnungs- in eine Schließstellung bringbar ist, wobei die Verschlußnadel (60) an ihrem unteren Ende einen Verschlußteil (70) hat oder bildet, der in Schließstellung in einen Dichtsitz (D) eingreift, und wobei zur Zentrierung der Verschlußnadel (60) vor dem Dichtsitz (D) wenigstens ein Einlaufkonus (46) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenmundstück (40) aus einem hoch wärmeleitfähigen Material besteht und den Schmelzekanal (30) im wesentlichen zylindrisch fortsetzt, wobei der bzw. jeder Einlaufkonus (46) für die Verschlußnadel (60) in einem Zentrierkörper (80) aus verschleißfestem Material ausgebildet ist, der an und/oder in dem Düsenmundstück (40) formschlüssig gehaltert ist und mit einem eine Austrittsöffnung (44) für die Schmelze bildenden Endabschnitt (84) mit dem Formeinsatz (50) in Eingriff bringbar ist.
2. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkörper (80) konzentrisch zur Längsachse (L) der Nadelverschlußdüse (10) ausgebildet ist und sich stirnseitig an dem Düsenmundstück (40) abstützt.
3. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkörper (80) einen zylindrischen Halsabschnitt (82) aufweist, in dessen Bereich der Einlaufkonus (46) für die Verschlußnadel (60) ausgebildet ist.
4. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkörper (80) längsverschieblich in dem Düsenmundstück (40) sitzt.
5. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkörper (80) mit seinem Endabschnitt (84) in einen zylindrischen oder konischen Sitz (54) im Formeinsatz (50) eingreift.
6. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (84) des Zentrierkörpers (80) längsverschieblich in den Sitz (54) eingreift.
7. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz (D) für den Verschlußteil (70) der Verschlußnadel (60) in dem Formeinsatz (50) ausgebildet ist.
8. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz (D) für den Verschlußteil (70) der Verschlußnadel (60) im Endabschnitt (84) des Zentrierkörpers (80) ausgebildet ist.
9. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkörper (80) mit seinem Endabschnitt (84) einen Teil der Formkavitat begrenzt.
10. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel (60) zum Verschlußteil (70) hin verjüngt ausgebildet ist.
11. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von dem im Durchmesser größeren Nadelabschnitt (64) zu dem im Durchmesser kleineren Verschlußteil (70) konisch und/oder gerundet verläuft.
12. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Nadelabschnitt (64) und dem Verschlußteil (70) eine Anlaufkante (74) ausgebildet ist, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der endseitigen Dichtkante (72) des Verschlußteils (70) der Verschlußnadel (60).
13. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand (A) zwischen der Dichtkante (72) des Verschlußteils (70) und der Anlaufkante (74) so gewählt ist, daß der Winkel (a) einer Verbindungslinie (V) von der Dichtkante (72) zur Anlaufkante (74) durch auf parallelen Durchmessern liegenden Verbindungspunkten größer ist als der Winkel (ß) des Einlaufkonus (46) in dem Zentrierkörper (80), jeweils bezogen auf die Längsachse (L) der Nadelverschlußdüse (10).
14. Nadelverschlußdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Winkel (a) und dem Winkel (ß) größer ist als der größtmöglich erreichbare Auslenkwinkel der Verschlußnadel (60) zur Längsachse (L) der Nadelverschlußdüse (10) bevor die Verschlußnadel (60) mit der Anlaufkante (74) an die Innenwandung des Zentrierkörpers (80) anstößt.
15. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufkante (74) gerundet ist.
16. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkonus (46) von Rippen, Axialstegen o.dgl. gebildet ist, welche die Verschlußnadel (60) konzentrisch gleitbar umschließen.
17. Nadelverschlußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußnadel (60) seitliche Auswölbungen, Abflachungen, Vertiefungen (66) o.dgl. aufweist.
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