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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spritzdüsensystem.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Spritzdüsensystem,
das modulare Komponenten aufweist, von denen eine ein Angußkanal-Einlegeteil
enthält,
das an der Düsenspitze mittels
eines zwischengeschalteten Wärmeisolierelementes
entfernbar befestigt ist, wobei das Spritzdüsensystem insbesondere zum
Formen relativ großer Produkte
geeignet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Spritzdüsensysteme
für Heißkanal-Einspritzsysteme
sind gut bekannt und umfassen Systeme wie das SDVG 750 Einzelschuß-Ventileinlaufsystem, SDHT
750 Einzelschuß-Heißeinlauf
und ULTRA® Systeme,
die von der Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung verkauft
werden. Solche Spritzdüsensysteme
werden mit engen Toleranzen hergestellt, um hohe Drücke aufzunehmen,
die typischerweise in Heißkanal-Spritzgießsystemen
angewendet werden und um einen ausreichenden Grad an Prozeßkontrolle
zu schaffen, um sichtbare Angußgrate auf
den geformten Gegenständen
zu reduzieren etc.
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Insbesondere
die Vermeidung der Bildung von sichtbaren Angußgraten ist in der Industrie
sehr erwünscht.
Wie dem Fachmann bekannt ist, wird die Bildung von sichtbaren Angußgraten
durch eine gute Prozeßkontrolle,
durch enge Toleranzen, die bei der Konstruktion der Düsensysteme
angewendet werden, und durch gute Wärmeeigenschaften in der Düse gemildert.
Insbesondere ist es zur Erzielung akzeptabler Wärmeeigenschaften erwünscht, daß die Heizelemente
in dem Düsensystem
so nahe wie möglich
an der Düsenspitze
angeordnet sind, um eine rasche und wirksame Erhitzung des Harzes
in der Angußzone
zu erreichen.
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Natürlich müssen die
Formplatten auch befähigt
sein, eine ausreichende Kühlung
des Angußkanales
sicherzustellen, um das Harz zu gefrieren, wenn der Einspritzabschnitt
des Formungszyklus beendet ist.
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Bezug
genommen wird in dieser Hinsicht auf das
US-Patent 5,046,942 an Gellert, welches
eine Heißeinlaufdüse offenbart,
bei welcher ein zweites Heizelement nahe der Angußkanalzone
angeordnet und innerhalb einer zweiteiligen Düsenspitze eingebettet ist,
um die erwünschte
Erhitzung der Düsenspitze
zu gewährleisten.
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Ein
Problem, das bei einigen Düsensystemen
nach dem Stand der Technik auftritt, wie bei jenem, das in Gellert
gelehrt wird, ist, daß ein
mechanischer Kontakt zwischen der Düsenspitze und der Angußkanalzone
vorhanden ist, der einen Wärmetransfer
zwischen diesen beiden Elementen gestattet. Dementsprechend tritt
eine unerwünschte
Kühlung
der Düsenspitze,
ebenso wie eine unerwünschte
Erhitzung des Angußkanales
durch die Heizelemente an der Düse
und/oder Düsenspitze
auf.
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In
der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, um diese Probleme
zu mildern, indem eine Isolierung zwischen dem Angußkanal und der
Düse vorgesehen
wird. Beispielsweise lehrt das
US-Patent
5,208,052 an Schmidt et al., das an die Rechtsnachfolgerin
der vorliegenden Erfindung übertragen
ist, eine Einspritzdüse
mit entfernbarer Düsenspitze
aus einem Material, das relativ hohe Wärmeleitfähigkeit hat, wobei die Düsenspitze
durch eine entfernbare Wärmeisolierhülse umgeben
ist, die aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht, die auch als
Abdichtung für
das Eindringen von Harz in unerwünschte
Bereiche des Düsensystems dient.
Ein ähnliches
Konzept ist auch im
US-Patent 5,299,928 an
Gellert beschrieben, in welchem die Isolierhülse zwischen der Düsenspitze
und dem Gehäuse
der Spritzdüse
angeordnet ist. In jüngerer
Zeit offenbart das
US-Patent 5,569,475 an
Adas et al. mehrere Typen von Isolierbeschichtungslagen, die in Heißkanalsystemen
nahe der Angußkanalzone
verwendet werden.
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Jedes
dieser bekannten Systeme und alle anderen, die dem vorliegenden
Erfinder gewärtig sind,
leidet jedoch an einem oder mehreren Nachteilen und/oder Schwierigkeiten.
Beispielsweise findet die Lösung
nach Adas sehr begrenzte Anwendung, da die dort gelehrten Isolierlagen
sehr dünn
sind und nur ein geringes Hindernis für einen unerwünschten Hitzetransfer
bilden. Auch sind die in Adas gelehrten Lagen mechanisch nicht sehr
kräftig
und somit laufen sie Gefahr eines mechanischen Versagens.
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Während die
in Schmidt 5,208,052 offenbarte Isolierhülse und eine ähnliche
Hülse,
die in Gellert in 5,299,928 offenbart ist, vernünftige Isolatoren und mechanisch
robust sind, sind diese Düsensysteme im
allgemeinen für
die Formung von Gegenständen aus
Abriebharzen, wie den sogenannten Bearbeitungsqualitätsharzen,
von denen NORYL® GTX
ein Beispiel ist, nicht zufriedenstellend, weil solche Harze den
Angußkanal
durch Abrieb beschädigen
und den Ersatz der gesamten Formplatte erfordern, in welcher der
Angußkanal
ausgebildet ist. Außerdem sind
diese Düsensysteme
im allgemeinen für
die Formung von Gegenständen
aus wärmesensitiven
Materialien, wie kristallinen Harzen, von denen PA 66 ein Beispiel
ist, nicht zufriedenstellend, weil solche Materialien mehr Hitze
in der Angußkanalzone
als andere Harze erfordern. Da in diesen Systemen nach dem Stand
der Technik der Angußkanal
in der Formplatte eingebettet ist und somit einem Wärmeverlust an
die Formplatte unterliegt, die durch das Formkühlungssystem gekühlt wird,
wird eine geringe Wärmeleistung
erzielt, und die erforderliche Hitze am Angußkanal kann nicht verläßlich erreicht
werden.
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Das
US-Patent
US-A-3,113,346 offenbart
ein isoliertes Heißkanalsystem
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, bei welchem ein Angußkanal-Einlegeteil in eine
stationäre
Formplatte eingebettet ist. Ein Verteiler verteilt über Kanäle das Harz
auf ungeheizte Spritzdüsen.
Um den Wärmetransfer
zwischen dem Angußkanal
und der Spritzdüse
zu reduzieren, wird eine Isolierscheibe zwischen dem Angußkanal und
der Düse
vorgesehen. Die Spritzdüse
umfaßt deshalb
einen radial vergrößerten Teil,
der eine radial verlaufende Anlagefläche bildet. Wenn die Spritzdüse axial
in das Angußkanal-Einlegeteil
eingesetzt wird, wird die radial verlaufende Anlagefläche gegen die
Isolierscheibe des Angußkanal-Einlegeteiles
gepreßt,
derart, daß die
Düsenspitze
nahe dem Formangußkanal
gehalten wird. Patent Abstracts of Japan, Band 18, Nr. 452 (M-1661) &
JP-A-06 143358 offenbart
ein System, das ein Angußkanal-Einlegeteil umfaßt, das
fest in der stationären
Formplatte vorgesehen ist. Ein Isolierelement ist zwischen der verjüngten Düsenspitze
und der benachbarten verjüngten
Fläche
des Angußkanal-Einlegeteils
zwischengeschaltet.
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Es
ist erwünscht,
ein Spritzdüsensystem
mit guten Wärmeeigenschaften
zu schaffen, welches eine verbesserte Wartungsfähigkeit und einen relativ leichten
Zusammenbau sowie ein leichtes Auseinandernehmen ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues isoliertes modulares
Spritzdüsensystem
mit einem entfernbaren Angußkanal
zu schaffen, welches zumindest einen der Nachteile der Spritzdüsensysteme
nach dem Stand der Technik vermeidet oder mildert.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine isolierte modulare Spritzdüsenanordnung zur
Verwendung zusammen mit ei ner Spritzgießmaschine geschaffen, wobei
die Spritzdüsenanordnung umfaßt:
ein
abnehmbares Angußkanal-Einlegeteil
mit einem Angußkanal
darin;
eine Düseneinheit,
die ein wärmeleitendes
Düsengehäuse und
eine wärmeleitende
Düsenspitze
umfaßt, wobei
die Düseneinheit
mindestens einen inneren Schmelzekanal definiert, um bei Verwendung
Harzschmelze aufzunehmen und die Harzschmelze zum Angußkanal zu
leiten; und
ein Isolierelement, das zwischen dem Angußkanal-Einlegeteil
und dem leitenden Düsengehäuse angeordnet
ist, so daß die
Düsenspitze
angrenzend an den Angußkanal
gehalten wird und das Isolierelement die Wärmeübertragung zwischen der Düsenspitze
und dem Angußkanal-Einlegeteil
hemmt;
wobei das Angußkanal-Einlegeteil
durch das Isolierelement abnehmbar mit dem Düsengehäuse verbunden ist, wobei das
Isolierelement durch eine Isolierhülse ausgeführt ist, die eine äußere Gewindefläche aufweist,
und das Angußkanal-Einlegeteil
ein Innengewinde umfaßt,
das komplementär
zur äußeren Gewindefläche der
Isolierhülse
ist, um die gewindete und abnehmbare Verbindung des Angußkanal-Einlegeteils
mit der Hülse
zu erlauben.
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Vorzugsweise
umfaßt
das Angußkanal-Einlegeteil
ein Anschlagteil, welches eine Formplatte kontaktiert und das eine
Größe hat,
welche den Wärmetransfer
zwischen der Formplatte und dem Angußkanal reduziert. Es wird ebenfalls
zusätzlich
zur Verbesserung der Wärmeeigenschaften
des Düsensystems
bevorzugt, daß das
Wärmeisolierelement die
Abdichtung der Angußzone
unterstützt.
Weiters wird bevorzugt, daß das
Isolierelement die Ausrichtung des Angußkanal-Einlegeteiles relativ
zur Düsen spitze
unterstützt.
Vorzugsweise ist der Angußkanal in
einem Angußkanalring
ausgebildet, welcher in dem Angußkanal-Einlegeteil entfernbar
montiert ist. Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielsweise unter Bezugnahme
auf die angeschlossenen Figuren beschrieben, in denen zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein isoliertes modulares Spritzdüsensystem
für eine
Heißkanal-Spritzgießmaschine
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
gesprengten Querschnitt einiger der Komponenten von 1;
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die 3a, 3b und 3c Querschnitte des
Angußkanal-Einlegeteiles
zur Verwendung mit einem Spritzdüsensystem
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 einen
Querschnitt durch ein isoliertes modulares Spritzdüsensystem
für Heißkanal-Spritzgießmaschinen
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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5 einen
Querschnitt eines Isolierelementes gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 einen
Querschnitt durch ein isoliertes modulares Spritzdüsensystem
für Heißkanal-Spritzgießmaschinen
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6a einen
Querschnitt des Düsensystems
nach 6 und eines mit diesem geformten Teiles;
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6b einen
Querschnitt des Düsensystems
nach 6 mit installierten Stopfen;
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6c einen
Querschnitt des Düsensystems
nach 6 mit einer darin installierten Abdeckplatte;
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7 einen
Querschnitt durch ein isoliertes modulares Spritzdüsensystem
für Heißkanal-Spritzgießmaschinen
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
Düsenspitze
mit einem geformten Isolierelement gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In 1 ist
ein isoliertes modulares Spritzdüsensystem
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung allgemein mit 20 bezeichnet. Das
Düsensystem 20 ist
ein Heißkanal-Spritzdüsensystem,
das in einer Formbohrung 24 einer Spritzgießform angeordnet
ist, die eine stationäre Formplatte 28,
die mit der Spritzgießeinheit
einer Formungsmaschine (nicht gezeigt) verbunden ist, und eine bewegbare
Formplatte 32 aufweist. Eine Hohlraumform 36 ist
zwischen der stationären
Formplatte 28 und der bewegbaren Formplatte 32 angeordnet, wenn
sich die Form in der Schließstellung
befindet, wie dies in der Figur gezeigt ist.
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2 zeigt
eine gesprengte Darstellung einiger Komponenten des Düsensystems 20.
Wie ersichtlich ist, umfaßt
das Düsensystem 20 ein
langgestrecktes Düsengehäuse 40,
das vorzugsweise aus einem Material mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit besteht,
und welches einen inneren Hauptschmelzenkanal 44 definiert,
durch welchen geschmolzenes Harz unter Druck hindurchströmt. Das
Düsengehäuse 40 umfaßt einen
Verbindungsteil 48, der bei diesem Ausführungsbeispiel ein externer
Satz von Gewinden ist, obwohl andere geeignete Verbindungsteilausführungen,
falls erwünscht,
angewendet werden können.
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Das
Düsensystem 20 umfaßt ferner
eine entfernbare Düsenspitze 52,
die einen ersten Verbindungsteil 56 hat, der mit dem Verbindungsteil 48 des Düsengehäuses 40 in
Eingriff versetzbar und mit diesem verbindbar ist, um die Düsenanordnung
zu bilden. Wie vorstehend erwähnt,
umfaßt
bei diesem Ausführungsbeispiel
der Verbindungsteil 48 einen Satz von Außengewinden,
und der Verbindungsteil 56 umfaßt einen Satz von komplementären Innengewinden,
die gestatten, daß die
Düsenspitze 52 in
Eingriff mit dem Düsengehäuse 40 geschraubt
wird. Während
derzeit bevorzugt wird, daß die
Düsenspitze 52 entfernbar
mit dem Düsengehäuse 40 verbunden
wird, kann die vorliegende Erfindung auch in Systemen angewendet
werden, bei denen die Düsenspitze 52 und
das Düsengehäuse 40 ein
einziges Element sind, entweder eine permanente Anordnung, die nicht
zerlegt werden kann, oder ein einziges integrales Element, und solche
Ausbildungen fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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Die
Düsenspitze 52 umfaßt einen
zentralen Schmelzenkanal 60, der koaxial zum Schmelzenkanal 44 ist.
Die Düsenspitze 52 besteht
vorzugsweise aus einem Material mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit,
wie auf Kupfer basierenden Legierungen, die beispielsweise von Ampco
hergestellt werden.
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Wie
für den
Fachmann klar ist, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 die Düsenspitze 52 von
einem Typ, der allgemein als Ablenktyp bezeichnet wird und umfaßt somit
zwei gegeneinander abgewinkelte innere sekundäre Schmelzenkanäle 64.
Es wird dem Fachmann auch klar, daß die vorliegende Erfindung
nicht auf die Verwendung von Ablenkdüsenspitzen beschränkt ist, und
viele andere Düsenspitzenarten,
einschließ lich Univert-,
Durchstrom-, Trivert-, Seiteneinlauf- und Ventileinlaufspitzen u.a.,
erfolgreich mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.
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Die
Düsenspitze 52 umfaßt ferner
einen zweiten Verbindungsteil 68, der mit dem ersten Verbindungsteil 72 eines
Isolierelementes 76 zusammenwirkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
umfaßt der
zweite Verbindungsteil 68 einen Satz von Außengewinden,
die mit einem komplementären
Satz von Innengewinden in Eingriff stehen, welche den ersten Verbindungsteil 72 des
Isolierelementes 76 umfassen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das Isolierelement 76 in
Form einer Hülse,
die aus einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt ist, das relativ
niedrige Wärmeleitfähigkeit hat.
Die Wahl eines geeigneten Isoliermaterials für das Isolierelement 76 ist
nicht besonders beschränkt, und
eine Vielzahl von geeigneten Isoliermaterialien ist dem Fachmann
geläufig,
von denen Beispiele Titan und verschiedene Keramikmaterialien umfassen.
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Der
erste Verbindungsteil 72 des Isolierelementes 76 umfaßt einen
Satz von Innengewinden, die komplementär mit den Außengewinden
des zweiten Verbindungsteiles 68 sind. Das Isolierelement 76 umfaßt auch
einen zweiten Verbindungsteil 80, um das Isolierelement 76 mit
einem Verbindungsteil 84 eines entfernbares Anguß-Einlegeteiles 88 zu
verbinden.
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Das
Anguß-Einlegeteil 88 umfaßt einen
Formangußkanal 92 und
wie ersichtlich ist, besteht aus irgendeinem geeigneten bekannten
Material, wie bekannten Werkzeugmetallen, z.B. H-13, P 20 etc. Wiederum
sind bei diesem Ausführungsbeispiel
ein zweiter Verbindungsteil 80 des Isolierelementes 76,
der einen Satz von Außengewinden
aufweist, und ein Verbindungsteil 84 des Anguß-Einlegeteiles 88 vorgesehen,
der einen Satz von Innengewinden aufweist, die komplementär zu den
Außengewinden sind.
Die tatsächliche
Geometrie und Größe des Formangußkanales 92 hängt von
der besonderen Konfiguration und Größe der Düsenspitze 52 ab. Die Formbohrung 24 endet
mit der Angußbohrung 108 und
wird dazu verwendet, das Anguß-Einlegeteil 88 bezüglich der
Düsenspitze 52 zu
lokalisieren und auszurichten. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel
hat das Anguß-Einlegeteil 88 einen äußeren Teil 110,
der einen größeren Durchmesser
als die Angußbohrung 108 hat.
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Wie
aus 2 hervorgeht, umfaßt das Anguß-Einlegeteil 88 eine
Anschlagfläche 82 nahe
seiner unteren Fläche 83,
die größeren Durchmesser als
sein Hals 87 hat. Somit wird, wie in 1 gezeigt ist,
ein Kontakt zwischen dem Anguß-Einlegeteil 88 und
der Formplatte 28 nur an der Anschlagfläche 82 auftreten.
Wie dem Fachmann klar ist, werden durch eine Beschränkung des
Ausmaßes
an Kontakt zwischen dem Anguß-Einlegeteil 88 und
der Formplatte 28 und durch Positionierung des beschränkten Kontaktes
an der unteren Fläche 83 nahe
dem Angußkanal 92 die
Wärmeeigenschaften
des Düsensystems 20 verbessert,
weil die Masse 85 des Anguß-Einlegeteiles 88 nicht
in direktem Wärmekontakt
mit der Formplatte 28 steht und somit der Angußkanal 92 erhitzt
und gekühlt
werden kann, wie dies erforderlich ist.
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Es
gibt verschiedene Vorteile, die durch die Verwendung eines entfernbaren
Anguß-Einlegeteiles 88 erreicht
werden. Insbesondere vermeidet die Verwendung des Anguß-Einlegeteiles 88 das
Erfordernis, den Formangußkanal 92 als
Teil der Formplatte 28 zu bearbeiten. Dies resultiert in
einer signifikanten Reduzierung der Herstellungskosten und einer
Erhöhung
der Genauigkeit der Bearbeitung des Angußkanales 92. Auch
kann das Anguß-Einlegeteil 88 aus anderen
Materialien als die Formplatte 28 hergestellt werden, wie
den bekannten geeigneten Materialien, z.B. Werkzeugmetalle H-13,
4140 oder P 20, und/oder Materialien mit einer relativ hohen Abriebfestigkeit
zur Verwendung mit Abriebharzen. Ein Ersatz des Angußkanales 92 erfordert
lediglich den Ersatz des Anguß-Einlegeteiles 88,
und dadurch werden auch die Wartungskosten im allgemeinen reduziert.
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Ferner
kann in einigen Fällen,
in denen die Hohlraumform keine flache Oberfläche hat, das Anguß-Einlegeteil 88 mit
der unteren Fläche 83 in
der gewünschten
Geometrie hergestellt werden, wie mit einer konkaven Gestalt, wie
in 3a gezeigt, oder mit einer geneigten Fläche, wie
in 3b gezeigt. Die vorliegende Erfindung ist auf
solche Geometrie nicht beschränkt,
und andere möglichen
Geometrien werden dem Fachmann klar sein. Klarerweise ist in vielen
Fällen
die Bearbeitung des Anguß-Einlegeteiles 88 zur
Erzielung der erforderten Formgeometrie einfacher und weniger kostspielig
als die Bearbeitung der Formplatte 28, um diese Geometrie
zu erreichen.
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Während der
Angußkanal 92 direkt
in dem Anguß-Einlegeteil 88 geformt
werden kann, wie dies die 1 und 2 zeigen,
kann der Angußkanal 92 auch
in einem gesonderten, entfernbaren Angußkanalring 94 ausgebildet
werden, wie in 3 gezeigt. Bei dieser
Alternative wird der Angußkanalring 94 über einen
Interferenzsitz in das Anguß-Einlegeteil 88 eingebaut,
mit einer unteren Schulter (nicht gezeigt) nahe der unteren Fläche 83,
um zu verhindern, daß der
Angußkanalring 94 von
dem Anguß-Einlegeteil 88 weggedrückt wird,
oder durch Gewinde oder andere geeignete Befestigungsmittel, die
dem Fachmann bekannt sind und deren Verwendung einem entfernbaren
Angußkanalring 94 gestattet,
daß das Angußmaterial
und/oder die Geometrie je nach Wunsch gewählt werden. Zusätzlich erfordert
der Ersatz des Angußkanales 92 lediglich
den Ersatz des Angußkanalringes 94,
wodurch die Wartungskosten weiter reduziert werden. Dies gestattet
es auch, im Falle, daß konventionelle
Heißkanal-Ventil einlaufkonfigurationen
(nicht gezeigt) verwendet werden, daß der Angußkanalring 94 aus
einem abriebfesten Material hergestellt wird, das mit dem Material
des Ventileinlaufschaftes kompatibel ist.
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In
jedem Fall resultiert das Anguß-Einlegeteil 88 in
einem Düsensystem 20,
in welchem es einfacher ist, den Angußkanal 92 zu reinigen,
um verbrannte Harze oder andere Kontaminanten zu entfernen, um die
Düse zu
reinigen, wenn das Harz geändert
wird (z.B. von einer ersten Farbe Harz zu einer zweiten Farbe Harz)
und um den Angußkanal 92 zu ändern, wenn
eine andere Art von Düse,
Harz oder Form mit dem Düsensystem 20 verwendet
wird.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die
1 und
2 wird
zumindest ein Heizelement
96 (in
1 gezeigt)
in Wärmekontakt
mit dem Düsengehäuse
40 und
der Düsenspitze
52,
vorzugsweise dem Angußkanal
92 so
nahe wie möglich,
angeordnet. Das Heizelement
96 kann irgendein geeignetes Heizelement
sein, wie es im
US-Patent 5,411,392 an Von
Buren beschrieben ist und dem Rechtsnachfolger der vorliegenden
Erfindung übertragen
wurde.
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Im
Gebrauch wird unter Druck gesetztes, geschmolzenes Kunststoffharz
durch das Düsensystem 20 in
die Hohlraumform 36 über
den Formangußkanal 92 eingespritzt,
und das unter Druck stehende, geschmolzene Kunststoffharz wird durch
das Heizelement 96 in seinem geschmolzenen Zustand gehalten.
Nachdem die Hohlraumform 36 über den Schmelzenkanal 44,
den Schmelzenkanal 60, die sekundären Schmelzenkanäle 64 und
den Formangußkanal 92 mit
Kunststoffharz gefüllt
ist, wird das Einspritzen gestoppt und ein Formkühlungssystem aktiviert. Das
allgemeine Formkühlungssystem
umfaßt ein
Kühlfluid,
das in der Formplatte 28 durch die Kühldurchgänge 100 zirkuliert
wird, wenn das Kühlsystem aktiviert
wird, und dieses Kühlsystem
verfestigt das Harz im Formangußkanal 92,
was im allgemeinen als „Einfrieren" des Angußkanales
bezeichnet wird, wodurch das Öffnen
der Hohlraumform 36 zum Ausstoßen eines festen und gekühlten geformten
Teiles (nicht gezeigt) gestattet wird.
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Beim
nächsten
Spritzgießzyklus
wird nach dem Schließen
der Hohlraumform 36 das Formkühlsystem deaktiviert, und das
Harz im Formangußkanal 92 wird
wiederum in einen geschmolzenen Zustand durch die Hitze übergeführt, die
vom Heizelement 96 über
die Düsenspitze 52 erzeugt
wird, und das Einspritzen des geschmolzenen Harzes beginnt erneut.
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Wie
vorstehend erwähnt,
ist es erwünscht, das
Heizelement 96 so nah wie möglich am Endteil 104 der
Düsenspitze 52 anzuordnen
und somit so nah wie möglich
am Formangußkanal 92,
um den Schmelzenstrom zu kontrollieren und somit die Größe des Restangußgrates
an dem geformten Gegenstand auf ein Minimum zu bringen. Wie ebenfalls
vorstehend erwähnt,
muß nach
dem Stoppen der Harzeinspritzung der Formangußkanal 92 durch das Kühlsystem
effektiv gekühlt
werden, um den Formangußkanal
zu gefrieren und somit ein Lecken des Harzes durch den Angußkanal 92 und
in die Hohlraumform 36 zu verhindern. Diese widersprüchlichen
Anforderungen für
starke und rasche Heiz- und Kühlkapazitäten sind
schwierig zu erzielen, speziell mit engen Grenzen des Bereiches
um den Angußkanal 92 und
den Endteil 104 herum. Um diese Schwierigkeit zu überwinden,
wird ein Isolierelement 76 angeordnet, das in den 1 und 2 gezeigt
ist, um ein gewisses Ausmaß an
Wärmeisolierung
zwischen dem Anguß-Einlegeteil 88 (und
somit dem Angußkanal 92)
und der Düsenspitze 52 sowie
dem Düsengehäuse 40 zu
erzielen.
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Zusätzlich zur
Verbesserung der Wärmeeigenschaften
des Düsensystems 20 ermöglicht das Isolierelement 76 zusätzliche
Vorteile dadurch, daß es
nützlich
ist als Positionierer, um das Ausrichten der Düsenspitze 52 relativ
zum Angußkanal 92 und somit
zur Hohlraumform 36 zu unterstützen, indem eine mechanische
Verbindung zwischen der Düsenspitze 52 und
dem Anguß-Einlegeteil 88 erzielt
wird. Ferner wirkt das Isolierelement 76 als Dichtung zur Verhinderung
eines Leckens von unter Druck stehendem Kunststoffharz in Zonen
innerhalb der Formbohrung 24 oder der Angußbohrung 108.
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Wie
für den
Fachmann klar ist, ermöglicht
die modulare Ausbildung des Düsensystems 20 signifikante
Vorteile gegenüber
einstückig
hergestellten Düsen
und Angußkanälen, einschließlich eines
leichteren Wartens und/oder einer vereinfachten Produktion bei Änderungen.
Insbesondere sind Angußkanal-Einlegeteile in der
Spritzgießindustrie
bekannt, doch wird im Gegensatz zu den Einlegeteilen nach dem Stand
der Technik, welche die vorliegende Erfindung berücksichtigt
und die als eine Anordnung mit dem Düsenspitzengehäuse und/oder
der Düsenspitze
(sobald sie in der Formplatte installiert ist) nicht entfernbar
sind, bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung das Angußkanal-Einlegeteil mit
der Düse
entfernbar ausgestaltet, und es wird angenommen, daß ein solches
Einlegeteil in Verbindung mit dem Vorsehen des Isolierelementes 76 in einem
besonders vorteilhaften Düsensystem
resultiert.
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Während das
Vorsehen der Wärmeisolierung
im
US-Patent 5,208,052 an
Schmidt et al. offenbart ist, das an die Rechtsnachfolgerin der
vorliegenden Erfindung übertragen
ist, sind das Schmidt System und andere Systeme nach dem Stand der
Technik, die der vorliegende Erfinder kennt, nicht-modulare Systeme
und wenden keine Anguß-Einlegeteile an.
Somit sind die Systeme nach dem Stand der Technik schwierig zu warten
und teuer in der Herstellung. Noch signifikanter ist, daß die nicht-modularen Formeinläufe nach
dem Stand der Technik in Formplatten eingebettet sind, was in einem
signifikanten Wärmetransfer
vom Angußkanal
zur Formplatte und in allgemein schlechten Wärmeeigenschaften des Düsensystems
resultiert. Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Erfindung
der Kontakt zwischen dem Anguß-Einlegeteil
88 und
der Formplatte
28 auf die Auflagefläche
82 beschränkt, wodurch
der Anguß-Einlegeteil
88 und
somit der Angußkanal
92 auf höheren Temperaturen
gehalten werden können.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, hat das Düsensystem 20 eine
modulare Konstruktion, die Standardkomponenten umfassen kann, die
hinsichtlich der Materialien und/oder Geometrien optimiert worden
sind, wodurch hochqualitative Spritzgießvorgänge ausgeführt werden können, und
die dennoch zusammengebaut und mit größerer Einfachheit gewartet
werden kann als die Düsensysteme
nach dem Stand der Technik, die der vorliegende Erfinder kennt.
Ferner gestattet die Verwendung von standardisierten Komponenten
den Ersatz oder Austausch einzelner Komponenten statt den Ersatz des
gesamten Düsensystems,
wie dies häufig
bei Systemen nach dem Stand der Technik der Fall war.
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4 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines Düsensystems 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei gleiche Komponenten, wie jene nach den 1 und 2,
mit gleichen Bezugszeichen identifiziert sind, und Komponenten,
die sich davon unterscheiden, durch die Bezugszeichen mit einem Apostroph
(') identifiziert
sind. Mit diesem Ausführungsbeispiel
sind die Wärmeisoliereigenschaften des
Isolierelementes 76' weiter
verbessert, indem ein Spalt 112 zwischen dem Innenumfang
des Isolierelementes 76' und
der Düsenspitze 52' vorgesehen wird.
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Während in
vielen Fällen
der Spalt 112 mit Luft gefüllt sein wird, wird in Betracht
gezogen, andere Gase mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Spaltes 112 anzuwenden,
oder zur noch besseren Isolierung ein Vakuum innerhalb des Spaltes 112 anzulegen,
wenn dies erwünscht
ist. Wenn andere Gase oder ein Vakuum angewendet werden, wird ein
geeignetes Prüfventil,
wie ein Miniatur-Kugelprüfventil 114 gemäß 5 angewendet,
oder irgendein anderes geeignetes Mittel zum Einlassen von Gas oder
zum Erzeugen eines Vakuums im Spalt 112, wie dies dem Fachmann
bekannt ist. Falls im Spalt 112 ein Vakuum angewendet wird,
kann eine zusätzliche
Verbesserung der Isolierfähigkeit
des Isolierelementes 76' erhalten
werden, indem die Innenfläche
des Isolierelementes 76' mit
einer Schicht aus reflektierendem Material 116, wie Silber
oder Chrom, überzogen
wird, um die Wärmeübertragung durch
Strahlung zu reduzieren.
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Wenn
der Spalt 112 vorgesehen ist, sind der zweite Verbindungsteil 68' der Düse 52' und der erste Verbindungsteil 72' nicht mit einem
Gewinde versehen und das Isolierelement 76' weist statt dessen einen Innenschulterteil 117 an
seinem unteren Ende auf, der abdichtend am unteren Teil des Verbindungsteiles 68' angreift, und
der obere Teil des Verbindungsteiles 68' greift abdichtend an der oberen
Kante des ersten Verbindungsteiles 72' des Isolierelementes 76 an.
In einem solchen Fall kann das Isolierelement 76' durch Preßpassung
oder irgendeine andere geeignete Technik, die dem Fachmann bekannt ist,
installiert werden. Es wird in Betracht gezogen, daß das Isolierelement 76' durch Löten der
oberen Kante des Isolierelementes 76' mit einem sekundären Verbindungsteil 68' oder durch
komplementäre Gewinde
am oberen und unteren Teil des Verbindungsteiles 68' und 72' oder irgendeiner
anderen geeigneten Befestigungstechnik, die dem Fachmann bekannt
ist, an Ort und Stelle gehalten werden kann. Auch kann ein geeignetes
Dichtungsmittel beim Zusammenbau des Isolierelementes 76' mit der Düsenspitze 52', falls erwünscht, angewendet
werden.
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Wie
bei dem vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 1 und 2 greift
der zweite Verbindungsteil 80 des Isolierelementes 76' weiterhin am
ersten Verbindungsteil des Anguß-Einlegeteiles 88 an,
vorzugsweise über komplementäre Gewinde,
wie dies gezeigt ist.
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Es
wird in Betracht gezogen, daß abhängig von
den Dimensionen des Düsensystems 20' und dem Material,
aus welchem das Isolierelement 76' hergestellt ist, das Spiel zwischen
der Innenfläche des
Isolierelementes 76' und
der Außenfläche der Düsenspitze 52' (d.h. die Dicke
des Spaltes 112) vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis
etwa 10 mm liegen kann.
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6 zeigt
eine andere Ausführungsform des
Düsensystems 20'' gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei gleiche Komponenten, wie jene der 1 und 2,
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und Komponenten, die von
diesen verschieden sind, durch Bezugszeichen mit zwei Apostrophen
('') bezeichnet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann das Anguß-Einlegeteil 88'' aus der Formungszonenseite der
Formplatte 28'' entfernt werden,
ohne daß das
Gleichgewicht des Düsensystems 20'' von der Formplatte 28'' entfernt werden muß. Speziell
hat die Angußkanalbohrung 108'' geringfügig größeren Durchmesser als der Außenteil 110'', damit das Anguß-Einlegeteil 88'' aus der Formungszone entfernt
werden kann, ohne das Düsensystem 20'' auseinandernehmen zu müssen. Das
Anguß-Einlegeteil 88'' wird in Verbindung mit der Düsenspitze 52 über Verbindungen
zwischen dem zweiten Verbindungsteil 68 und dem ersten
Verbindungsteil 72 und zwischen dem zweiten Verbindungsteil 80 und
dem ersten Verbindungsteil 84 gehalten.
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Ein
geeignetes Werkzeug (nicht gezeigt) kann angewendet werden, um in
die Werkzeugaufnahmen 122 einzugreifen, um das Anguß-Einlegeteil 88'' zu drehen und das Anguß-Einlegeteil 88'' von der Düsenspitze 52 zu lösen, wodurch
das Anguß-Einlegeteil 88'' aus der Formbohrung 24 über die
Angußbohrung 108'' entfernt werden kann. Falls erwünscht, kann
nach dem Entfernen des Anguß-Einlegeteiles 88'' das Isolierelement 76 und/oder
die Düsenspitze 52 über die
Angußbohrung 108'' für Servicezwecke, Ersatz oder
für Änderungen
der Produktionsanforderungen und/oder der Verfahren entfernt werden.
Insbesondere ist bei diesem Ausführungsbeispiel
in Betracht gezogen, daß das
Isolierelement 76 eine günstige Wirkung ausübt, um die
Ausrichtung des Angußkanales 92 mit
dem Endteil 104 der Düsenspitze 52 zu
unterstützen.
Ferner kann bei diesem Ausführungsbeispiel
das Heizelement 96 über
die Angußbohrung 108'' entfernt werden, falls sie versagt
oder sonst irgendwie Ersatz erfordert. Es sei bemerkt, daß in 6 die
relativen Dimensionen des Anschlagteiles 82'' und
der Angußbohrung 108'' der Klarheit wegen etwas übertrieben
sind und daß sie
andere Relativdimensionen haben können.
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Um
das Anguß-Einlegeteil 88'' von der Formplatte 28'' zu entfernen oder zu installieren,
wird in Betracht gezogen, daß zwei
oder mehr Werkzeugaufnahmen 122 an der Außenfläche des
Anguß-Einlegeteiles 88'' vorgesehen sind. Im Falle, daß die Werkzeugaufnahmen 122 innerhalb
der Hohlraumform 36 angeordnet sind, wie in 6a gezeigt,
kann auf den geformten Gegenständen 125 Restkunststoff 123 in
Form eines Grates auftreten. Sollte ein solcher Grat nicht akzeptierbar
sein, kann ein geeigneter Stopfen 127 in den Aufnahmen 122 vorgesehen
sein, um die Bildung solcher Grate, wie in 6b gezeigt, zu
verhindern. In anderen Fällen,
wie im Falle der 6c, kann eine Abdeckplatte 126 angewendet werden,
um die Aufnahmen 122 zu bedecken und die Oberfläche des
Formhohlraumes 36 zu bilden. Die Platte 126 kann
durch Magnete 140 oder irgendwelche anderen geeigneten
Mittel, die dem Fachmann bekannt sind, an Ort und Stelle gehalten
werden, und eine Bohrung 146 wird vorgesehen, um den Eintritt des
geschmolzenen Harzes über
den Angußkanal 92 in
die Hohlraumform 36 zu gestatten, wobei die Aufnahmen 122 außerhalb
der Hohlraumform 36 angeordnet sind.
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Das
einfache Entfernen oder die Installation des Anguß-Einlegeteiles 88'' von der Formungszonenseite der
Formplatte 28'', die bei diesem
Ausführungsbeispiel
vorgesehen ist, hat mehrere Vorteile, einschließlich vereinfachter Wartung
und Handhabung des Düsensystems 20'', ohne das Erfordernis, die Formplatte 28 aus
der Maschine entfernen zu müssen.
Insbesondere bei Formungsapplikationen, die Farbänderungen erfordern, gestattet
das Entfernen des Anguß-Einlegeteiles 88'' von der Formseite der Formplatte 28'' das einfache Entfernen der Blase des
vorhergehenden Farbharzes, welches in der Zone des Anguß-Einlegeteiles 88'' zwischen der Düsenspitze 52 und dem
Angußkanal 92 verblieben
ist. Außerdem
gestattet dies, leicht Änderungen
des Angußkanales 92 vorzunehmen,
um die Harzparameter während
der Produktion zu ändern.
Wenn das Anguß-Einlegeteil 88'' einen Angußkanal 92 hat, der
mit einem Angußkanalring 94 versehen
ist, kann die Reparatur oder der Ersatz des Angußkanales 92 mit minimalem
Aufwand und Kosten ausgeführt
werden.
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7 zeigt
ein Düsensystem 20''' gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei gleiche Komponenten, wie jene der 1 und 2,
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und Komponenten, die sich
davon unterscheiden, durch ein Bezugszeichen mit drei Apostrophen
(''') identifiziert sind.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
umfaßt
das Isolierelement 76''' eine Lage eines geeigneten Isoliermaterials,
wie Zirkonoxid, welches an die Düsenspitze 52''' aufgebracht
wird, wie gezeigt. Abhängig von
dem angewendeten Isoliermaterial kann diese Schicht durch Sprühen, chemische
Ablagerung, geformt oder auf die Düsenspitze 52''' durch
irgendwelche anderen geeigneten Mit tel, die dem Fachmann bekannt
sind, aufgebracht werden, dort, wo sie ansonsten direkt in Kontakt
mit dem Anguß-Einlegeteil 88 kommt.
Wie ersichtlich ist, kann das Isolierelement 76''' statt
dessen auf der Innenfläche
des Anguß-Einlegeteiles 88 durch
eine ähnliche
Formungsmethode gebildet werden. Wiederum abhängig von dem angewendeten Isoliermaterial
kann die Verbindung der Düse 52''' mit
dem Anguß-Einlegeteil 88 durch
den zweiten Verbindungsteil 68 der Düse 52''' erfolgen, und
der Verbindungsteil 84 kann über die komplementären Gewinde
ausgeführt
werden, durch einen Preßsitz
oder irgendwelche anderen geeigneten Mittel, um diese Verbindung
herzustellen, wie dem Fachmann bekannt ist.
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Es
wird in Betracht gezogen, daß die
Lage aus Isoliermaterial von Zeit zu Zeit auf die Düse 52''' wiederaufgebracht
werden kann, wie dies erforderlich ist. Es wird auch in Betracht
gezogen, daß das Isolierelement 76''' eine
Kombination aus einer Hülse,
wie in den 1 und 2 gezeigt,
und eine Lage aus Isoliermaterial, wie in 7 gezeigt,
aufweisen kann.
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8 zeigt
eine Düsenspitze 52'''' gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei gleiche Komponenten, wie jene in den 1 und 2,
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und Komponenten, die sich
davon unterschieden, durch Bezugszeichen mit vier Apostrophen ('''') identifiziert sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
hat das Isolierelement 76'''' eine
Form, die auf der Düsenspitze 52'''' an Ort und
Stelle geformt worden ist. Speziell wird die Düsenspitze 52'''' in einer geeigneten
Form, wie einem Einsatz, angeordnet, und eine geeignete formbare Mischung
wird in die Form um die Außenfläche des relevanten
Teiles der Düsenspitze 52'''' eingespritzt, um
das Isolierelement 76'''' zu
bilden. Das Isolierelement 76'''' kann mit einem Satz von Außengewinden 80'''', wie erwünscht, geformt
werden, um an dem ent sprechenden Verbindungsteil des Anguß-Einlegeteiles 88 anzugreifen.
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Ein
Beispiel einer geeigneten formbaren Zusammensetzung ist „Salon" (Si-Al-O-N) und
zumindest ein zusätzliches
Element, gewählt
aus der Gruppe, umfassend Ce, La, Dy, Hf und Zr. Dieses Keramikmaterial
hat die erwünschte
hohe Festigkeit und niedrige Wärmeleitfähigkeit
und wird in „Microstructure
and Mechanical Properties of FiSi3Al3O3N5 Ceramics", Kokmeijer et al.,
Journal of European Ceramic Society, Band 8, Nr. 2, 1991, Seiten
71-80, beschrieben, deren Inhalt unter Bezugnahme hierauf in die vorliegende
Beschreibung miteinbezogen wird.
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Es
wird in Betracht gezogen, daß das
Ausführungsbeispiel
nach 8 insbesondere für Systeme erwünscht ist,
die eine relativ hohe Kavitation erfordern, d.h. mehrere Spritzdüsen pro
Hohlraumform, infolge der ökonomischen
Herstellungskosten der Düsenspitze 52''''.
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Die
vorliegende Erfindung schafft durch Anwendung eines Isolierelementes
und eines entfernbaren Anguß-Einlegeteiles
ein neues Spritzdüsensystem
mit verbesserten Wärmeeigenschaften.
Zusätzlich
kann die Modularität
des Systems in vereinfachten Zusammenbau und Wartung des Systems und
niedrigeren Herstellungskosten resultieren.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nur Beispiele der vorliegenden Erfindung, und Änderungen
und Modifikationen können
darin durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich
der Erfindung abzugehen, der einzig durch die angeschlossenen Ansprüche definiert
ist.