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Die Erfindung betrifft eine Heißkanalvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Heißkanalvorrichtungen der gattungsgemäßen Art weisen eine bewegliche Nadel (auch Verschlussnadel genannt) auf, die zum Öffnen und Verschließen einer Anschnittöffnung dient. Bei solchen Nadelverschluss-Heißkanalanwendungen besteht allgemein die Aufgabe, die Nadel bewegungsfähig in dem in der Regel unter hohem Druck und hoher Temperatur (200 MPa und mehr sowie > 200° C) stehenden Schmelzekanal zu führen und sie dennoch mit dichtenden Elementen sicher abgedichtet zu halten.
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Die bekannten Ausführungen des Standes der Technik zeichnen sich dadurch aus, dass die dichtenden Elemente (Nadeldichtung) in den heißen Bereichen der Heißkanalkomponenten wie Verteiler oder Düsen angeordnet (montiert) sind, vgl. hierzu die
WO2007/017 187 A1 , die
EP 2 892 704 B1 und die
WO 2012/037 682 A2 .
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Nadeldichtungen für Nadeln von Heißkanalvorrichtungen werden bei der Verarbeitung von Polymerschmelzen für den Spritzgußprozess in der Regel als Spaltdichtungen ausgelegt. Dabei ist diese Spaltdichtung als eine Art Hülse einer vorgegebenen Länge ausgebildet, die in einen Ringraum zwischen der beweglichen Nadel und einer Innenwand einer Bohrung einer beheizten Schmelzeleitkomponente, zum Beispiel eines Verteilers, eingesetzt ist. Dies bedeutet, dass über ein geeignet gewähltes Spiel zwischen der Bohrung des Dichtelements und des Außendurchmessers der Nadel sowie einer hinreichend gewählten Länge der Dichtpassage eine geringe Materialströmung (Leckage) zwischen Druckraum und Atmosphäre stattfinden kann, wobei der dabei auftretende Materialaustritt bzw. -verlust aber aufgrund des typischerweise hohen Viskositätsniveaus der Polymerschmelzen, als in der Regel akzeptabel angesehen wird (ca. 1 bis 50 g/a).
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Gerade die Forderung nach geringen bzw. geringsten Leckagemengen führt aber zu langen Verweilzeiten des Polymerwerkstoffs in dem Dichtspalt. Die Folge ist oft ein Karbonisieren des Polymeren unter Druck, Temperatur und Zeit mit dem Nachteil, dass der Spalt durch die Bildung von Kohleablagerungen „zuwächst“ und eine Nadelbewegung zumindest behindert, oder im Extremfall sogar blockiert wird, weil die Antriebskraft nicht mehr ausreicht, um die Nadel zu bewegen. Da die Nadel prinzipiell die Aufgabe hat, als aktives Element die Anschnittöffnung im Spritzzyklus zu öffnen und wieder zu schließen, können durch das zyklische Hin- und Herbewegen der Nadel Anteile des abgebauten (vercrackten) Polymeren in den Schmelzeraum geschleppt werden, was zur Folge hat, dass fehlerhafte Kunststoffbauteile mit optischen Mängeln (Schlieren) oder mit mechanischen Mängeln durch den Einschluss von Partikeln (abgebautes, karbonisiertes Polymeres) entstehen.
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Hier setzt die Erfindung an, um die genannten Mängel zu beseitigen. Bekannt sind Heißkanaldichtungskonzepte, welche die Nadeldichtungen in einen temperierten Teil eines formgebenden Werkzeugs verlagert haben, vgl.
DE 20 2006 012 676 U1 oder die
WO2007/115969 A1 . Dieses Konzept der „Kalten Nadeldichtung“ hat den Vorteil, dass keine Karbonisierung stattfindet und eine praktisch leckagefreie Dichtungssituation entsteht, in dem das bei der Erstinbetriebnahme eintretende Polymere als zusätzliche Spaltfüllung agiert und die dünne Polymerschicht als Dicht- und Gleitfilm wirkt. Damit wird auch der Verschleiß zwischen Dichtung und Nadel minimiert. Die Lösungen dieses Standes der Technik können aber nur eingeschränkt verwendet werden, da die Richtung der Nadelbewegung nicht in der üblichen Achse der Werkzeugöffnungsbewegung stattfinden kann.
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Nach der
DE 20 2009 004 786 U1 und der
EP 2 427 317 B1 stimmt dagegen zwar die Richtung der Nadelbewegung mit der Werkzeugöffnungsbewegung überein, aber die Nadeldichtung muss immer direkt im Formeinsatz platziert werden, was allgemeine Anwendungen der „Kalten Nadeldichtung“ begrenzt.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, dieses Problem zu verringern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und durch das Verfahren des Anspruchs 23. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Geschaffen wird eine Heißkanalvorrichtung zur Durchleitung zulaufender heißer Schmelze, insbesondere einer Kunststoffschmelze, zu einer von einer beweglichen Nadel öffenbaren und wieder verschließbaren Anschnittöffnung eines Formeinsatzes eines Werkzeugs, wobei die Heißkanalvorrichtung einen ersten Heißkanalbereich, einen, kühlbaren Schmelzeübergabebereich und einen zweiten Heißkanalbereich aufweist, die in Strömungsrichtung der Schmelze in Richtung des Formeinsatzes hintereinander angeordnet sind, wobei der kühlbare Schmelzeübergabebereich eine Schmelzeübergabekammer aufweist, welche von der Nadel durchsetzt ist, welche in einem Nadelkanal die mit einer Nadeldichtung abgedichtet verschieblich geführt ist, und der Nadelkanal fluchtend in einem Schmelzekanal des zweiten Heißkanalbereichs fortgesetzt ist, und zwar vorzugsweise bis zu der Anschnittöffnung.
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Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Heißkanalvorrichtung, wobei die Heißkanalvorrichtung ein Werkzeug mit einem ersten geheizten Heißkanalbereich mit einem Schmelzekanal, mit einem anschließenden gekühlten Schmelzeübergabebereich mit einer Nadeldichtung mit einem Schmelzekanal und mit einem daran anschließenden zweiten geheizten Heißkanalbereich mit einem Schmelzekanal aufweist, die in Strömungsrichtung der Schmelze in Richtung eines Formeinsatzes hintereinander angeordnet sind, insbesondere zum Betreiben einer Heißkanalvorrichtung wobei bei einem Spritzgießen eine Schmelze in die Heißkanalvorrichtung geleitet und durch diese zu dem Formeinsatz geleitet wird,
- a) der erste Heißkanalbereich oberhalb der Glasübergangstemperatur bzw. oberhalb der Kristallitschmelztemperatur der Schmelze temperiert wird,
- b) und der anschließende Schmelzeübergabebereich unterhalb der der Glasübergangstemperatur bzw. unterhalb der Kristallitschmelztemperatur der Schmelze temperiert wird, wobei im Schmelzekanal eine Durchflusspassage für die Schmelze erhalten bleibt,
- c) und der anschließende zweite Heißkanalbereich oberhalb der Glasübergangstemperatur bzw. oberhalb der Kristallitschmelztemperatur der Schmelze temperiert wird.
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Damit wird jeweils sichergestellt, dass das Prinzip der „kalten Nadeldichtung“ erweitert in Heißkanalsystemen eingesetzt werden kann, als dies im zitierten Stand der Technik der Fall war. Denn derart wird der Schmelzeübergabebereich so temperiert, dass insbesondere in den Dichtspalten an der Nadeldichtung eine Temperatur herrscht, die geeignet temperiert unterhalb der Glasübergangstemperatur bzw. unterhalb der Kristallitschmelztemperatur der Schmelze liegt.
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Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der kühlbare Schmelzeübergabebereich durch eine direkte oder indirekte Kühlung so temperiert wird, dass in den Dichtspalten der Nadeldichtung eine Temperatur herrscht, die um mehr als mehr als 15°C, vorzugsweise mehr als 40°C ° C, und insbesondere mehr als 60° C unterhalb der Glasübergangstemperatur bzw. unterhalb der Kristallitschmelztemperatur der Schmelze liegen. Besonders bevorzugt liegt die Temperatur im Schmelzeübergabebereich vorzugsweise im Bereich der oder unterhalb der Dauergebrauchstemperatur des zu verarbeitenden Kunststoffes für die Schmelze. Denn derart kann die Erfindung jeweils mit guten Ergebnissen praktisch umgesetzt werden.
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Es kann zudem weiter vorgesehen sein, dass der Schmelzeübergabebereich so temperiert wird, dass sich an der Innenwand der Schmelzeübergabekammer und in dem Übergang zum Dichtspalt an der Nadeldichtung zur Nadel hin und zum Nadelkanal hin im Betrieb eine erstarrende Kunststoffschicht bildet, wobei eine Durchströmpassage für die Schmelze in den zweiten Heißkanalbereich verbleibt. Für das Umsetzen des letztgenannten Effektes kann ein Schmelzeleitelement des ersten Heißkanalbereichs in die Schmelzeübergabekammer ragen, welches eine Temperatur in dem Schmelzekanal zum Durchströmen der Schmelze durch die Schmelzeübergabekammer temperiert.
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Diese jeweils weiterentwickelten Konzepte der „Kalten Nadeldichtung“ haben den Vorteil, dass keine Karbonisierung in den Dichtspalten mehr stattfinden kann und eine praktisch leckagefreie Dichtungssituation entsteht, in dem das bei der Erstinbetriebnahme eintretende Polymere als zusätzliche Spaltfüllung agiert und die dünne Polymerschicht als Dicht- und Gleitfilm wirkt. Damit wird auch der Verschleiß zwischen der Nadeldichtung und der Nadel minimiert.
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Die Nadeldichtung kann in einem an sich beliebigen Bereich des Werkzeugs montiert werden, der als Schmelzeleitbereich dienen kann, da eine seitliche Schmelzeübergabe so in eine Schmelze fortleitende Heißkanalkomponente, stattfindet, in die vorzugsweise sowohl ein Wärmeleitelement eines zu speisenden Heißkanalelementes des ersten Heißkanalbereichs, als auch eine Schmelze fortleitende Heißkanalkomponente des zweiten Heißkanalbereichs mündet, wobei die Nadeldichtung an diese Kammer angrenzt.
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Es kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Schmelze in dem ersten Heißkanalbereich aus einer ersten Richtung X insbesondere um 90° umgelenkt in die Schmelzeüberkammer geleitet wird und dass sie diese erneut um insbesondere 90° umgelenkt wieder zurück in die Richtung X zum zweiten Heißkanalbereichs verlässt. Dabei kann weiter bevorzugt vorgesehen sein, dass die Richtung X die Werkzeugöffnungsrichtung ist. Die durch die „Kalte Nadeldichtung“ geführte Nadel kann mit dieser Weiterbildung der Erfindung ungehindert durch den zweiten Heißkanalbereich - insbesondere durch ein die Schmelze fortleitendes Heißkanalelement und eine weitere Heißkanaldüse bis zur Anschnittöffnung geführt werden und die Nadelbewegung kann somit uneingeschränkt in Werkzeugöffnungsrichtung X stattfinden.
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Insgesamt wird das Prinzip der „Kalten Nadeldichtung“ derart besonders universell nutzbar, da mit der zusätzlichen zweiten Heißkanaldüse jede Kavität in gewohnter Weise erreicht werden kann.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der zweite Heißkanalabschnitt wenigstens eine beheizte Heißkanaldüse aufweist, um die Schmelze auf einer genügend hohen Temperatur zu halten, so dass ein Erstarren von Schmelze verhindert und diese gut flüssig gehalten wird.
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Es kann weiter vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Einlass der Schmelzeübergabekammer schräg winklig in einem Winkel von 10° bis 90° - insbesondere rechtwinklig - zu einer Werkzeugöffnungsrichtung ausgerichtet ist, so dass eine seitliche Schmelzeübergabe aus dem ersten Heißkanalbereich in die Schmelzeübergabekammer erfolgt und dass der Schmelzekanal des zweiten Heißkanalbereichs und die Nadelbewegungsrichtung parallel zur bzw. in Werkzeugöffnungsrichtung ausgerichtet sind.
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Es kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein Schmelzeleitelement des ersten Heißkanalbereichs in die Schmelzeübergabekammer ragt, ohne die Wandung dieser zu berühren, um in dieser auf einfache Weise durch eine genügend hohe Temperatur an dem Schmelzeleitelement eine Passage zum Durchleiten der Schmelze freizuhalten.
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Es kann ferner vorteilhaft vorgesehen sein, dass zwischen der Schmelzeübergabekammer und der rückwärtigen Heißkanalkomponente - insbesondere Heißkanaldüse - eine schiebende Dichtung vorgesehen ist.
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Dabei kann das Schmelzeleitelement des ersten Heißkanalbereichs wechselbar ausgelegt sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele betreffen bevorzugte Ausführungen der Erfindung, stellen diese aber nicht abschließend in sämtlichen möglichen Varianten dar. Im Rahmen der Ansprüche sind vielmehr auch zahlreiche nicht dargestellte Abwandlungen und Äquivalente der dargestellten Figuren möglich. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt einer ersten erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit drei Heißkanalbereichen;
- 2 einen Schnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung;
- 3 eine Ausschnittsvergrößerung einer Variante der Heißkanalvorrichtung aus 1;
- 4a einen Schnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung; und
- 4b eine Ausschnittsvergrößerung aus 4a.
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Die 1 bis 4a und 4b zeigen verschiedene Heißkanalvorrichtungen 1. Die dargestellten Heißkanalvorrichtungen 1 dienen jeweils dazu, zulaufende heiße Schmelze zu einer Anschnittöffnung 401 eines Formeinsatzes 400 zu leiten. Diese Schmelze - vorzugsweise eine Kunststoffschmelze - wird aus einer Spritzgussmaschine (hier nicht dargestellt) direkt oder ggf. über weitere (hier nicht abgebildete), der dargestellten Heißkanalvorrichtung vorgeschaltete Heißkanalkomponenten der in 1, 2, 3 oder 4 abgebildeten Heißkanalvorrichtung 1 zugeleitet.
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Die Heißkanalvorrichtung 1 weist einen ersten Heißkanalbereich 100, einen Schmelzeübergabebereich 200 und einen zweiten Heißkanalbereich 300 auf. Diese Bereiche 100, 200, 300 sind in Strömungsrichtung der Schmelze in Richtung des Formeinsatzes 400 hintereinander angeordnet. Dabei werden die Elemente der Bereiche 100, 200, 300 von einer oder mehreren Platten 501, 502, 503, 504, 505, 506 des Werkzeugs 500 zusammengehalten.
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Die erste und der zweite Heißkanalbereich 100 und 300 sowie der Schmelzeübergabebereich 200 dienen jeweils der Weiterleitung der Schmelze. Sie unterscheiden sich aber unter anderem durch ihre Betriebstemperatur, das heißt der Wandungstemperatur.
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Diese liegt in den Heißkanalbereichen 100 und 300 in der Regel über 200°C, beispielsweise bei einem Druck von 200 MPa oder mehr.
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In dem ersten Heißkanalbereich 100 und in dem zweiten Heißkanalbereich 300 ist die Temperatur so gewählt, dass die jeweils zulaufende Schmelze gut flüssig bleibt und möglichst nicht an irgendwelchen Wandungen abgekühlt und erstarrt.
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In dem Schmelzeübergabebereich 200 können die Temperaturen dagegen bereichsweise niedriger sein, insbesondere im Randbereich einer noch zu erläuternden Schmelzeübergabekammer, an deren Wandungen sich die Schmelze abkühlen und erstarren kann, solange in ihr auch eine genügend große Durchströmpassage für die Schmelze verbleibt.
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Der erste Heißkanalbereich 100 weist mindestens eines oder mehrere jeweils mit einem Schmelzekanal 101 für die Schmelze versehene Heißkanalelement(e) auf.
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Diese Heißkanalelemente können zumindest ein oder mehrere folgende Elemente umfassen: eine oder mehrere Verteilerplatten 102 (1, 2, 3, 4) und/oder eine oder mehrere Heißkanaldüsen 103 (1, 3, 4). Die Schmelzekanäle 101 dieser Elemente bilden dann im Zusammenspiel hintereinander geschaltet den Schmelzekanal 101 des ersten Heißkanalbereichs 100 aus. Insbesondere ist es dabei auch denkbar, mehrere Heißkanaldüsen 103 direkt oder durch Verteilerplatten 102 beabstandet hintereinandergeschaltet vorzusehen.
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Die Heißkanalelemente des ersten Heißkanalbereichs 100 sind jeweils beheizbar ausgebildet, da sonst der im ersten Heißkanalbereich 100 ansonsten auftretende Temperaturabfall der Schmelze so groß wäre, dass die Temperatur der Schmelze am Ende des ersten Heißkanalbereichs 100 für die jeweilige Anwendung bzw. die anschließende Weiterleitung durch die sich anschließenden Schmelzeübergabebereiche 200 oder Heißkanalbereiche 300 zu niedrig wäre und Material in dem Schmelzekanal 101 erstarren würde.
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Der erste Heißkanalbereich kann - auch nur einen Verteiler - insbesondere eine Verteilerplatte 102 mit einem Schmelzekanal 101 aufweisen.
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Der Schmelzekanal 101 erstreckt sich hier zunächst in eine Richtung X und weist sodann eine Umlenkung aus dieser Richtung X in eine dazu winklige - hier rechtwinklige - Richtung Y auf (siehe auch 2 oder 3).
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Der zweite Heißkanalbereich 200 weist eines oder mehrere jeweils mit einem Schmelzeleitkanal 201 für die Schmelze versehene(s) Schmelzekanalelement(e) 202 auf. Diese werden hier nicht Heißkanalelemente genannt, da die Temperatur zumindest abschnittsweise so niedrig sein kann, dass sich Schmelze an den Wandungen dieses Bereichs erstarrt absetzen kann.
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Die Schmelzekanalelemente 202 können - bei Einhaltung des vorstehend beschriebenen Erfordernisses - beheizbar, kühlbar oder temperierbar ausgebildet sein.
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Als das wenigstens eine Schmelzekanalelement 202 des Schmelzeübergabebereichs 200 eignet sich insbesondere eine mit dem Schmelzeleitkanal 201 versehene Platte 202, insbesondere ein kühl- bzw. temperierbarer Werkzeugeinsatz 270 (2, 3).
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Ein Eintritt der Schmelzeübergabekammer 240 des Schmelzeüberegabebereichs 200 ist winklig, insbesondere rechtwinklig - zum Austritt des Schmelzekanals 101 des ersten Heißkanalbereichs 100 ausgerichtet.
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Der Eintritt des Schmelzeleitkanals 201 ist ferner vorzugsweise als unbeheizte Schmelzeübergabekammer 240 ausgebildet (Siehe auch 4b). In die Schmelzeübergabekammer 240 kann sich ein Schmelzeleitelement 105 des ersten Heißkanalbereichs 100 hinein erstrecken. Vorzugsweise berührt dieses die Schmelzekanalelemente 202 nicht. Das Schmelzeleitelement 105 ist vorzugsweise so heiß, dass es in der Schmelzeübergabekammer eine Durchströmpassage für Schmelze freihält. Das Schmelzeleitelement 105 kann als eine Art Spitzeneinsatz der Heißkanaldüse 103 oder 104 ausgestaltet sein.
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Die Schmelzeübergabekammer 240 weist einen Einlass 241 für die Schmelze und einen Auslass 242 für die Schmelze auf (4b). In den Einlass 241 kann sich das Schmelzeleitelement 105 erstrecken.
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Der Einlass 241 für die Schmelze und der Auslass 242 für die Schmelze sind nicht parallel, sondern schräg zueinander bzw. winklig zueinander ausgerichtet. Dieser Winkel α ist nicht Null. Der Winkel α liegt vorzugsweise zwischen 15° C und 160°, insbesondere bei 90°. Hier erstreckt sich der Einlass in Richtung Y. Der Auslass erstreckt sich hingegen in Richtung X.
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Die Schmelzeübergabekammer 240 wird von einer Nadel 250 durchsetzt. Diese Nadel 250 ist in einem Nadelkanal 251 verschieblich geführt, der in die Schmelzeübergabekammer 240 mündet und in dem Auslasskanal 242 eine fluchtende Fortsetzung findet. Da die Nadel gerade ausgestaltet ist, bedeutet dies hier, dass sich der Nadelkanal 251, die Nadel 250 und der Auslasskanal 242 in Richtung X erstrecken.
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In einem Ringraum zwischen der Nadel 250 und der Innenwand des Nadelkanals 251 ist eine Nadeldichtung 252 angeordnet. Diese Nadeldichtung 252 kann aus verschiedensten Materialien bestehen, beispielsweise aus einer Stahllegierung. Sie kann als Hülse ausgebildet sein.
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In den Ringspalten innen und außen an der Nadeldichtung 252 kann sich Schmelzematerial sammeln. Da diese dort relativ lange verweilen kann, gilt es, Karbonisierungen dieses Materials zu verhindern, da dies zur Schwergängigkeit oder zur Blockade der Nadel 250 führen kann.
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Die Schmelzeübergabekammer 240 ist oder wird - insbesondere durch Kühlbohrungen bzw. Kühlkanäle 218 (4a und b) durchsetzt, durch welche eine kaltes, bzw. temperiertes Fluid geleitet werden kann, so dass an der Innenwand der Schmelzeübergabekammer 240 und in dem Dichtspalt der Dichtung 252 zur Nadel 250 hin und zum Nadelkanal 251 hin, im Betrieb der Heißkanalvorrichtung keine flüssige Schmelze, insbesondere kein flüssiger Kunststoff vorliegt, sondern dass sich hier eine erstarrende „dünne“ Kunststoffschicht aus der Schmelze bildet.
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Derart werden die Ringspalte an der Nadeldichtung 252 abgedichtet. Aufgrund der niedrigeren Temperatur ist sichergestellt, dass in den Dichtspalten im Betrieb - abgesehen von einem kurzen Zeitraum nach der ersten Inbetriebnahme -keine weiteren Schmelzeablagerungen auftreten können und dass Karbonisierungen nicht auftreten können. Derart wird sichergestellt, dass die Nadel gut beweglich bleibt und in der Regel nicht blockiert.
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Angetrieben wird die Nadel von einem Nadelantrieb 260. Gehalten ist sie in einer von diesem parallel zur Werkzeugöffnungsrichtung X beweglichen Antriebsplatte 261.
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Der Nadelantrieb 260 ist hier als Hydraulik- bzw. Pneumatikantrieb ausgeführt und kann über die Antriebsplatte 261 mehrere Nadeln 250 gleichzeitig betätigen. Dieser Nadelantrieb kann in einer anderen Ausführung elektrisch angetrieben sein. Jede Nadel kann einen eigenen Nadelantrieb 260 aufweisen, der elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch Angetrieben werden kann. Der Nadelantrieb 260, insbesondere der elektrisch angetriebene Nadelantrieb 260, kann so ausgeführt sein, dass verschiedene Nadelposition neben der vollständig geschlossen und vollständig geöffneten Position angefahren werden können.
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Durch die Zwischenstellungen der Nadel kann z.B. der Schmelzefluss während der Spritzvorgangs reguliert werden. Die Nadel kann auch in unterschiedlichen Geschwindigkeiten verfahren werden. Hier sind verschiedene Geschwindigkeiten von einer Nadelposition in die nächste Nadelposition möglich. Es ist möglich, eine Beschleunigungskurve zwischen einer Nadelposition und der nächsten Nadelposition zu steuern bzw. zu regeln. Es ist auch möglich, dass die Nadelendpositionen zwischen den Spritzvorgängen nachjustiert werden. Die Regelung der Nadelposition wird durch einen Regelkreis ermöglicht. Zur Regelung können aus dem Stand der Technik verschiedene Sensoren eingesetzt werden, so dass die Nadelposition bekannt ist.
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Der Auslass 242 der Schmelzeübergabekammer 240 mündet in den zweiten Heißkanalabschnitt 300. Dieser zweite Heißkanalabschnitt 300 weist wiederum mindestens eines oder mehrere jeweils mit einem Schmelzekanal 301 für die Schmelze versehene(s) Heißkanalelement(e) auf.
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Diese Heißkanalelemente können eines oder mehrere folgender Elemente umfassen: eine oder mehrere Verteilerplatten (hier nicht dargestellt) und/oder eine oder mehrere hintereinander geschaltete Heißkanaldüse(n) 303, 304. Die Heißkanalbohrungen dieser Elemente bilden dann im Zusammenspiel hintereinander geschaltet den Schmelzekanal 301 (hier nicht zu erkennen) des zweiten Heißkanalbereichs 300 aus. Dabei ist dieser Schmelzekanal 301 - hier bis zu dem Formeinsatz 400 - von der Nadel 250 durchsetzt. Der Auslass dieses Schmelzekanals 301 mündet in die Anschnittöffnung 401 des Formeinsatzes 400.
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Der Nadelkanal 251, die Schmelzeübergabekammer 240 und der Schmelzekanal 301 sind von der Nadel 250 durchsetzt, die in ihnen begrenzt verschieblich ist, um die Anschnittöffnung 401 freizugeben oder zu verschließen.
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Vorteilhaft ist, dass die Nadeldichtung 252 durch die gewählte Anordnung geschickt in einem Bereich der Heißkanalvorrichtung 1 angeordnet ist bzw. angeordnet werden kann, der kühler ist als die Bereiche, in welchen flüssige Schmelze vorhanden ist und dass dennoch die Nadelbewegungsrichtung gleich der Werkzeugöffnungsrichtung sein kann.
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Die Heißkanalelemente 102, 103, 104 sowie 303, 304, 307 des ersten und des zweiten Heißkanalbereichs 100, 300 können jeweils beheizbar ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere, wenn der im ersten oder zweiten Heißkanalbereich 100, 300 ansonsten auftretende Temperaturabfall der Schmelze so groß wäre, dass sie am Rand des Heißkanales 100, 200 erstarren würde. Insbesondere im zweiten Heißkanalbereich 300 ist in der Regel eine Heizeinrichtung - vorzugsweise eine oder mehrere Heißkanaldüsen 303, 304 - notwendig, um der Schmelze nach dem Durchfließen der Schmelzeübergabekammer 240 Wärme zuzuführen, um sie wieder zu erhitzen oder um zumindest eine weitere Abkühlung zu verhindern.
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Vorteilhaft ist, dass durch die gewählte Anordnung im Bereich der Nadeldichtung 252 im Betrieb niedrigere, insbesondere eine wesentlich niedrigere Temperatur herrschen kann und auch herrscht als im Schmelzekanal 101, 301.
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Die Auslegung der Schmelzeübergabekammer 240 und des gesamten Schmelzeübergabebereiches 200 kann derart gewählt sein, dass an der Nadeldichtung 252 im Betrieb nur Temperaturen auftreten, die unterhalb der Glasübergangstemperatur bzw. unterhalb der Kristallitschmelztemperatur der Schmelze liegen. Vorzugsweise liegen die Temperaturen um mehr als 40° C, insbesondere mehr als 60° unterhalb dieser Temperatur. Derart können Ablagerungen an der Nadel 250 sehr sicher vermieden werden.
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Derart wird die Nadel 250 im Bereich der Nadeldichtung 252 auf einfache Weise vor Ablagerungen, die durch zu hohe Temperaturen in den Dichtspalten und damit einhegehende Karbonisierungen der Schmelze auftreten können, geschützt.
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Die Ableitung der Schmelze aus der Schmelzeübergabekammer 240 kann zum Beispiel durch eine mit einer Hülse 306 dichtend in die Kammer 240 eintauchende rückwärtige Heißkanaldüse 303 erfolgen (1, 2, 3, 4). Diese kann zur Verbesserung der Temperaturführung ferner noch eine Wärmeleithülse 307 aufweisen. Mittels dieser Anordnung kann die Nadel 250 durch die im temperierten (kalten) Bereich des Werkzeugaufbaus montierte Nadeldichtung 252 sowie die anschließenden Heißkanalkomponenten bzw. Heißkanalelementen in Achse der Werkzeugöffnungsbewegung X zur Anschnittöffnung 401 geführt werden. Wie die weitere Schmelzeführung auszugestalten ist, hängt in der Regel von dem individuellen Anwendungsfall ab. Die rückwärtig eintauchende, Schmelze ableitende Düse 303 kann zum Beispiel gleichzeitig in Richtung Formeinsatz 400 (Kavität 413) als auch als sogenannte Nestdüse ausgebildet sein, so dass im Schmelze ableitenden Strang nur eine Heißkanalkomponente vorhanden ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, einen Bereich der Schmelzeübergabekammer 240 als einen Werkzeugeinsatz 270 nach Art einer hier ringförmigen Schmelzeleitplatte 202 auszubilden, da damit sämtlich relevanten maßlichen Abstimmungen der Dichtpassagen in einem Bauteil des Schmelzeübergabebereiches 200 vorgenommen werden können (3).
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Insgesamt ist es mit der Erfindung - beispielhaft umgesetzt in den 1 bis 4 - möglich, die Nadel 250 bewegungsfähig in dem in der Regel unter hohem Druck und hoher Temperatur (200 MPa und mehr sowie > 200° C) stehenden Schmelzekanal 301 zu führen.
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Dieses Konzept der „Kalten Nadeldichtung“ hat den Vorteil, dass keine Karbonisierung stattfindet und eine praktisch leckagefreie Dichtungssituation entsteht, in dem das bei der Erstinbetriebnahme eintretende Polymere als zusätzliche Spaltfüllung agiert und die dünne Polymerschicht als Dicht- und Gleitfilm wirkt. Damit wird auch der Verschleiß zwischen Nadeldichtung 252 und Nadel 250 minimiert.
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Erfindungsgemäß kann die Nadeldichtung 252 in einem an sich beliebigen Bereich des Werkzeugs 500 montiert werden, da an ihr eine seitliche Schmelzeübergabe in eine Schmelze fortleitende Heißkanalkomponente, zum Beispiel rückwärtige Heißkanaldüse 303, stattfindet, wobei ein Schmelzeübergabebereich 200 mit der Schmelzeübergabekammer 240 an geeigneter Stelle in einer Platte 202 des Werkzeugaufbaus 500 installiert wird, in die sowohl das Wärmeleitelement 105 der zuspeisenden Heißkanaldüse 103, als auch die Schmelze fortleitende Heißkanalkomponente 303 und insbesondere die Nadeldichtung 252 münden.
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Im Anschluss an die Schmelze fortleitende Heißkanalkomponente, zum Beispiel rückwärtige Heißkanaldüse 303, kann eine zweite Heißkanaldüse 304 installiert werden, mit der der Formeinsatz 400 in üblicher Weise erreicht werden kann. Die durch die „Kalte Nadeldichtung“ 252 geführte Nadel 250 kann damit ungehindert durch die Schmelze fortleitende Heißkanalkomponente 303 und die zweite Heißkanaldüse 304 bis zur Anschnittöffnung 401 geführt werden und die Nadelbewegung kann somit uneingeschränkt in Werkzeugöffnungsrichtung X stattfinden.
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Damit wird das Prinzip der „Kalten Nadeldichtung“ universell, da mit der zusätzlichen zweiten Heißkanaldüse 303, 304 jede Kavität 413 in gewohnter Weise erreicht werden kann.
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In einer gegenüber 1 einfacheren Ausführung nach 2 kann auch auf die zuspeisende Düse 103 oder 104 verzichtet werden und der seitliche Schmelzeaustritt direkt Bestandteil des beheizten Verteilers bzw. einer entsprechenden beheizten Verteilerplatte 102 sein.
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In einer weiteren Variante nach 4a und b kann der seitliche Schmelzeaustritt aus dem Verteiler 102 durch eine beheizbare dritte Heißkanaldüse 104, hier senkrecht (oder in einem gewissen Winkel α) zur Richtung X ausgerichtet, verlängert werden.
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Die Düse 103 oder die Düse 104 oder der Verteiler 102 speisen jeweils in die seitlich zugängliche, vorzugsweise unbeheizte Schmelzeübergabekammer 240 im Werkzeug 500, in die, in Achse der Werkzeugöffnungsbewegung X, die Nadel 250 eintaucht. Die Schmelzeübergabekammer 240 sowie die Nadeldichtung 252 werden durch Kühlbohrungen bzw. Kühlkanäle 218 so temperiert, dass an der Innenwand der Schmelzeübergabekammer 240 und in dem Dichtspalt der Dichtung 252 kein flüssiger Kunststoff vorliegt sondern dass sich eine dünne, noch weiche, aber nicht flüssige Kunststoffschicht bildet.
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Geeignet temperiert bedeutet hier ein Temperaturniveau deutlich unterhalb der Glasübergangstemperatur bzw. der Kristallitschmelztemperatur. Beispiele: Polystyrol (amorph): Heißkanaltemperatur 180°C bis 260°C, Werkzeugtemperatur des Schmelzeübergabebereichs 200 10°C bis 60°C, Glasübergangstemperatur ca. 100°C oder Polyamid (teilkristallin): Heißkanaltemperatur 280°C bis 300° C, Werkzeugtemperatur des Schmelzeübergabebereichs 200 60°C bis 80°C, Kristallitschmelztemperatur 260°C bis 275° C oder Polyacetal (POM) (teilkristallin): Heißkanaltemperatur 190 bis 210° C, Werkzeugtemperatur des Schmelzeübergabebereichs 200 80°C bis 100° C, Kristallitschmelztemperatur 175°C bis 178°C
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Vorteilhaft ist, wenn sich die Temperatur der Nadeldichtung 252 unterhalb des Erweichungsbereichs, d.h., wie oben beschrieben, unterhalb des Glasübergangs- bzw. des Kristallisationsbereichs befindet.
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Dabei befindet sich die Nadeldichtung 252 in einem relativ kalten Bereich des Werkzeugs, so dass sich das bei der Erstbefüllung des Systems in den Spalt der Dichtung eingetretene Polymer keiner Temperatur ausgesetzt sieht, die eine signifikante Degradation zur Folge hätte. Die Nadeldichtung 252 erfährt nur über die Wärmeleitung der Nadel 250 und durch die Schmelze in der Schmelzeübergabekammer 240 eine gewisse Temperaturerhöhung, die aber so gering ausfällt, dass kein „vercracken“ stattfindet. Vielmehr führt diese Temperaturerhöhung (unterhalb der Erweichung) zu einem besseren Gleitverhalten der Nadel in der Dichtung.
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Im Gegensatz zu konventionellen Dichtungskonzepten (Dichtung im heißen Verteiler) wird mit der dargestellten Nadelverschlusstechnik in keinem der Anwendungsfälle das Wartungsintervall eines Werkzeugs durch die Nadeldichtung bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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| Heißkanalvorrichtung |
1 |
| |
|
| Erster Heißkanalbereich |
100 |
| Schmelzekanal |
101 |
| Verteilerplatten |
102 |
| Heißkanaldüsen |
103; 104 |
| Schmelzeleitelement |
105 |
| |
|
| Schmelzeübergabebereich |
200 |
| Schmelzeleitkanal |
201 |
| Schmelzekanalelement(e) |
202 |
| Kühlkanäle |
218 |
| Schmelzeübergabekammer |
240 |
| Einlass |
241 |
| Auslass |
242 |
| Nadel |
250 |
| Nadelkanal |
251 |
| Nadeldichtung |
252 |
| Nadelantrieb |
260 |
| Antriebsplatte |
261 |
| Werkzeugeinsatz |
270 |
| |
|
| zweiter Heißkanalbereich |
300 |
| Schmelzekanal |
301 |
| Heißkanaldüse(n) |
303, 304 |
| Hülse |
306 |
| Wärmeleithülse |
307 |
| |
|
| Formeinsatz |
400 |
| Anschnittöffnung |
401 |
| Kavität |
413 |
| Werkzeug |
500 |
| Platten |
501, 502, 503, 504, 505, 506 |
| Richtung |
X |
| Richtung |
Y |
| Winkel |
α |
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2007/017187 A1 [0003]
- EP 2892704 B1 [0003]
- WO 2012/037682 A2 [0003]
- DE 202006012676 U1 [0006]
- WO 2007/115969 A1 [0006]
- DE 202009004786 U1 [0007]
- EP 2427317 B1 [0007]
