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DE4021782A1 - Needle valve for injection moulding machines - has needle at angle to valve axis to give clear polymer channel when open - Google Patents

Needle valve for injection moulding machines - has needle at angle to valve axis to give clear polymer channel when open

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DE4021782A1
DE4021782A1 DE19904021782 DE4021782A DE4021782A1 DE 4021782 A1 DE4021782 A1 DE 4021782A1 DE 19904021782 DE19904021782 DE 19904021782 DE 4021782 A DE4021782 A DE 4021782A DE 4021782 A1 DE4021782 A1 DE 4021782A1
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Germany
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needle
valve
nozzle
housing
hot runner
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DE19904021782
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German (de)
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Hans-Martin Wolff
Horst Lobers
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WOLFF HANS MARTIN
Original Assignee
WOLFF HANS MARTIN
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Publication date
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Abstract

An electrically heated needle valve has an essentially cylindrical melt channel running in a straight line along the valve axis. The bore for the valve needle runs at an angle to the axis through the valve housing and the cuff heater. When the valve is open the tip of the valve needle can be withdrawn completely clear of the melt channel. Pref. the valve body is enclosed in a cuff heater with heating elements embedded in a Cu casting. The valve needle moves in a guide tube which is welded or soldered to the valve housing and runs through the casting. In the open position the rounded tip of the valve needle is withdrawn far enough to be completely clear of the melt channel so as not to interfere with the polymer flow. USE/ADVANTAGE - The method avoids formation of residues which can cause contamination in subsequent operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißkanaldüse mit Nadelventil zum Einspritzen von thermoplastischer Kunststoffschmelze in Formwerkzeuge, mit einem Düsengehäuse, das von einem elektrischen Heizelement umgeben ist und einen Schmelzekanal umschließt, an dessen einem Ende ein Verschlußmundstück angeordnet ist, das durch eine Ventilnadel verschließbar ist, die mittels eines Ventilnadelantriebs in einer Nadelbohrung des Düsengehäuses axial bewegabar ist.The invention relates to a hot runner nozzle with a needle valve for injecting thermoplastic melt in molds, with a nozzle housing made by a electric heating element is surrounded and one Encloses melt channel at one end Closure mouthpiece is arranged by a Valve needle is closable by means of a Valve needle drive in a needle bore of the Nozzle housing is axially movable.

Heißkanaldüsen dienen dazu, thermoplastische Kunststoffschmelzen in Formwerkzeuge einzuspritzen. Da die Kunststoffschmelze in einem in den meisten Fällen eng begrenzten Temperaturbereich gehalten werden muß, werden diese Heißkanaldüsen mittels eines elektrischen Heizelements beheizt.Hot runner nozzles are used to thermoplastic Inject plastic melts into molds. Since the Plastic melt in one in most cases closely limited temperature range must be kept these hot runner nozzles by means of an electrical Heated heating element.

Während bei einigen Ausführungsformen von Heißkanaldüsen auf ein verschließbares Ventil verzichtet wird (EP-PS 1 66 919), werden für andere Anwendungsfälle Nadelventile vorgesehen, die das Verschlußmundstück verschließen, um den Austritt von Kunststoffschmelze zu verhindern, solange kein Einspritzvorgang erfolgt. Die austretende Kunststoffschmelze könnte zu Verunreinigungen führen, die beim nächsten Einspritzvorgang stören. Insbesondere bei Kunststoffschmelzen, die ein Treibmittel enthalten, tritt auch nach der Beendigung eines Einspritzvorgangs noch Kunststoffschmelze aus der Düse aus. Dies wird bei bekannten Heißkanaldüsen durch das Nadelventil verhindert, dessen Düsennadel mittels eines Ventilnadelantriebs axial bewegbar ist und das Verschlußmundstück verschließt.While in some embodiments of hot runner nozzles there is no lockable valve (EP-PS 1 66 919) are used for other applications Needle valves are provided which the closure mouthpiece seal off the leakage of plastic melt  to prevent as long as there is no injection process. The escaping plastic melt could be too Impurities cause the next Disrupt the injection process. Especially at Plastic melts that contain a blowing agent occur even after the end of an injection process Plastic melt out of the nozzle. This will be at known hot runner nozzles prevented by the needle valve, whose nozzle needle axially by means of a valve needle drive is movable and closes the closure mouthpiece.

Bei einer bekannten Bauart derartiger Heißkanaldüsen ragt die Ventilnadel zentrisch durch den im wesentlichen zylindrischen geraden Schmelzekanal und wird deshalb auch im geöffneten Zustand des Nadelventils von der Schmelze umflossen. Dadurch kann insbesondere bei schwierigen Kunststoffschmelzen eine Störung der freien Strömung eintreten. Beim Umströmen der einen verdickten Verschlußkörper bildenden Nadelspitze wird die Strömung der Kunststoffschmelze umgelenkt. Solche Strömungsumlenkungen in der Kunststoffschmelze führen zu inneren Scherbeanspruchungen und sind im allgemeinen unerwünscht.In a known type of such hot runner nozzles protrudes the valve needle is centered by the essentially cylindrical straight melt channel and is therefore also in the open state of the needle valve from the melt flowed around. This can make it particularly difficult Plastic melting interferes with free flow enter. Thickening around one Closure body forming needle tip is the flow the plastic melt deflected. Such Flow deflections in the plastic melt lead to internal shear stresses and are in general undesirable.

Bei einer anderen bekannten Heißkanaldüse mit Nadelventil der eingangs genannten Gattung ist die Ventilnadel ebenfalls konzentrisch zum Verschlußmundstück angeordnet. Die die Ventilnadel enthaltende Nadelbohrung verläuft hierbei in einem zentralen Abschnitt des Düsengehäuses, und die Ventilnadel kann im geöffneten Zustand vollständig in die Nadelbohrung zurückgezogen werden, so daß sie die Schmelzeströmung nicht stört. Der Schmelzekanal verläuft hierbei aber seitlich versetzt neben dem mittleren Gehäuseabschnitt und wird von dort zu dem Raum vor dem Verschlußmundstück umgelenkt. Diese Umlenkung führt wieder zu unerwünschten Störungen der Schmelzeströmung. Außerdem ist das Düsengehäuse von verhältnismäßig kompliziertem Aufbau. Dadurch ist seine Fertigung erschwert. Eine gleichmäßige Beheizung ist nicht immer gewährleistet.In another known hot runner nozzle with a needle valve The genus mentioned at the beginning is the valve needle also arranged concentrically to the closure mouthpiece. The needle bore containing the valve needle runs here in a central section of the nozzle housing, and the valve needle can completely open retracted into the needle bore so that they the Melt flow does not interfere. The melt channel runs but laterally offset next to the middle one Housing section and becomes the room in front of it from there  Locking mouthpiece deflected. This redirection leads again to undesirable disturbances in the melt flow. Furthermore the nozzle housing is of relatively complex Construction. This makes it difficult to manufacture. A uniform heating is not always guaranteed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Heißkanaldüse mit Nadelventil der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau und einfacher Herstellungsmöglichkeit eine völlig unbehinderte Strömung der Kunststoffschmelze insbesondere ohne Umlenkungen ermöglicht wird.The object of the invention is therefore to provide a hot runner nozzle To design the needle valve of the type mentioned at the beginning that with a simple structure and easier Possibility of producing a completely unimpeded flow the plastic melt, in particular without deflections is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelzekanal im wesentlichen zylindrisch längs einer geradlinigen Düsenachse verläuft und daß die Nadelbohrung im Winkel zur Düsenachse schräg durch das Düsengehäuse und das als Heizmanschette ausgeführte Heizelement verläuft.This object is achieved in that the Melt channel essentially cylindrical along one rectilinear nozzle axis and that the needle bore at an angle to the nozzle axis through the nozzle housing and the heating element designed as a heating jacket runs.

Der Schmelzekanal, durch den die Kunststoffschmelze im geöffneten Zustand des Nadelventils strömt, weist keinerlei Umlenkungen auf, so daß es nicht zu Störungen des Strömungsverlaufs kommt. Es fehlen auch jegliche Einbauten, die in den Schmelzekanal ragen und die Strömung stören und/oder die umströmte Fläche vergrößern würden. Im geöffneten Zustand des Nadelventils strömt die Kunststoffschmelze ebenso unbehindert wie bei einer Heißkanaldüse, die kein Nadelventil aufweist.The melt channel through which the plastic melt in open state of the needle valve flows, points no diversions on it, so that there are no disturbances the flow course comes. Any are also missing Internals that protrude into the melt channel and the flow disturb and / or would increase the flow area. in the open state of the needle valve flows Plastic melt as freely as with one Hot runner nozzle that has no needle valve.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.Advantageous refinements of the inventive concept are Subject of subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.The invention is based on one Embodiment explained in more detail in the drawing is shown.

Die Zeichnung zeigt in einem Längsschnitt eine Heißkanaldüse mit Nadelventil, die zum Einspritzen von thermoplastischer Kunststoffschmelze in Formwerkzeuge dient. Ein rotationssymmetrisches Düsengehäuse 1 weist einen sich über die gesamte Düsenlänge erstreckenden, im wesentlichen rohrförmigen Kern auf. Ein im wesentlichen rohrförmiger Mittelabschnitt 2 trägt nahe seinen beiden Enden jeweils einen Gehäuseflansch 3 bzw. 3a.The drawing shows a longitudinal section of a hot runner nozzle with a needle valve, which is used to inject thermoplastic melt into molding tools. A rotationally symmetrical nozzle housing 1 has an essentially tubular core which extends over the entire length of the nozzle. An essentially tubular middle section 2 has a housing flange 3 or 3 a near its two ends.

Das Düsengehäuse 1 umschließt einen Schmelzekanal 4 für die einzuspritzende Kunststoffschmelze, der im wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist und längs einer geradlinigen Düsenachse 5 verläuft.The nozzle housing 1 encloses a melt channel 4 for the plastic melt to be injected, which is essentially cylindrical and runs along a straight nozzle axis 5 .

An einem Ende (rechts in der Zeichnung) ist das Düsengehäuse 1 an einer Trägerplatte 6 befestigt. Am anderen Ende trägt das Düsengehäuse 1 ein aufgeschraubtes Verschlußmundstück 7 mit einer sich zum Austritt hin verjüngenden Düsenbohrung 8.At one end (on the right in the drawing), the nozzle housing 1 is fastened to a carrier plate 6 . At the other end, the nozzle housing 1 carries a screwed-on closure mouthpiece 7 with a nozzle bore 8 tapering towards the outlet.

Der rohrförmige Mittelabschnitt 2 des Düsengehäuses 1 ist von einem im wesentlichen manschettenförmigen Heizelement 9 umschlossen. Eine elektrische Heizwendel 10 ist in einem aus Kupfer bestehenden Gußkörper 11 eingebettet. Der Gußkörper 11 umgibt den rohrförmigen Mittelabschnitt 2 des Düsengehäuses 1 und ist in einem trogförmigen, an einer Seite (oben in der Zeichnung) offenen Gehäusemantel 12 angeordnet, der mit den Flanschen 3, 3a verschweißt oder verlötet ist. The tubular middle section 2 of the nozzle housing 1 is enclosed by an essentially sleeve-shaped heating element 9 . An electric heating coil 10 is embedded in a cast body 11 made of copper. The cast body 11 surrounds the tubular middle section 2 of the nozzle housing 1 and is arranged in a trough-shaped, on one side (top of the drawing) open housing shell 12 which is welded or soldered to the flanges 3 , 3 a.

Von der in der Zeichnung obenliegenden, offenen Seite des Gehäusemantels 12 verläuft eine Nadelbohrung 13 im Winkel zur Düsenachse 5 schräg durch das als Heizmanschette ausgeführte Heizelement 9 und durch das Düsengehäuse 1. Die Nadelbohrung 13 ist auf die Austrittsbohrung 8 des Verschlußmundstücks 7 gerichtet.From the open side of the housing shell 12 lying at the top in the drawing, a needle bore 13 extends at an angle to the nozzle axis 5 through the heating element 9, which is designed as a heating sleeve, and through the nozzle housing 1 . The needle bore 13 is directed towards the outlet bore 8 of the closure mouthpiece 7 .

In der Nadelbohrung 13 ist eine rohrförmige Führungshülse 14 angeordnet, die durch das Düsengehäuse 1 und den Gußkörper 11 des Heizelements 9 verläuft und aus diesem herausragt. Die Führungshülse 14 ist mit dem Düsengehäuse 1 verschweißt oder verlötet.A tubular guide sleeve 14 is arranged in the needle bore 13 and extends through the nozzle housing 1 and the cast body 11 of the heating element 9 and protrudes therefrom. The guide sleeve 14 is welded or soldered to the nozzle housing 1 .

In der Führungshülse 13 ist eine Ventilnadel 15 längsbewegbar aufgenommen. Die freie, abgerundete Nadelspitze 16 der Ventilnadel 15 verschließt im geschlossenen Zustand des Nadelventils (in der Zeichnung mit gestrichelten Linien angedeutet) die Austrittsbohrung 8 des Verschlußmundstücks 7. Im geöffneten Zustand des Nadelventils ist die Nadelspitze 16 der Ventilnadel 15 vollständig aus dem Schmelzekanal 4 zurückgezogen, wie in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. In diesem Zustand behindert die Ventilnadel 15 die freie Strömung der Kunststoffschmelze im Schmelzekanal 4 nicht.A valve needle 15 is received in the guide sleeve 13 so as to be longitudinally movable. 8, the free, rounded needle tip 16 of the needle valve 15 closes in the closed state of the needle valve (in the drawing with dashed lines), the exit hole of the closure die. 7 In the open state of the needle valve, the needle tip 16 of the valve needle 15 is completely withdrawn from the melt channel 4 , as shown in the drawing with solid lines. In this state, the valve needle 15 does not hinder the free flow of the plastic melt in the melt channel 4 .

Am anderen Ende der Ventilnadel 15 (rechts in der Zeichnung) greift ein Ventilnadelantrieb 17 an.At the other end of the valve needle 15 (right in the drawing), a valve needle drive 17 engages.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Hydraulikzylinder 18 mit dem Düsengehäuse 1 verbunden. Die Kolbenstange 19 des Hydraulikzylinders 18 ist über eine Zwischenplatte 20 mit dem Ende der Ventilnadel 15 verbunden. Ein in die Trägerplatte 6 eingeschraubter Anschlagbolzen 21 begrenzt den Rückzughub der Ventilnadel 15. Mittels des Ventilnadelantriebs 17 ist die Ventilnadel 15 axial in der Nadelbohrung 13 bzw. der Führungshülse 14 bewegbar, um das Nadelventil der Heißkanaldüse zu verschließen, solange kein Einspritzvorgang erfolgt. Für den Einspritzvorgang wird die Ventilnadel vollständig aus dem Schmelzekanal 4 zurückgezogen, so daß der Strömungskanal für die Kunststoffschmelze unbehindert freigegeben ist. Die kleine Menge an Kunststoffschmelze, die im zurückgezogenen Zustand der Ventilnadel 15 vor der Nadelspitze 16 in die Führungshülse 14 eindringen kann, wird beim Verschlußhub der Ventilnadel 15 wieder in den Schmelzekanal 4 ausgestoßen. Es gibt somit keine Bereiche, in denen Reste der Kunststoffschmelze zurückbleiben können. Da die Strömung der Kunststoffschmelze nur geradlinig entlang dem Schmelzekanal 4 erfolgt, der längs der geradlinigen Düsenachse 5 verläuft, tritt keine Umlenkung der Schmelzeströmung ein.In the illustrated embodiment, a hydraulic cylinder 18 is connected to the nozzle housing 1 . The piston rod 19 of the hydraulic cylinder 18 is connected to the end of the valve needle 15 via an intermediate plate 20 . A stop bolt 21 screwed into the carrier plate 6 limits the retraction stroke of the valve needle 15 . By means of the valve needle drive 17 , the valve needle 15 can be moved axially in the needle bore 13 or the guide sleeve 14 in order to close the needle valve of the hot runner nozzle as long as no injection process takes place. For the injection process, the valve needle is withdrawn completely from the melt channel 4 , so that the flow channel for the plastic melt is released unhindered. The small amount of plastic melt, which can penetrate into the guide sleeve 14 in front of the needle tip 16 in the retracted state of the valve needle 15 , is expelled again into the melt channel 4 during the closing stroke of the valve needle 15 . There are therefore no areas in which remnants of the plastic melt can remain. Since the flow of the plastic melt only occurs in a straight line along the melt channel 4 , which runs along the straight nozzle axis 5 , there is no deflection of the melt flow.

Bei der Herstellung der Heißkanaldüse kann die Nadelbohrung 13 in einfacher Weise durchgeführt werden. Das Düsengehäuse 1 stellt insgesamt ein rotationssymmetrisches Werkstück dar. Es wird durch das umgebene Heizelement 9 gleichmäßig aufgeheizt.In the manufacture of the hot runner nozzle, the needle bore 13 can be carried out in a simple manner. The nozzle housing 1 overall represents a rotationally symmetrical workpiece. It is heated uniformly by the surrounding heating element 9 .

Abweichend von der als Ausführungsbeispiel dargestellten Ausführung des Ventilnadelantriebs 17 mit einem Hydraulikzylinder 18 können auch andere Antriebsarten gewählt werden, beispielsweise ein pneumatischer oder elektrischer Antrieb. Auch die mechanische Verbindung der Düsennadel 15 mit dem Ventilnadelantrieb kann in anderer Weise erfolgen.In a departure from the embodiment of the valve needle drive 17 with a hydraulic cylinder 18 shown as an exemplary embodiment, other types of drive can also be selected, for example a pneumatic or electric drive. The mechanical connection of the nozzle needle 15 to the valve needle drive can also take place in a different way.

Claims (5)

1. Heißkanaldüse mit Nadelventil zum Einspritzen von thermoplastischer Kunststoffschmelze in Formwerkzeuge, mit einem Düsengehäuse, das von einem elektrischen Heizelement umgeben ist und einen Schmelzekanal umschließt, an dessen einem Ende ein Verschlußmundstück angeordnet ist, das durch eine Ventilnadel verschließbar ist, die mittels eines Ventilnadelantriebs in einer Nadelbohrung des Düsengehäuses axial bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzekanal (4) im wesentlichen zylindrisch längs einer geradlinigen Düsenachse (5) verläuft und daß die Nadelbohrung (13) im Winkel zur Düsenachse (5) schräg durch das Düsengehäuse (1) und das als Heizmanschette ausgeführte Heizelement (9) verläuft.1.Hot runner nozzle with needle valve for injecting thermoplastic melt into molding tools, with a nozzle housing which is surrounded by an electrical heating element and encloses a melt channel, at one end of which a closure mouthpiece is arranged, which can be closed by a valve needle, which can be closed by means of a valve needle drive A needle bore of the nozzle housing is axially movable, characterized in that the melt channel ( 4 ) runs essentially cylindrically along a straight nozzle axis ( 5 ) and that the needle bore ( 13 ) at an angle to the nozzle axis ( 5 ) obliquely through the nozzle housing ( 1 ) and the heating element ( 9 ) designed as a heating jacket runs. 2. Heißkanaldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nadelbohrung (13) eine Führungshülse (14) für die Ventilnadel (15) eingesetzt und mit dem Düsengehäuse (1) verschweißt oder verlötet ist. 2. Hot runner nozzle according to claim 1, characterized in that in the needle bore ( 13 ) a guide sleeve ( 14 ) for the valve needle ( 15 ) is inserted and is welded or soldered to the nozzle housing ( 1 ). 3. Heißkanaldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (16) der Ventilnadel (15) im geöffneten Zustand des Nadelventils vollständig aus dem Schmelzekanal (4) zurückgezogen ist.3. Hot runner nozzle according to claim 1, characterized in that the tip ( 16 ) of the valve needle ( 15 ) in the open state of the needle valve is completely withdrawn from the melt channel ( 4 ). 4. Heißkanaldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (10) in einem aus Kupfer bestehenden Gußkörper (11) eingebettet ist, der einen rohrförmigen Mittelabschnitt (2) des Düsengehäuses (1) umgibt und in einem trogförmigen, an einer Seite offenen Gehäusemantel (12) angeordnet ist.4. Hot runner nozzle according to claim 1, characterized in that the heating element ( 10 ) is embedded in a cast body made of copper ( 11 ) which surrounds a tubular central portion ( 2 ) of the nozzle housing ( 1 ) and in a trough-shaped, open on one side Housing jacket ( 12 ) is arranged. 5. Heißkanaldüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelbohrung (13) an der offenen Seite des Gehäusemantels (12) angeordnet ist.5. Hot runner nozzle according to claim 4, characterized in that the needle bore ( 13 ) is arranged on the open side of the housing shell ( 12 ).
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