DE4200982A1 - Spritzgussvorrichtung mit eingebauter kuehlung in einem vorderbereich der duese - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Spritzgießen und im besonderen auf eine Spritzgußvorrichtung mit eingebauter Kühlung in einem Vorderbereich der Düse.

Wie im allgemeinen bekannt ist, sind die thermischen Eigenschaften eines Heißkanal-Spritzgußsystems bzw. einer -vorrichtung kritisch hinsichtlich einer erfolgreichen Arbeitsweise. Dies trifft im besonderen zu mit der zunehmenden Verwendung von temperaturkritischeren Materialien und trifft im besonderen zu für ein temperaturgestützes bzw. thermisches Einlaufsystem. Düsen, die eingebaute elektrisch isolierte Heizelemente aufweisen, sind ebenso bekannt, und ein neues Beispiel ist in der kanadischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 20 30 286 des Anmelders gezeigt, die am 19.11.90 mit dem Titel "Spritzgußdüse mit konischem Heizelement nahe der Bohrung" eingereicht wurde.

Eine neuere, verbesserte Temperatursteuerung wurde durch das Vorsehen einer Kühlung um das vordere Ende der Düse herum erzielt. Beispiele dafür sind im US-Patent Nr. 46 22 001 von Bright et al gezeigt, das am 11.11.86 veröffentlicht wurde, sind im US-Patent Nr. 49 11 633 des Anmelders, das am 27.03.90 veröffentlicht wurde, gezeigt, sind in der kanadischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 6 06 082 der Mold-Masters Ltd., eingereicht am 05.12.88 mit dem Titel "Spritzgußsystem mit fluidgekühlten Einsätzen" gezeigt und sind in der kanadischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 20 22 120 des Anmelders, die am 27.07.90 eingereicht wurde, mit dem Titel "Gekühlte Spritzguß-Hülsenhalterung für eine beheizte Düse" gezeigt. Diese Anordnungen jedoch haben alle den Nachteil, daß ein zusätzlicher Einsatz bzw. ein zusätzliches Teil erforderlich ist, um eine Kühlung um die Düse herum zu bewerkstelligen. Das US-Patent Nr. 46 87 613 von Tsutsumi, das am 18.08.87 veröffentlicht wurde, zeigt einen Düsentyp mit eingebauter Heizung und Kühlung. Außer das diese Anordnung sehr schwer, wenn nicht gar unmöglich herzustellen ist, hat diese den Nachteil, daß die eingebauten Kühlflüssigkeitsdurchlässe von nahezu dem hinteren Ende bis nahezu dem vorderen Ende verlaufen. Dieses verursacht Probleme hinsichtlich einer übermäßigen thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung besonders für den Einsatz eines temperaturgestützten bzw. thermischen Einlaufsystems.

Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, zumindest teilweise die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden durch Schaffung einer Spritzgußvorrichtung, deren Düse eine eingebaute Kühlung mit in deren vorderen Abschnitt befindliche Kühlflüssigkeitseinlaß- und -auslaßrohre aufweist, die sich durch einen um die Düse herum befindlichen isolierenden Luftraum hindurch erstrecken.

In einem ihrer Aspekte schafft die Erfindung eine Spritzgußvorrichtung mit einer Düse, die in einer Bohrung einer Hohlraumplatte mit einem darin vorgesehenen isolierenden Luftraum aufgenommen wird, wobei die Düse einen Mittelabschnitt hat, der sich zwischen einem hinteren Abschnitt nahe eines hinteren Endes und einem vorderen Abschnitt nahe eines vorderen Endes erstreckt und mit einer Mittelschmelzenbohrung, die sich vom hinteren Ende zum vorderen Ende erstreckt, wobei die Düse ein eingebautes elektrisch isoliertes Heizelement aufweist, wobei das Heizelement einen vorderen Abschnitt aufweist, der sich um die Schmelzenbohrung im vorderen Abschnitt der Düse erstreckt, wobei die Düse einen Kühlflüssigkeitsdurchlaß aufweist, der sich im wesentlichen um die Schmelzenbohrung herum im vorderen Abschnitt der Düse erstreckt, wobei die Verbesserung darin besteht, daß der vordere Abschnitt der Düse einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal hat, der sich zum Kühlflüssigkeitsdurchlaß hin erstreckt und daß Kühlflüssigkeitseinlaß- und -auslaßrohre sich durch den Luftraum zwischen der Düse und der diese umgebenden Hohlraumplatte zu dem jeweiligen Einlaßkanal bzw. Auslaßkanal im vorderen Abschnitt der Düse hin erstreckt, um eine Strömung der Kühlflüssigkeit durch den Kühlflüssigkeitsdurchlaß zu gestatten.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Abschnitts eines Mehrfach­ hohlraums-Spritzgußsystems bzw. einer -vorrichtung das (die) eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 eine isometrische Ansicht des in Fig. 1 zu sehenden Paßrings; und

Fig. 4 eine Schnittansicht, die einen unterschiedlichen Einsatz der Erfindung zeigt.

Zuerst wird Bezug auf Fig. 1 genommen, die eine Düse 10 einer Anzahl von Düsen in einem Mehrfachhohlraum-Spritzgußsystem zeigt. Jede Düse 10 hat einen Mittelabschnitt 12 mit einer zylindrischen Außenfläche 15, die sich zwischen einem hinteren Abschnitt 16 und einem vorderen Abschnitt 18 erstreckt. Diese Abschnitte bestehen aus Stahl und sind einstückig miteinander hartgelötet, wie es im besonderen in der kanadischen Patentanmeldung des Anmelders Serien-Nr. 20 30 286, eingereicht am 19.11.90, unter Bezugnahme auf das Obige beschrieben ist. Eine Mittelschmelzenbohrung 20 erstreckt sich durch die Düse 10 hindurch von einem hinteren Ende 22 zu einem vorderen Ende 24. Die Schmelzenbohrung 20 hat einen Abschnitt 26, der sich zu einer Eingießöffnung 28 verjüngt, die zu einem Hohlraum 30 führt.

Die Düse 10 wird mittels einem eingebauten elektrisch isolierten Heizelement 32 beheizt. Das Heizelement 32 hat einen hinteren Abschnitt 34, der sich nach außen zu einer Kaltanschlußklemme 36 (cold terminal) erstreckt, und hat einen vorderen Abschnitt 38, der sich um die Schmelzenbohrung 20 in dem vorderen Abschnitt 18 der Düse 10 herum erstreckt. In dieser Ausführungsform ist der vordere Abschnitt 38 des Heizelements 32 konisch ausgebildet mit einer Anzahl von nebeneinanderliegenden Windungen 40, die einen im allgemeinen einheitlichen rechteckigen Querschnitt haben und ist außerdem so hergestellt, wie es in der zuvor erwähnten kanadischen Patentanmeldung des Anmelders der Serien-Nr. 20 30 26, die am 19.11.90 eingereicht wurde, beschrieben ist.

Die Düsen 10 sind mittels Schrauben 42 mit einem üblichen langgestreckten Schmelzenverteilerstück 44 befestigt, das einen Schmelzendurchlaß 46 aufweist, der sich in eine Anzahl von Auslässen 48 verzweigt, von denen jeder mit der Mittelschmelzenbohrung 20 durch eine der Düsen 10 ausgerichtet ist. Das Verteilerstück 44 ist fest zwischen eine Hohlraumplatte 50 und einer Zwischenplatte 52 mittels einem Mittelzentrierring 54 und einem elastischen Abstandsteil 56 plaziert. Die Zwischenplatte 52 wird mittels Schrauben 58 in Stellung gehalten, die sich durch eine Trägerplatte 60 hindurch in die Hohlraumplatte 50 hineinerstrecken. Die Hohlraumplatte 50 und die Zwischenplatte 52 werden durch Pumpen von kaltem Wasser durch Kühlröhren 62 hindurch gekühlt. Das Verteilerstück 44 wird mittels einem elektrischen Heizelement 64 beheizt, das in das Verteilerstück eingegossen ist, wie es in dem US-Patent Nr. 46 88 622 des Anmelders, das am 25.08.87 veröffentlicht wurde, beschrieben ist. Der Zentrierring 54 und das Abstandsteil 56 schaffen isolierende Lufträume 66 zwischen dem beheizten Verteilerstück 44 und der gekühlten Hohlraumplatte 50 und der Zwischenplatte 52.

Die beheizte Düse 10 ist in einer Bohrung 68 der gekühlten Hohlraumplatte 50 mit einen Luftraum 70 zwischen diesen eingepaßt, um eine thermische Isolierung zu schaffen. In dieser Ausführungsform hat der hintere Abschnitt 16 der Düse 10 einen Isolierumfangsflansch 72, der von einem Sitz 74 in der hinteren Fläche 76 eines kreisförmigen Paßrings 78 aufgenommen wird. Der Paßring 78 wiederum hat eine vordere Fläche 80, die gegenüber einem sich nach innen erstreckenden Absatz 82 in der Wandung 84 der Bohrung 68 in der Hohlraumplatte 50 eingepaßt ist. Der Paßring 76 hat eine durchgehende Mittelöffnung 86, um den Mittelabschnitt 12 der Düse 10 mit Bereitstellung des isolierenden Luftraums 66 aufzunehmen. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, ist der Paßring 78 ein geteilter Ring mit zwei getrennten Teilen 88, die zusammen um den Mittelabschnitt 12 der Düse 10 zwischen den größeren Durchmesser der hinteren und vorderen Abschnitte 16, 18 eingepaßt sind.

Wie in den Fig. 1 und 2 zu sehen ist, hat der vordere Abschnitt 18 der Düse 10 einen kreisförmigen Kühlflüssigkeitsdurchlaß 90, der sich um die Mittelschmelzenbohrung 20 außer einem schmalen Trennabschnitt 92 herum erstreckt. Der vordere Abschnitt 18 der Düse 10 hat Einlaß- und Auslaßkanäle 94, 96, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Trennwandabschnitts 92 zum kreisförmigen Kühlflüssigkeitsdurchlaß 90 erstrecken. Die Einlaß- und Auslaßkanäle 94, 96 sind mit Gewinde versehen, um jeweils Verbindungsstücke 98 von aus Kupfer bestehenden Kühlflüssigkeitseinlaß- und -auslaßrohren 100, 102 aufzunehmen, die sich durch den Luftraum 70 hindurch zu einer gesteuerten Kühlflüssigkeitsquelle (nicht gezeigt), wie z. B. Wasser, erstrecken. Die Einlaß- und Auslaßrohre 100, 102 treten durch eine Außenöffnung 104 im Paßring 78 und außerhalb des hinteren Abschnitts 16 der Düse 10 hindurch. In dieser Ausführungsform ist in die Wandung 84 der Bohrung 68 eine längliche Hut 106 eingearbeitet, um teilweise die Einlaß- und Auslaßrohre 100, 102 aufzunehmen, um einen Abstand nach dem hinteren Abschnitt 16 der Düse 10 zu schaffen. Ein Thermoelement 103 erstreckt sich ebenfalls durch den Luftraum 70 und die Außenöffnung 104 im Paßring 78 in den Trennwandabschnitt 92 des vorderen Abschnitt der Düse 10 hinein, um die Betriebstemperatur während des Betriebs zu überwachen.

Bei der Verwendung ist die Anordnung so angeordnet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, und elektrische Leistung wird an das Heizelement 32 jeder Düse 10 und des Heizelements 64 im Verteilerstück 44 angelegt, um diese auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu heizen, die von dem zu schmelzenden Material abhängt. Um ein temperaturgestütztes bzw. thermisches Einlaufsystem zu schaffen, wird eine Leistung an den Heizelementen 32 und die Strömung der Kühlflüssigkeit durch die Kühlflüssigkeitsdurchlässe in Verbindung mit einem Zyklus des Einspritzens von unter Druck stehender Schmelze aus einer Gießmaschine (nicht gezeigt) in den Schmelzendurchlaß 46 durch den Einlaß 108 gesteuert. Die Heizung wird abgeschaltet und die Kühlung wird eingeschaltet, um kurz die Eingießöffnungen zu frosten bevor die Gußform zum Ausstoßen geöffnet wird. Sobald die Gußform nach dem Ausstoßen geschlossen wird, wird die Kühlung abgeschaltet und Leistung wieder an die Heizelemente 32 angelegt, um die erstarrte Schmelze in den Eingießöffnungen 28 zu erwärmen, wobei diese sofort wiedergeöffnet werden, wenn der Einspritzdruck angelegt wird. Die unter Druck stehende Schmelze strömt durch den Schmelzendurchlaß 46 und die Eingießöffnung 28 in jede Düse 10 und füllt die Hohlräume 30. Nachdem die Hohlräume gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend zum Verdichten gehalten und dann gelöst. Nach einer kurzen Kühlperiode wird die Gußform erneut geöffnet, um die gegossenen Produkte auszustoßen. Dieser Zyklus wird kontinuierlich mit einer Frequenz wiederholt, die von der Größe und Form der Hohlräume und der zu schmelzenden Materialart abhängt.

Nunmehr wird Bezug auf Fig. 4 genommen, die eine Gießsatzanordnung zum Zuführen von Schmelze über eine Formtrennfuge 110 veranschaulicht. Diese Anordnung ist derjenigen ähnlich, die in dem US-Patent Nr. 48 91 001 des Anmelders, das am 02.01.90 veröffentlicht wurde, gezeigt ist, außer daß die oberhalb gelegene und unterhalb gelegene Düse 112, 114 Einrichtungen zum gesteuerten Beheizen und Kühlen in ihren vorderen Abschnitten aufweisen, wie sie zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wurden. Die oberhalb gelegene Düse 112 ist in eine Bohrung 116 in einer festen Werkzeugträgerplatte 118 eingepaßt, während die unterhalb gelegene Düse 114 in einer Bohrung 120 in einer beweglichen Werkzeugträgerplatte 122 eingepaßt ist. Nach Durchlauf der oberhalb gelegenen und unterhalb gelegenen Düsen 112, 114 verzweigt sich der Schmelzendurchlaß 124 in ein Verteilerstück 126 der beweglichen Werkzeugträgerplatte 122, um Schmelze durch eine Anzahl von anderen Düsen 128 den Hohlräumen 130 zuzuführen. Da die Anordnung der oberhalb gelegenen und unterhalb gelegenen Düsen 112, 114 die gleichen sind, wie die zuvor beschriebenen, ist keine Wiederholung erforderlich.

Bei der Verwendung wird die Anordnung, wie gezeigt, zusammengebaut und das Heizen und Kühlen der oberhalb gelegenen und unterhalb gelegenen Düsen 112, 114 erfolgt entsprechend einem vorbestimmten Zyklus in Übereinstimmung mit einem Zyklus des Einspritzens von unter Druck stehender Schmelze aus einer Gießmaschine (nicht gezeigt) in den Schmelzendurchlaß 124 über einen Einlaß 132. Wenn die Gußform in der gezeigten geschlossenen Position ist, wird die Heizung eingeschaltet und die Kühlung der oberhalb gelegenen und unterhalb gelegenen Düsen 112, 114 abgeschaltet, und die unter Druck stehende Schmelze strömt aus der oberhalb gelegenen Düse 112 zu der unterhalb gelegenen Düse 114 über die Formtrennfuge 110 und durch den Schmelzendurchlaß 124 zu den verschiedenen Hohlräumen 130. Nachdem die Hohlräume 130 gefüllt sind, wird die Heizung ausgeschaltet und die Kühlung wird kurz eingeschaltet, bevor die Gußform zum Ausstoßen geöffnet wird. Nach dem Ausstoßen wird die Gußform erneut geschlossen und dieser Zyklus wird kontinuierlich wiederholt. Die Verwendung der gesteuerten Heizung und Kühlung in dem vorderen Abschnitt der oberhalb gelegenen und unterhalb gelegenen Düsen 112, 114 reduziert die Zykluszeit und verbessert den Betrieb der Anordnung.

Die Beschreibung der Vorrichtung, die eine eingebaute Kühlung in dem vorderen Abschnitt einer Düse schafft, ist nicht in einem begrenzenden Sinne auszulegen. Änderungen und Modifikationen können für den Fachmann auftreten. Zum Beispiel kann die Größe und Form der Düse 10 und des Paßrings 78 unterschiedlich für unterschiedliche Anwendungsfälle sein. Die Größe und Form des Kühlflüssigkeitsdurchlasses 90, des Trennwandabschnittes 92 und des Einlaß- und Auslaßkanals 94, 96 in dem vorderen Abschnitt 18 der Düse kann ebenso beträchtlich variieren. Der Operationszyklus kann durch Steuern der Heizung und/oder Kühlung der Düsen zu unterschiedlichen Zeitpunkten geändert werden. Die Kühlung kann gesteuert werden durch bloßes Abschalten der Strömung des Kühlwassers durch den Kühlflüssigkeitsdurchlaß 90 oder durch Durchspülen des Wassers. Zur Definition der Erfindung wird auf die beigefügten Patentansprüche Bezug genommen.

Claims (4)

1. Spritzgußvorrichtung mit einer Düse (10; 112, 114), die in einer Bohrung (68; 116, 120) einer Hohlraumplatte (50) mit einem dazwischen vorgesehenen isolierenden Luftraum (66) aufgenommen wird, wobei die Düse (10; 112, 114) ein hinteres Ende, ein vorderes Ende und einen mittleren Abschnitt (12) aufweist, der sich zwischen einem hinteren Abschnitt (16) nahe dem hinteren Ende und einem vorderen Abschnitt (18) nahe dem vorderen Ende erstreckt mit einer Mittelschmelzenbohrung (20), die sich vom hinteren Ende zum vorderen Ende hindurcherstreckt, wobei die Düse (10; 112, 114) ein eingebautes elektrisch isoliertes Heizelement (32) aufweist, das einen vorderen Abschnitt (38) aufweist, der sich um die Schmelzenbohrung (20) herum in dem vorderen Abschnitt (18) der Düse (10; 112, 114) erstreckt, und wobei die Düse (10; 112, 114) einen Kühlflüssigkeitsdurchlaß (90) aufweist, der sich im wesentlichen um die Schmelzenbohrung (20) in dem Vorderabschnitt (18) der Düse (10; 112, 114) herum erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (18) der Düse (10; 112, 114) einen Einlaßkanal (94) und einen Auslaßkanal (96) aufweist, der sich zu dem Kühlflüssigkeitsdurchlaß (90) hin erstreckt und daß Kühlflüssigkeitseinlaß- und Auslaßrohre (100, 102) sich durch den Luftraum (66) zwischen der Düse (10; 112, 114) und der umgebenden Hohlraumplatte (50) zu dem jeweiligen Einlaßkanal (94) und Auslaßkanal (96) im vorderen Abschnitt (18) der Düse (10; 112, 114) erstreckten, um eine Strömung der Kühlflüssigkeit durch den Kühlflüssigkeitsdurchlaß (90) zu schaffen.

2. Spritzgußvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (68) in der Hohlraumplatte (50) eine Wandung (84) mit einem sich nach innen erstreckenden Absatz (82) aufweist, wobei der Mittelabschnitt (12) der Düse (10) sich durch eine Mittelöffnung (86) in einem Paßring (78) erstreckt, wobei der Paßring (78) eine vordere Fläche (80) und eine hintere Fläche (76) aufweist, wobei die vordere Fläche (80) gegenüber den sich nach innen erstreckenden Absatz (82) in der Wandung (84) der Bohrung (68) in der Hohlraumplatte (50) eingepaßt ist, wobei die hintere Fläche (76) des Paßrings (78) einen Sitz bildet, der den hinteren Abschnitt (16) der Düse (10) aufnimmt, und wobei der Paßring (78) eine Außenöffnung (104) aufweist, durch die sich die Kühlflüssigkeitsrohre (100, 102) erstrecken.

3. Spritzgußvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Paßring (78) ein geteilter Ring ist.

4. Spritzgußvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitsdurchlaß (90) im vorderen Abschnitt (18) der Düse (10) sich außerhalb des vorderen Abschnitts (38) des Heizelements (32) erstreckt.