DE69311247T2

DE69311247T2 - Abgedichtete, seitliche Angussöffnung

Info

Publication number: DE69311247T2
Application number: DE69311247T
Authority: DE
Inventors: Harald Schmidt
Original assignee: Husky Injection Molding Systems SA
Current assignee: Husky Injection Molding Systems SA
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2013-10-01
Also published as: EP0590677B1; EP0590677A1; US5324191A; ATE153902T1; JPH06210668A; DK0590677T3; DE69311247D1; GR3023792T3; JPH0771811B2; ES2103411T3

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Düsenanordnung für eine Spritzgiessmaschine und insbesondere auf eine verbesserte seitliche Angussanordnung, welche dort Verwendung finden soll und im ersten Teil von Anspruch 1 beschrieben ist.
Seitliche Heisskanalangusssysteme sind im heutigen Stand der Technik wohl bekannt. Einige dieser seitlichen Heisskanalangusssysteme werden im "Plastverarbeiter", Ausgabe 371 Nr. 4, April 1986, auf den Seiten 124 bis 127 und im "Kunststoffe", Ausgabe 27, Nr. 12, Dezember 1982, Seiten 749 bis 755 beschrieben. Dort wird eine Düse in einer Form dargestellt, wobei die Düse ein Endstück und eine Mehrzahl von Köpfen aufweist, welche in Nuten einer Ausnehmung in dem Düsenkörper hineinpassen. Jeder der Köpfe besitzt einen abgewinkelten Kanal, welcher mit einem abgewinkelten Kanal im Düsenkörper korrespondiert. Ein Zwischenraum, welcher die Düsenspitze umgibt, ist mit Harz gefüllt, welches als ein Mittel zur Bildung einer Wärmebarriere zwischen der Giessform und der Düsenspitze dient. Werden solche Systeme verwendet, um sehr wärmeempfindliches Harz zu verarbeiten, wird es jedoch wichtig, Blasenbildung oder Harzisolation auf ein Minimum zu reduzieren oder, wenn möglich, zu eliminieren, so dass vermieden wird, dass verschlechtertes Harz, welches in der Düsenanordnung und ihren Bestandteilen eingeschlossen ist, in den Hauptschmelzstrom und dadurch in das geformte Teil eingezogen wird.
Die U.S.-A-4,344,750 und die 4,981,431 zeigen typische blasenfreie, seitliche Heisskanalangusssysteme. Das System, welches in der U.S.-A-4,344,750 dargestellt ist, verwendet einzelne Hohldichtungen, um die Heisskanaldüse direkt mit dem Einlass des Hohlraumes zu verbinden.
Dies beseitigt die Blase völlig, da die Düse vollständig von einem isolierenden Luftzwischenraum umgeben ist. Die in diesem System verwendeten Dichtungen werden in die Vertiefungen in Ausnehmungen der Düse gedrückt, wobei eine Dichtung für jede Angussöffnung vorgesehen ist. Wenn die Düsenanordnung in die Formenhohlraumplatte eingepasst wird, verformen sich die Dichtungen leicht nach innen, um so eine mechanische Dichtung mit der Hohlraumplatte zu bewirken. Das Entfernen und Ersetzen der Düse zur Wartung erfordert das Ersetzen der Dichtungen bei jedem Mal. Ein anderer Nachteil dieser Methode ist, dass die Dichtung aus Titan hergestellt wird, welches, obwohl es eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Stahl aufweist, einer bedeutenden Wärmemenge immer noch ermöglicht, von der erwärmten Düse zu den gekühlten Formenhohlraum zu gelangen. Als eine Folge davon muss die Düse auf eine höhere Temperatur erwärmt werden, als sonst benötigt wird, um das Harz zu verarbeiten. Normalerweise ist das nicht schädlich, wenn jedoch wärmeempfindliche Harze verarbeitet werden, kann es unangenehm sein, da sich diese Harze bei Temperaturen, welche nur ein wenig höher sind als ihre normale Verarbeitungstemperatur, leicht degradieren.
Die US-A-4,981,431 verwendet auch eine Vielzahl von Titandichtungen, welche jede einzeln in die Düsenanordnung eingeschraubt werden. Die Dichtungsausgestaltung verwendet eine sehr kleine Blase, um an Ort und Stelle den Anguss von den Düsen zu isolieren und dadurch die durch die Dichtung geleitete Wärme zu reduzieren. Ein Nachteil dieser Ausgestaltung ist, dass die steifere Dichtungskonstruktion weniger elastisch ist und sich nicht leicht während des Einbaus verformt, wie die Dichtung gemäss der US-A-4,344,750. Dies bedeutet, dass bei der Herstellung und Montage grössere Genauigkeit notwendig ist, um die Düse zu installieren. Da diese Dichtung auch grösser als diejenige Dichtung gemäss der US-A-4,344,750 ist, ist weniger Platz in der Düse vorhanden, um Mehrfachdichtungen für Mehrfachangussöffnungen unterzubringen. Beim grössten Versuch waren es vier Stück. Zu-sätzliche Öffnungen neigen dazu, die Düse am Endstück, wo Festigkeit am wichtigsten ist, zu schwächen. Am Endstück muss das eingespritzte, mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck entlangfliessende Harz seine Richtung um 90º ändern, wobei das Düsenende sehr hoher Belastung ausgesetzt wird. Durch den Zusatz von Dichtungen für Multihohlraumangüsse steigt das Risiko, dass das Düsenende weggesprengt wird.
Beide der Dichtungsvorrichtung nach der US-A-4,344,750 und nach der US-A-4,981,431 haben den Nachteil, dass die Dichtung und die Position der Angussöffnungen auf jeden Anguss fixiert ist. Somit besteht in einer Zweihohlraumanordnung eine Neigung für die Düsenanordnung zum Klemmen oder Blokkieren, wenn sie montiert oder demontiert wird, da das Ausrichten und der Kontakt mit dem Formhohlraum an nur zwei Stellen innerhalb dem lokalen Durchmesser des Formhohlraumes auftritt.
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes, seitlich abgedichtetes Angusssystem für ein Spritzgiesssystem zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein seitlich abgedichtetes Angusssystem wie oben zu schaffen, welches die Verarbeitung von wärmeempfindlichen Harzen vereinfacht.
Ferner ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein seitlich abgedichtetes Angusssystem wie oben zu schaffen, welches eine Düsenanordnung mit verbesserten Wärmeisolationseigenschaften liefert.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorgenannten Ziele werden durch das seitlich abgedichtete Angusssystem der vorliegenden Erfindung gemäss dem zweiten Teil von Anspruch 1 erreicht. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist ein Spritzgiesssystem mit seitlich abgedichtetem Heisskanalanguss eine Düsenanordnung auf, welche ein Endstück und wenigstens einen Schmelzkanal aufweist, welcher sich in das Endstück erstreckt, und Dichtungselemente in der Form einer ringförmigen Dichtung oder eines Dichtungsringes, welcher eng auf dem Endstück der Düsenanordnung sitzt. Der Dichtungsring weist zumindest einen Schmelzkanal auf, welcher mit wenigstens einem Schmelzkanal in der Düsenanordnung zusammenwirkt.
Der Dichtungsring gemäss der vorliegenden Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet durch das Vorhandensein einer oder mehrerer Öffnungen, welche auf eine oder mehrere Angussöffnungen in einer Formenhohlraumplatte ausgerichtet werden können, und durch das Vorhandensein zweier Umfangsblasennuten und einer Angussnut um seine Peripherie, um geschmolzenen Kunststoff, welcher als Wärmeisolator wirkt, aufzunehmen. Der Dichtungsring ist vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, als der Werkstoff, welcher das Endstück der Düsenanordnung ausbildet. Auf diese Weise kann eine Klemmkraft auf den Dichtungsring ausgeübt werden, wenn die Düsenanordnung und/oder das Endstück erhitzt wird, und eine wirksame Dichtungsanordnung kann zwischen dem Dichtungsring und der Formenhohlraumplatte hergestellt werden.
Weitere Merkmale des Spritzgiesssystems mit dem seitlich abgedichteten Angussystems und dem Dichtungsring werden in der nachfolgenden Beschreibung aufgezeigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Düsenanordnung mit einem abgedichteten, seitlichen Anguss gemäss der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 zeigt eine vergrösserte Ansicht eines Bereiches der Düsenanordnung nach Figur 1; und
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Dichtungsringes gemäss der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Bezugnehmend auf die Zeichnungen, stellt Figur 1 eine Düsenanordnung für ein Spritzgiesssystem dar. Die Düsenanordnung umfasst eine Düse 12, die aus einem wärmeleitenden Werkstoff, wie bspw. Stahl oder eine Kupferlegierung hergestellt ist und die einen zentralen Schmelzkanal 14 für die Zufuhr von aufgeschmolzenem Kunststoff von einer Quelle (nicht dargestellt) zu einer oder mehreren Spritzangussöffnungen 16 in einer Formenhohlraumplatte 28 aufweist. Wie in Figur 1 dargestellt, kann der zentrale Schmelzkanal 14 in einem oder mehreren abgewinkelten Schmelzkanälen 38 auslaufen, welche sich in einem Endstück 40 der Düse 12 befinden oder sich darin erstrecken. Es sollte klar sein, dass, obwohl in der Figur 1 nur zwei abgewinkelte Schmelzkanäle 38 dargestellt sind, der Schmelzkanal 14 in jeder gewünsch ten Anzahl abgewinkelter Schmelzkanäle 38 auslaufen kann, wobei die Anzahl solcher abgewinkelter Schmelzkanäle üblicherweise mit der Anzahl der Spritzangussöffnungen 16 in der Formenhohlraumplatte 28 übereinstimmt.
Wie in Figur 1 dargestellt, weist die Düse 12 eine oder mehrere eingearbeitete Ausnehmungen 18 auf, welche sich entlang ihrer Längsachse zur Aufnahme eines röhrenartigen Heizelementes 20 erstrecken, welches den Kunststoff in dem Schmelzkanal 14 in geschmolzenem Zustand hält. Eine Stahlhülse 22 ist um einen mittleren Bereich der Düse 12 vorgesehen und dient dazu, das Heizelement 20 in der/den Ausnehmung/en 18 zu halten. Falls gewünscht, könnte ein Heizelement 20' auch in einer Ausnehmung des Endstücks 40 der Düse 12 untergebracht sein. Das Heizelement 20' kann Teil des Heizelementes 20 oder, alternativ dazu, ein separates Heizelement sein. Das/Die Heizelement(e) 20, 20' können jedes geeignete Heizelement aus dem Stand der Technik umfassen.
Ein ringförmiger Isolator 24 ist vorzugsweise zwischen dem Kopf 26 der Düse 12 und der Formenhohlraumplatte 28 angeordnet, um die von der Düse 12 auf die Formenhohlraumplatte 28 übertragene Wärmemenge zu reduzieren. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umgibt der Isolator 24 einen Teil der Hülse 22. Er weist ein unteres Ende 30, welches auf einer in die Formenhohlraumplatte 28 eingeschnittenen Oberfläche 32 aufsitzt, und ein oberes Ende 34, welches an einer unteren Fläche 36 des Düsenkopfes 26 anliegt, auf. Der Isolator 24 wird durch die Hülse 22 gegen den Düsenkopf in Position gehalten. Vorzugsweise ist der Isolator aus Stahl geformt, dessen dünner Querschnitt 24 den Wärmefluss in die Hohlraumplatte begrenzt.
In der Düse 12 und/oder dem Isolator 24 sind Einlassöffnungen 21 und 23 vorgesehen, um Kabelverbindung (nicht dargestellt), zu den/dem Heizelement(en) 20 und den bei 100 positionierten Thermoelementen zu ermöglichen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Düsenanordnung einen ringförmigen Dichtungsring 42, welcher eng über dem Endstück 40 der Düse 12 sitzt und welcher in einer Ausnehmung 46, die durch einen unteren Teil einer Bohrung 45 in der Formenhohlraumplatte 28 bestimmt ist, untergebracht ist. Der Dichtungsring, wie in Figur 3 dargestellt, ist aus einem ringförmigen Körper gebildet, welcher eine mittige Bohrung 44 mit einem Durchmesser D&sub1; aufweist, der im wesentlichen dem äusseren Durchmesser des Endstücks 40 der Düse 12 entspricht. Der Dichtungsring weist ausserdem einen äusseren Durchmesser D&sub2; auf, welcher im wesentlichen dem Durchmesser der Ausnehmung 46 entspricht. Bei der Montage berührt der Dichtungsring 42 die Wand/Wände der Bohrung, welche die Ausnehmung 46 bestimmt, über ihren gesamten Rand und erstreckt sich über das Endstück 40 der Düse 12 bzw. umgibt dieses. Da der Kontakt zwischen dem Dichtungsring und der/den Ausnehmungswand/wänden nicht auf einige Punkte begrenzt ist, wird eine Spannung vermieden und eine leiche Montage/Demontage sowie eine saubere Ausrichtung der Düsenanordnung gewährleistet.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, weist der Dichtungsring 42 eine Anzahl von eingeformten abgewinkelten Schmelzkanälen 56 auf. Diese abgewinkelten Schmelzkanäle wirken mit den abgewinkelten Schmelzkanälen 38 in dem Endstück 40 der Düse 12 zusammen und bilden Durchgänge, welche dem Transport von geschmolzenem Kunststoff von den Schmelzkanälen 38 zu den Spritzangussöffnungen 16 in der Formenhohlraumplatte 28 dienen. Natürlich entspricht die Anzahl und die Position der abgewinkelten Schmelzkanäle 56 im Dichtungsring der Anzahl und der Position der abgewinkelten Schmelzkanäle 38 in dem Endstück der Düse. Um zusätzlich mit einem jeweiligen Schmelzkanal 38 zusammenzuwirken, steht jeder Schmelzkanal 56 in Verbindung mit einer Öffnung 54, welche in den Dichtungsring 42 eingebohrt ist, welcher so auch einen Teil des Durchgangs für den Transport des Kunststoffes bildet. Die Anzahl der Öffnungen 54, welche in den Dichtungsring 54 eingebohrt sind, und ihre Position entsprechen der Anzahl und den Positionen der Angussöffnungen 16 in der Formhohlraumplatten 28. Die Anzahl der Öffnungen 54 ermöglichen es dem geschmolzenen Kunststoff in den Kanälen 56 in die An gussöffnungen 16 zu fliessen. Es sollte bemerkt werden, dass ein Vorteil der Ausgestaltung des Dichtungsringes 42 der ist, dass viele solcher Öffnungen in den Ring über der Ringperipherie verteilt gebohrt werden können, ohne dass irgendeine wesentliche Schwächung des Ringes verursacht wird. Somit können 8, 12 oder sogar 16 kleine Hohlraumangussöffnungen von einer einzigen Düsenanordnung versorgt werden, welche mit dem Dichtungsring der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Vorzugsweise ist der Dichtungsring 42 aus einem Werkstoff mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Werkstoffes, aus welchem die Düse 12 geformt ist. Auf diese Weise wird sich die Düse 12 bei Erwärmung innerhalb des Dichtungsringes 42 ausdehnen. Da die äussere Peripherie des Dichtungsringes an den Wänden, welche die Ausnehmung 46 bestimmen, anliegt, wird die Ausdehnung der Düse den Dichtungsring nach aussen drücken, um ihn gegen die Wand/Wände der Ausnehmung abzudichten sowie eine Klemmwirkung auf den Dichtungsring 42 auszuüben. Als ein Ergebnis wird eine gute Dichtung zwischen dem Dichtungsring und der Formenhohlraumplatte wie auch zwischen den Schmelzkanälen 38 und 56 erreicht, so dass Leckagen von geschmolzenem Kunststoff zwischen der Düse und dem Dichtungsring vermieden werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Dichtungsring aus Titan (einem Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5.3 X 10&supmin;&sup6; in/in/ºF) oder einer Titanlegierung hergestellt, während die Düse aus Stahl (einem Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 6.8 x 10&supmin;&sup6; in/in/ºF) oder einer Kupferlegierung, wie bspw. BeCu25 oder Ampco 945 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 9.5 X 10&supmin;&sup6; in/in/ºF hergestellt ist.
Zwei Umfangsblasenrinnen 48 und 50 und eine umfängliche Angussnut 52 sind in den Dichtungsring 42 eingearbeitet. Die Nuten 48, 50 und 52 erstrecken sich über den gesamten Umfang des Dichtungsringes, wobei sich die Angussnut 52 zwischen den Blasennuten 48 und 50 erstreckt.
Im Betrieb wird wenigstens etwas von dem geschmolzenen Kunststoff, welcher über die abgewinkelten Schmelzkanäle 56 und die Öffnungen 54 in die Angüsse 16 eingespritzt wird, zuerst die umfänglichen Anguss und Blasennuten 48, 50 und 52 füllen, da die Öffnungen 54 in Verbindung mit den Nuten stehen. Dieser Kunststoff wirkt als Wärmeisolator. Als ein Ergebnis stellt sich eine Verminderung der Wärme heraus, welche über den Dichtungsring 42 zu der Formenhohlraumplatte 28 übertragen wird.
Es wurde festgestellt, dass es durch den Gebrauch des Dichtungsringes der vorliegenden Erfindung zu keinem Auslaufen des isolierenden Kunststoffes in den Hauptschmelzstrom kommt, welcher durch die Öffnungen 54 und die Angüsse 16 fliesst. Somit findet das abgedichtete, seitliche Angusssystem der vorliegenden Erfindung insbesondere bei der Verarbeitung von wärmeempfindlichen Harzen Verwendung, bei denen es Notwendigkeit ist, eine Verschlechterung und Verunreinigung des Harzes zu vermeiden. Das abgedichtete seitliche Angusssystem der vorliegenden Erfindung ist auch in sofern vorteilhaft, als die verbesserten Wärmeisolationseigenschaften, die dadurch erlangt werden, bedeuten, dass das Düsenheizelement 20 nicht unnötig stark in Betrieb genommen zu werden braucht, um die Wärmeverluste zu kompensieren. Die Ausgestaltung des Dichtungsringes 42 ist am vorteilhaftesten dann, wenn häufiger Farbwechsel oder Wechsel des Harzes erforderlich ist, wobei eine einheitliche Zähigkeit aufrechterhalten wird und leichte Montage/Demontage ermöglicht wird. Ferner bietet die Ausgestaltung auch eine Möglichkeit, mehr Angüsse pro Düse anzubieten, was einen wichtigen Vorteil darstellt.
Obwohl der Dichtungsring 42 mit einer ringförmigen Ausgestaltung dargestellt ist, sollte verständlich sein, dass der Dichtungsring jede gewünschte Ausgestaltung oder Form aufweisen kann.

Claims

1. Spritzgiesssystem mit einem seitlich abgedichteten Heisskanalanguss, bestehend aus:

einer Formenhohlraumplatte (28) mit einer Ausnehmung (45, 46), welche wenigstens eine Spritzangussöffnung (16) aufweist;

einer Düse (12), welche in diese Ausnehmung (45, 46) eingreift und ein Endstück (40) und wenigstens einen Schmelzkanal (14, 38) für den Transport des geschmolzenen Kunststoffes aufweist, wobei dieser wenigstens eine Schmelzkanal (14) sich in das Endstück (40) der Düse (12) erstreckt; und

einem Dichtungselement (42), welches eng auf dem Endstück (40) der Düse (12) sitzt, wobei das Dichtungselement (42) wenigstens einen Schmelzkanal (56) aufweist, um den geschmolzenen Kunststoff von dem wenigstens einen Schmelzkanal (14, 38) zu der wenigstens einen Spritzangussöffnung (16) zu befördern, wobei dieser wenigstens eine Schmelzkanal (56) in dem Dichtungselement (42) mit dem wenigstens einen Schmelzkanal (14, 38) in der Düse (12) korrespondiert;

dadurch gekennzeichnet,

dass das Dichtungselement als Isolierung und als Auslaufschutz für die Spritzangussöffnung (16) zu der Ausnehmung (45, 46) wirkt, wobei das Dichtungselement in der Ausnehmung (46) in der Formenhohlraumplatte (28) angeordnet ist und wenigstens einer Wand, welche diese Ausnehmung (46) definiert, anliegt,

diese Ausnehmung (46) einen Durchmesser aufweist; und das Dichtungselement (42) einen äusseren Durchmesser (D&sub2;) aufweist, welcher im wesentlichen dem Durchmesser der Ausnehmung (46) entspricht;

wobei die durch Erwärmung verursachte Ausdehnung der Düsenanordnung (12) das Dichtungselement (42) nach aussen drückt, um es gegen die wenigstens eine Wand, welche die Ausnehmung (46) bestimmt, zu drücken;

wobei das Dichtungselement (42) mit der Formhohlraumplatte (28) in Verbindung steht und Mittel zur Verminderung der von dem Dichtungselement (42) auf die Formhohlraumplatte (28) übertragenen Wärme aufweist und diese wärmevermindernden Mittel zwei Blasennuten (48, 50) und eine Angussnut (52) aufweisen, welche in das Dichtungselement (42) eingeformt sind, wobei die Nuten (48, 50, 52) mit Kunststoff gefüllt sind, welcher als Wärmeisolator wirkt.

2. Spritzgiesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (42) aus einem Werkstoff mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt ist, als der Werkstoff, welcher die Düse (12) bildet, so dass, wenn die Düse (12) erwärmt wird und sich in diesem Dichtungsring (42) ausdehnt, eine Klemmwirkung auftritt, welche eine gute Dichtung zwischen dem wenigstens einen Schmelzkanal (38) in der Düse (12) und dem wenigstens einen Schmelzkanal (56) in dem Dichtungsring (42) gewährleistet.

3. Spritzgiesssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet ferner durch:

wenigstens eine Ausnehmung (18), welche sich entlang der Düse (12) erstreckt;

wenigstens ein Heizelement (20, 20'), welches in der wenigstens eine Ausnehmung (18) angeordnet ist, um den Kunststoff in den Schmelzkanälen (14, 38) in geschmolzenem Zustand zu erhalten;

einer Hülse (22), welche einen Teil der Düse (12) umgibt und dazu dient, das wenigstens eine Heizelement (20) in Position zu halten;

einen ringförmigen Isolator (24), welcher einen Teil der Hülse (22) umgibt; wobei

der Isolator (24) ein unteres Endstück (30), welches mit der Formhohlraumplatte (28) in Verbindung steht, und ein oberes Endstück, welches mit der Düse (12) in Verbindung steht, aufweist; und wobei

der Isolator (24) mittels der Hülse (22) in Position gehalten wird.