DE9016140U1

DE9016140U1 - Shut-off needle and unit equipped with it for injection molds

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Publication number: DE9016140U1
Application number: DE9016140U
Authority: DE
Original assignee: CUTTAT KURT PAUL GIVRINS CH
Current assignee: CUTTAT KURT PAUL GIVRINS CH
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-05-29
Anticipated expiration: 2000-02-24
Also published as: WO1990009876A1

Description

23. Februar 1990February 23, 1990

VERSCHLUSSNADEL UND DAMIT BESTÜCKTE EINHEIT FÜR SPRITZGUSSFORMENCLOSING NEEDLE AND UNIT EQUIPPED WITH IT FOR INJECTION MOLDS

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlussnadel und eine damit bestückte Einheit für Spritzgussformen gemäss dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1, resp. 5.^The present invention relates to a closure needle and a unit equipped therewith for injection molds according to the preamble of claim 1, respectively 5.^

Beheizte Verschlussnadeln sowie ihre Anwendung in Spritzgussformen sind seit einer Vielzahl von Jahren bekannt. Sie werden bei der Verarbeitung von thermoplastischen Formmassen sowohl für offene als auch für verschliessbare Düsen, sogenannte Verschlussdüsen, eingesetzt. In der Regel besteht bei den bekannten Verschlussnadeln der Nadelkörper aus Stahl und der Heizkörper ist darin eingeschoben und festgemacht oder ein Heizwendel ist direkt in die Nadel eingearbeitet. Die Aufgabe solcher Verschlussnadeln besteht darin, die Kunststoffschmelze vom Verteilerkanal bis zum Anschnitt der Formhöhlung in flüssigem Zustand zu halten, damit sie beim Einspritzvorgang ungehindert in die Formhöhlung strömen kann.Heated shut-off needles and their use in injection molds have been known for many years. They are used in the processing of thermoplastic molding compounds for both open and closable nozzles, so-called shut-off nozzles. As a rule, the needle body of the known shut-off needles is made of steel and the heating element is inserted and secured into it or a heating coil is incorporated directly into the needle. The task of such shut-off needles is to keep the plastic melt in a liquid state from the distribution channel to the gate of the mold cavity so that it can flow unhindered into the mold cavity during the injection process.

Alle bekannten bisher verwendeten Verschlussnadeln haben eine ungünstige Wärmeverteilung, weil bei den als Heizpatronen ausgebildeten eingeschobenen Heizkörpern die grösste Wärmedichte in der Mitte der Heizpatrone vorhanden ist und bei eingearbeiteten Heizwendeln unterschiedlicher Wattdichte die Wärme zu stark über den Nadelkörper zur Führungsbüchse geleitet wird. Dadurch bleibt der Kunststoff im Bereich der Führungsbüchse geschmolzen und wird durch den hohen Spritzdruck in diese hineingepresst, was zu Leckagen und Funktionsstörungen führen kann. Deshalb sind anspruchsvolle und thermisch empfindliche Kunststoffe, sogenannte Engineering Plastics, mit einem engen thermischen Verarbeitungsbereich nur mit Schwierigkeiten auf Spritzgussformen mit herkömmlichenAll known shut-off needles used to date have an unfavourable heat distribution because, with the inserted heating elements designed as heating cartridges, the greatest heat density is in the middle of the heating cartridge and, with integrated heating coils of different watt densities, the heat is conducted too strongly via the needle body to the guide bush. As a result, the plastic in the area of the guide bush remains melted and is pressed into it by the high injection pressure, which can lead to leaks and malfunctions. Therefore, demanding and thermally sensitive plastics, so-called engineering plastics, with a narrow thermal processing range, can only be injected with difficulty into injection moulds with conventional

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Verschlussnadeln verarbeitbar. Auch wird der Energieverbrauch durch die Verwendung der herkömmlichen Verschlussnadeln unnötig hoch, da ein Teil der Wärme an die Formplatten abgeleitet wird.Shut-off needles can be processed. The energy consumption is also unnecessarily high when using conventional shut-off needles, as part of the heat is dissipated to the mold plates.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile der bekannten innenbeheizten Verschlussnadeln sowie der damit bestückten Einheiten zu überwinden und eine Verschlussnadel und eine damit bestückte Einheit zu schaffen, die es ermöglichen, mit bestehenden Spritzgussformen auch anspruchsvolle Kunststoffe, beipielsweise solche mit hohem kristallinem Anteil, zu verarbeiten.The present invention is based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages of the known internally heated closure needles and the units equipped with them and of creating a closure needle and a unit equipped with it that make it possible to process demanding plastics, for example those with a high crystalline content, using existing injection molds.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mittels einer Verschlussnadel, wie sie in Schutzanspruch 1 definiert ist und einer damit bestückten Einheit, wie sie in Schutzanspruch 5 definiert ist, gelöst.According to the invention, this object is achieved by means of a locking needle as defined in claim 1 and a unit equipped therewith as defined in claim 5.

Mit einer derartigen Verschlussnadel, resp. Einheit, kann, bei geeigneter Materialwahl für den Schaft und die Spitze und durch die Unterbrechung der Wärmebrücken durch Spaltringräurae der Wärmeübergang von der beheizten Nadelspitze zum Schaft derart günstig beeinflusst werden, dass sich an der Verschlussnadel im Bereich von dessen Führungsteil eine Abdichtung aus erstarrtem Kunststoff bildet. Dies setzt voraus, dass die Oberflächentemperatur des Schaftes in diesem Bereich die Schmelztemperatur des Kunststoffes nicht erreicht, wogegen diese Temperatur im Bereich der Nadelspitze erreicht sein muss, was mit herkömmlichen beheizten Verschlussnadeln nicht oder nur sehr begrenzt möglich ist.With such a locking needle or unit, with a suitable choice of material for the shaft and the tip and by interrupting the thermal bridges with split ring grooves, the heat transfer from the heated needle tip to the shaft can be influenced so favorably that a seal made of solidified plastic forms on the locking needle in the area of its guide part. This requires that the surface temperature of the shaft in this area does not reach the melting temperature of the plastic, whereas this temperature must be reached in the area of the needle tip, which is not possible or only possible to a very limited extent with conventional heated locking needles.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind hiernach unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In letzterer zeigtAdvantageous embodiments of the invention are described below with reference to the drawing. The latter shows

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform des Verschlussdüsen-Typs, der eine erfindungsgemässe Verschlussnadel enthält, die die Angussöffnung durch Federdruck verschlossen hält,Fig. 1 is a longitudinal section through that part of an injection mold of the shut-off nozzle type which contains a shut-off needle according to the invention which keeps the sprue opening closed by spring pressure,

Fig. 2 einen entsprechenden Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform des Offendüsen-Typs, der eine erfindungsgemässe Verschlussnadel enthält, die fest steht,Fig. 2 a corresponding longitudinal section through that part of an injection mold of the open nozzle type which contains a closure needle according to the invention which is fixed,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch jenen Teil >einer Spritzgussform, der eine erfindungsgemässe hydraulisch bewegte Verschlussnadel enthält, undFig. 3 is a longitudinal section through that part of an injection mold that contains a hydraulically actuated shut-off needle according to the invention, and

Fig. 4 ein Detail einer erfindungsgemässen Verschlussnadel im Bereich des Heizkörpers, ebenfalls im Längsschnitt.Fig. 4 a detail of a locking needle according to the invention in the area of the radiator, also in longitudinal section.

In Fig. 1 ist schematisch die Situation in jenem Teil einer Mehrfach-Spritzgussform des Verschlussdüsen-Typs dargestellt, in welchem diese eine Angussöffnung 17 mit einer damit zusammenwirkenden erfindungsgemässen Verschlussnadel enthält. Dabei ist bewusst auf die Darstellung konstruktiver Details der Spritzgussform, resp. von deren Einzelteilen wie der ein Formnest5 enthaltenden Formplatte 6, der vorderen Kanalplatte 7, der hinteren Kanalplatte 8 und der Aufspannplatte 9 verzichtet worden, da sie für das Verständnis der Erfindung irrelevant sind. Man erkennt in dieser Figur eine im wesentlichen aus einer Nadelspitze 1 und einem Schaft 2 bestehende erfindungsgemässe Verschlussnadel, die im hinteren Bereich des Schaftes 2, in einem Durchbruch 15 der Aufspannplatte 9 einen Anschlusskopf 13 aufweist, der der Befestigung eines Kabelschuhes 14 einer elektrischen Zuführung 12 für die Versorgung des in der Nadelspitze 1 eingeschobenem Heizkörpers 3 mit elektrischer Energie, dient. Der vordere Teil der erfindungsgemässen Verschlussnadel ragt in einen Isolierkanal 16 hinein, in welchem er durch die Wirkung eines vorteilhafterweise in einem Federkäfig 10 angeordneten Federpaketes 11 nach unten gedrückt wird, derart, dass dieFig. 1 shows a schematic view of the situation in that part of a multiple injection mold of the shut-off nozzle type, in which it contains a sprue opening 17 with a shut-off needle according to the invention that interacts with it. The depiction of structural details of the injection mold, or rather of its individual parts such as the mold plate 6 containing a mold cavity 5, the front channel plate 7, the rear channel plate 8 and the clamping plate 9, has been deliberately omitted, as they are irrelevant to understanding the invention. In this figure, one can see a shut-off needle according to the invention, which essentially consists of a needle tip 1 and a shaft 2, and which has a connection head 13 in the rear region of the shaft 2 in an opening 15 of the clamping plate 9, which serves to attach a cable lug 14 of an electrical feed 12 for supplying the heating element 3 inserted in the needle tip 1 with electrical energy. The front part of the closure needle according to the invention projects into an insulating channel 16, in which it is pressed downwards by the effect of a spring assembly 11, which is advantageously arranged in a spring cage 10, in such a way that the

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Angussöffnung 17 durch die Nadelspitze 1 veschlossen wird. Die Verschlussnadel wird dabei im Bereich ihres Eintritts in den Isolierkanal 16 in einer Führungsbüchse 4 geführt, die derart ausgelegt ist, dass nur ein minimales Spiel zwischen dem Schaft 2 und der Führungsbüchse 4 vorhanden ist.The sprue opening 17 is closed by the needle tip 1. The closing needle is guided in the area of its entry into the insulating channel 16 in a guide bush 4, which is designed in such a way that only a minimal play is present between the shaft 2 and the guide bush 4.

Man erkennt in Fig. 1 und insbesondere auch aus Fig. 4, wie der Heizkörper 3 in der Nadelspitze 1 untergebracht ist. Vorteilhafterweise ist er mittels Schiebepassung in letztere eingeschoben und letztere mechanisch gegen ein Ausziehen aus dem Schaft 2 gesichert. Sie weist ferner ein Heizwendel 18 auf, das im vorderen, der Spitze der Nadelspitze 1 zugewandten Seite, am engsten gewunden ist und somit daselbst die höchste Wattdichte aufweist. In dieser Zone kann auch ein hier nicht dargestelltes Thermoelement untergebracht sein, das mit einer Regelung für das Heizelement verbunden sein kann. Die Heizelementwand 19 ist vorteilhafterweise mittels einer Wärmeleitpaste mit der Innenwand der Nadelspitze 1 thermisch wirkverbunden, derart, dass zwischen diesen beiden Elementen ein möglichst optimaler Wärmeübergang sichergestellt ist. Demgegenüber ist die Aussenwand der Nadelspitze 1, wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, derart ausgebildet, dass sie nicht auf ihrer gesamten Länge an der Schaftinnenwandung anliegt, da ein ungehinderter Wärmeübergang zwischen diesen beiden Elementen aus den hiernach aufgezählten Gründen möglichst verhindert werden muss. Dies wird erfindungsgemäss mittels Spaltringräumen 20 und die Verwendung von unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Materialien für die Nadelspitze 1 und den Schaft 2 erreicht.It can be seen in Fig. 1 and in particular in Fig. 4 how the heating element 3 is housed in the needle tip 1. It is advantageously pushed into the latter by means of a sliding fit and the latter is mechanically secured against being pulled out of the shaft 2. It also has a heating coil 18 which is wound most tightly on the front side facing the tip of the needle tip 1 and thus has the highest watt density there. A thermocouple (not shown here) can also be housed in this zone, which can be connected to a control for the heating element. The heating element wall 19 is advantageously thermally connected to the inner wall of the needle tip 1 by means of a thermally conductive paste in such a way that the best possible heat transfer is ensured between these two elements. In contrast, the outer wall of the needle tip 1, as can best be seen in Fig. 4, is designed in such a way that it does not lie against the inner wall of the shaft over its entire length, since unhindered heat transfer between these two elements must be prevented as far as possible for the reasons listed below. This is achieved according to the invention by means of gap ring spaces 20 and the use of materials with different heat conduction properties for the needle tip 1 and the shaft 2.

Diese Ausgestaltung der Verbindung von Nadelspitze 1 und Schaft 2 der erfindungsgemässen Verschlussnadel bewirkt, dass bei Betriebstemperatur der Spitze die Temperatur an der Führungsbüchse 4 nie gleich oder höher sein kann als die Schmelztemperatur des Kunststoffes ist. Bei adäquater Steuerung des Heizkörpers 3, resp. korrekter Einstellung von dessen Temperatur kann somit erreicht werden, dass ein für dieThis design of the connection between the needle tip 1 and the shaft 2 of the inventive shut-off needle means that at the operating temperature of the tip, the temperature at the guide bush 4 can never be equal to or higher than the melting temperature of the plastic. With adequate control of the heating element 3, or correct setting of its temperature, it can thus be achieved that a

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Verarbeitung der Formmasse im Verschlussnadelbereich des Isolierkanals 16 günstiges Temperaturprofil vorhanden ist, das es ermöglicht, dass sich im Bereich der Führungsbüchse 4 und der Isolierkanalwandungen verfestigter Kunststoff als Isolation, resp. als Abdichtung der Öffnung zwischen der Führungsbüchse 4 und dem Schaft 2 absetzt und lediglich eine plastische Seele der zu verarbeitenden Formmasse im Isolierkanal 16 vorhanden ist, was auch bei empfindlichen Kunststoffschmelzen, wie z.B. kristallinen Kunststoffschmelzen, eine schonende und problemlose Verarbeitung ermöglicht. Es ist vorteilhaft, wenn der Heizkörper 3 mit einem 6-kant-Anschlusskopf 13 für den Anschluss der elektrischen Leitungen versehen ist.Processing of the molding compound in the locking needle area of the insulating channel 16 provides a favorable temperature profile that allows solidified plastic to settle in the area of the guide bush 4 and the insulating channel walls as insulation or as a seal for the opening between the guide bush 4 and the shaft 2 and only a plastic core of the molding compound to be processed is present in the insulating channel 16, which enables gentle and problem-free processing even with sensitive plastic melts, such as crystalline plastic melts. It is advantageous if the heating element 3 is provided with a hexagonal connection head 13 for connecting the electrical lines.

Aus Fig. 2, die die anhand von Fig. 1 erläuterten konstruktiven Details einer erfindungsgemässen Verschlussnadel nicht nochmals zeigt, lässt sich entnehmen, dass eine solche Verschlussnadel auch bei Spritzgussformen des Offendüsen-Typs mit stillstehender Verschlussnadel anwenden lässt.From Fig. 2, which does not show the structural details of a shut-off needle according to the invention explained with reference to Fig. 1, it can be seen that such a shut-off needle can also be used in injection molds of the open nozzle type with a stationary shut-off needle.

Entsprechend dient Fig. 3 dazu, zu veranschaulichen, dass die erfindungsgemässen Verschlussnadeln sowohl mechanisch mittels Federpaketen 11 und 11' als auch hydraulisch betätigt werden können. In letzterem Falle bedarf die Spritzgussform oberhalb der Aufspannplatte 9 einer Verschlussplatte 21, in der die für die Betätigung der Verschlussnadel notwendigen Hydraulikkanäle 22 und 23 und ein Kolben 25 sowie ein Verschlussdeckel 24 untergebracht sind.Accordingly, Fig. 3 serves to illustrate that the closure needles according to the invention can be actuated both mechanically by means of spring assemblies 11 and 11' and hydraulically. In the latter case, the injection mold requires a closure plate 21 above the clamping plate 9, in which the hydraulic channels 22 and 23 required for actuating the closure needle and a piston 25 as well as a closure cover 24 are housed.

Bei dieser Lösung wird vorteilhafterweise ein Federkäfig 10' verwendet, der derart ausgebildet ist, dass er mit einem Stössel 26 zusammenwirken kann.In this solution, a spring cage 10' is advantageously used, which is designed in such a way that it can interact with a plunger 26.

Um in der Anwendung und während dem Betrieb der Spritzgussform keine Schwierigkeiten zu bereiten ist es angezeigt, wenn der Heizkörper 3 für den Betrieb mit Niederspannung, beispielsweise 42 Volt, ausgelegt wird. Dies ermöglicht dieIn order to avoid any difficulties in the application and operation of the injection mold, it is advisable to design the heater 3 for operation with low voltage, for example 42 volts. This enables

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Wahl von Leitungsquerschnitten, die für das Heizwendel 18 eine optimale Lebensdauer ergeben und für die Zuführungen 12 leicht zu handhaben sind. Zudem werden unnötige, durch Netzspannung bedingte Risiken vermieden und die Regelung der Wärmeleistung vereinfacht.Selection of cable cross-sections that provide an optimal service life for the heating coil 18 and are easy to handle for the feed lines 12. In addition, unnecessary risks caused by mains voltage are avoided and the regulation of the heat output is simplified.

Der Fachmann erkennt, dass die erfindungsgemässe Verschlussnadel sowie die damit bestückte Einheit problemlos in unterschiedlichen, vorteilhafterweise standardisierten Grossen herstellbar sind, beispielsweise für kleine, mittlere und grosse Spritzgussforraen.The person skilled in the art will recognize that the closure needle according to the invention and the unit equipped with it can be easily manufactured in different, advantageously standardized sizes, for example for small, medium and large injection molding molds.

Der Fachmann erkennt ferner, dass die erfindungsgemässe Verschlussnadel sowie die damit bestückte Einheit gegenüber herkömmlichen innenbeheizten Nadeln wesentliche Vorteile bieten, die insbesondere darin liegen, dass die Kunststoffschmelze im Kontakt mit der Verschlussnadel nur an der Nadelspitze der höchsten zulässigen Temperatur ausgesetzt wird und somit schonend verarbeitet werden kann. Die Tatsache, dass es erstmals mit der erfindungsgemässen Verschlussnadel möglich ist, die Vorteile der Spritzgussformen mit Isolierkanal über den Verschlussnadelbereich bis zur Angussöffnung hin nutzen zu können, erweist sich bei anspruchsvollen, insbesondere kristallinen Kunststoffschmelzen mit sehr enger Temperaturhysterese als besonders vorteilhaft.The person skilled in the art will also recognize that the closure needle according to the invention and the unit equipped with it offer significant advantages over conventional internally heated needles, which in particular lie in the fact that the plastic melt in contact with the closure needle is only exposed to the highest permissible temperature at the needle tip and can therefore be processed gently. The fact that the closure needle according to the invention makes it possible for the first time to use the advantages of injection molds with an insulating channel across the closure needle area up to the sprue opening proves to be particularly advantageous for demanding, particularly crystalline plastic melts with very narrow temperature hysteresis.

Erwähnenswert ist diesbezüglich auch, dass die Verwendung einer erfindungsgemässen Verschlussnadel, resp. einer damit bestückten Einheit, in praktisch allen Spritzgussformen, die für den Betrieb mit Düsen- oder Verschlussnadeln ausgelegt sind, problemlos möglich ist und dem Formenbauer eine entsprechende Umrüstung der Spritzgussformen keinerlei Schwierigkeiten bereitet.It is also worth mentioning in this regard that the use of a shut-off needle according to the invention, or a unit equipped with it, is possible without any problems in practically all injection molds that are designed for operation with nozzle or shut-off needles, and that the mold maker has no difficulty in converting the injection molds accordingly.

Claims

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1. Shut-off needle for injection moulds, comprising a
Needle tip (1) with a heating element (3) arranged therein and a shaft (2), characterized in that the
Contact surfaces of needle tip (1) and shaft (2) by
Gap ring spaces (20) are deliberately interrupted in such a way that the heat transfer from the needle tip (1) to the shaft (2) is smaller than that between the heating element (3) and the needle tip (1) and that the heating element (3) is designed such that it extends along the longitudinal axis of the shut-off needle in the direction of
The heat flux density increases towards the needle tip (1).

2. Closure needle according to claim 1, characterized in that the needle tip (1) consists of a material which
has better thermal conductivity properties than the material from which the shaft (2) is made.

3. Shut-off needle according to claim 1, characterized in that the heating element (3) has a hexagonal connection head (13)
and is designed for low voltage operation.

4. Shut-off needle according to claim 1, characterized in that the heating element (3) is equipped with a thermocouple.

5. Equipped with a locking needle according to claim 1
Unit with a guide bush (4), an actuating unit (11, 11', 25) for the locking needle and a power supply (12, 14), characterized in that the actuating unit (25, 11, 11') is hydraulic and/or mechanical and the
Shut-off needle in assembled state in the guide bush

(4) can move back and forth to thereby in the

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In order to be able to seal a sprue opening (17) when installed in the injection mold.

6. Unit according to claim 5, characterized in that the mechanical actuation unit consists of a disc spring package (11) which presses the needle tip (1) with a predetermined contact pressure against the sprue opening (17) of the injection mold.

7. Unit according to claim 5, characterized in that it is designed in terms of temperature profile such that during operation of the injection molding mold in the area in which the shaft (2) enters the guide bush (4), the molding compound can solidify and/or crystallize around the guide bush (4) and the shaft (2), whereas in the area of the needle tip (3) it is kept in a plastic and/or liquid state.