DE102016203995A1

DE102016203995A1 - Heißkanalsystem und damit verbundene Düsenheizeinrichtungen

Info

Publication number: DE102016203995A1
Application number: DE102016203995.4A
Authority: DE
Inventors: Christian SLISSE; George Olaru; Satinder Singh
Original assignee: Otto Maenner Innovation GmbH
Current assignee: Otto Maenner Innovation GmbH
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Also published as: US20170259481A1; CN107175799B; CN107175799A

Abstract

Eine Heißkanal-Spritzgießvorrichtung weist eine Heißkanaldüse und eine mit dem Düsenkörper verbundene erste Heizeinrichtung der Düse auf. Ein separater Formanschnitteinsatz umgibt den Düsenspitzenbereich der Düse und der Formanschnitteinsatz wird von einer zweiten Heizeinrichtung beheizt, welche separat und unabhängig von der Düsenkörperheizeinrichtung ist. Die von der ersten Heizeinrichtung erzeugte Temperatur wird von einem ersten Thermoelement erfasst und die Temperatur, die von der zweiten Heizeinrichtung erzeugt wird, von einem zweiten Thermoelement. Eine Steuereinrichtung wird eingesetzt, um die Temperatur der ersten Heizeinrichtung und die Temperatur der zweiten Heizeinrichtung jederzeit unabhängig voneinander einzustellen, die zweite Heizeinrichtung wird verwendet, um entweder i) zu Schmelzen, und auf diese Weise ein schnelleres Entfernen eines kühleren geschmolzenen Materials, das sich während eines Farbwechselvorgangs um die Düsenspitze gesammelt hat, zu ermöglichen, oder ii) um die Temperatur der Düsenspitze von einer zur nächsten Düse anders zu senken oder zu erhöhen.

Description

Die Offenbarung betrifft Heißkanaldüsen zum Spritzgießen und damit verbundene Heizeinrichtungen zum Steuern der Temperatur der Heißkanaldüsen.
Heißkanal-Spritzgießsysteme sind bekannt. Abhängig von der Anwendung und anderen Betrachtungen können die Heißkanalsysteme für thermisch gesteuerte Düsen oder Nadelverschlussdüsen verwendet werden. Hierzu wird Bezug genommen auf US-Patent 6,609,902 und US-Patent 6,921,257 , die thermisch geregelte Heißkanaldüsen zeigen. In diesem Zusammenhang wird weiter Bezug genommen auf US-Patent 6,921,259 und US-Patent 8,419,417 , welche Heißkanal-Nadelventildüsen zeigen.
Die bekannten thermisch geregelten Düsen oder Nadelventildüsen arbeiten für einige gießbare Teile, für einige Kunststoffwerkstoffe und für einige Anwendungen einwandfrei. Dennoch sind die bekannten Heißkanaldüsen für viele praktische Anwendungen und Situationen unterschiedlich gestaltet, um für eine verbesserte Steuerung des Wärmeprofils entlang der Düse und speziell in den Bereichen um das Ende der Düsenspitze und in der Nähe der Formanschnittöffnung zu sorgen. In diesem Zusammenhang wird weiter Bezug genommen auf US-Patent 5,061,174 , auf US-Patent 5,871,786 und auf US-Patent 7,914,271 , welche thermisch geregelte Heißkanaldüsen offenbaren. Weiter wird in diesem Zusammenhang Bezug genommen auf US-Patent 5,470,219 und auf WO 2015/105817 , welche Heißkanal-Nadelventildüsen beschreiben.
Während des Spritzgießens ist der Düsenspitzenbereich generell kälter als der mittlere Bereich der Düse, aufgrund von Wärmeverlusten an die Gießform in der Nähe der Formhohlraumöffnung, wo die Düsenspitze angeordnet ist. Infolgedessen ist eine Schmelzevorkammer einer Düse beispielsweise kälter als der Schmelzekanal. Falls die Temperatur im Schmelzekanal in einigen Bereichen zu niedrig ist, beispielsweise im Bereich der Kontaktfläche zwischen der Düsenspitze und der Formhohlraumöffnung, können sich verschiedene Prozessprobleme ergeben, wie zum Beispiel Schwierigkeiten mit der Inbetriebnahme oder bei Farbwechseln. In gleicher Weise können sich Probleme bei der Qualität des gegossenen Produkts ergeben, wie beispielsweise ein Aufbau der Anschnittöffnung oder Einschlüsse von „Chips” von vorzeitig erstarrter Schmelze.
Hiervon ausgehend besteht ein Bedarf, die oben genannten und vergleichbare Heißkanaldüsen für Anwendungen weiter zu verbessern, die einen schnelleren Farbwechsel zwischen Chargen von Gussteilen erfordern, um den Werkstoffverlust zu verringern und die Produktivität zu steigern.
Es besteht ein Bedarf, die oben genannten und vergleichbare Heißkanaldüsen für Anwendungen weiter zu verbessern, die präzise und visuell ästhetische Gussteile erfordern, um die Zahl beanstandeter Gussteile zu reduzieren und auch um die Anforderungen einer Anwendung oder eines Kunden zu erfüllen.
Es besteht ein Bedarf, die oben genannten und vergleichbare Heißkanaldüsen weiter für Anwendungen zu verbessern, die ein ausgeglicheneres Wärmeprofil entlang der Düse erfordern, um Gussteile aus verschiedenen Werkstoffen gießen zu können, welche ein größeres Betriebsfenster der Düse erfordern.
Um Einschränkungen des Stands der Technik zu überwinden, weist eine Spritzgießvorrichtung gemäß der Erfindung einen Verteiler mit einem Verteilereinlass zum Aufnehmen von geschmolzenem Kunststoff bzw. Harzwerkstoff und einer Vielzahl von Verteilerauslässen auf. Die Spritzgießvorrichtung weist eine Vielzahl von mit den Verteilerauslässen verbundenen Heißkanaldüsen auf, welche in einzelnen Öffnungen einer Formplatte angeordnet sind. Jede Heißkanaldüse weist einen Düsenkörper und eine Düsenspitze auf. Die Heißkanaldüse weist ferner ein erstes mit dem Düsenkörper verbundenes Heizelement und ein erstes Thermoelement zum Erfassen einer vom ersten Heizelement erzeugten Wärmemenge auf.
Die Spritzgießvorrichtung weist ferner eine Vielzahl von Formanschnitteinsätzen auf, die in den Öffnungen der Formplatte und in der Nähe der Düsenspitzen angeordnet sind. Die Formanschnitteinsätze sind separat von den Düsen und von den Düsenspitzen, um einen direkten Kontakt und einen Wärmeübergang zwischen diesen zu vermeiden und um ein Entfernen von Düsen durch eine axiale Verschiebung gegenüber den Formanschnitteinsätzen zu ermöglichen. Die Formanschnitteinsätze weisen eine innere Fläche, eine äußere Fläche und eine Formhohlraumfläche auf, welche wenigstens einen Bereich eines Formhohlraums benachbart zur Formanschnittöffnung bildet. Jeder Formanschnitteinsatz wird von einem zweiten Heizelement beheizt, wobei eine vom zweiten Heizelement erzeugte Wärmemenge von einem zweiten Thermoelement erfasst wird.
Die Spritzgießvorrichtung weist ferner eine Vielzahl von mit den Düsen verbundenen Düsendichtungen auf. Die Düsendichtung berührt die innere Fläche des Formanschnitteinsatzes und sorgt für ein Abdichten und Ausrichten der Düse gegenüber der Formanschnittöffnung. Die Düsendichtungen begrenzen ferner eine Wärmeübertragung von der Düse zum Formanschnitteinsatz, wenn das zweite Heizelement aktiviert ist. Die Spritzgießvorrichtung weist auch eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, Temperaturdaten vom ersten Thermoelement und vom zweiten Thermoelement zu empfangen, um das erste Heizelement und das zweite Heizelement unabhängig voneinander einzustellen.
Bei der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung sind die Düsen in Formanschnitteinsätzen angeordnet, welche von einem zweiten Heizelement beheizt werden. Die Formanschnitteinsätze definieren die Schnittstelle zwischen den Heißkanaldüsen und der Gießform. Die Wärmemenge des zweiten Heizelements wird von einem zweiten Thermoelement erfasst und ist über eine Steuereinrichtung der Spritzgießvorrichtung unabhängig einstellbar. Basierend auf wenigstens den vom zweiten Thermoelement empfangenen Daten ist die Wärmeabgabe des zweiten Heizelements mittels der Steuereinrichtung einstellbar, um den Wärmeverlust an die Form in der Nähe der Formhohlraumöffnung auszugleichen.
Der Verteilereinlass nimmt geschmolzenen Kunststoff bzw. Harzwerkstoff auf. In der folgenden Beschreibung wird nicht zwischen der Verwendung von geschmolzenem Kunststoff oder der Verwendung eines Harzwerkstoffs unterschieden. Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung beziehen sich auf Heißkanal-Spritzgießvorrichtungen unabhängig von der Verarbeitung eines Harzwerkstoffes oder eines geschmolzenen Kunststoffs.
Eine Heißkanal-Spritzgießvorrichtung weist einen Heißkanalverteiler und mehrere Düsen auf, die mit dem Verteiler verbunden sind. Jede Düse weist eine erste Heizeinrichtung auf, die mit dem Düsenkörper verbunden ist. Die Wärmemenge des ersten Heizelements wird von einem ersten Thermoelement erfasst. Basierend auf wenigstens den vom ersten Thermoelement empfangenen Daten ist die Wärmeabgabe des ersten Heizelements mittels der Steuereinrichtung unabhängig von der Wärmeabgabe des zweiten Heizelements einstellbar, um ein geeignetes Wärmeprofil entlang des Düsenkörpers und insbesondere entlang des Schmelzekanals innerhalb des Düsenkörpers vorsehen.
Die Düsenspitze ist in einem Formanschnitteinsatz angeordnet, welcher von der zweiten Heizeinrichtung beheizt wird. Die zweite Heizeinrichtung ist unabhängig von der ersten Heizeinrichtung und ist auf einer äußeren Fläche des Formanschnitteinsatzes angeordnet.
Jede Düse weist eine Düsenspitze und eine Düsendichtung auf. Die Düsendichtung berührt eine innere Fläche des Formanschnitteinsatzes. Die Düsendichtung ist am vorderen Abschnitt der Düse angeordnet, insbesondere an der Düsenspitze oder am vorderen Ende des Düsenkörpers. Die Düsendichtung definiert die Schnittstelle zwischen der Düse und dem Formanschnitteinsatz und dient insbesondere – abhängig von der Anwendung – zum Positionieren und Abdichten der Düse gegenüber dem Formanschnitteinsatz bzw. der Formöffnung.
Die von der ersten Heizeinrichtung erzeugte Temperatur wird vom ersten Thermoelement erfasst und die von der zweiten Heizeinrichtung erzeugte Temperatur vom zweiten Thermoelement. Die Steuereinrichtung wird verwendet, um zu jeder Zeit die Temperatur der ersten Heizeinrichtung und die Temperatur der zweiten Heizeinrichtung unabhängig einzustellen, die zweite Heizeinrichtung wird verwendet, um entweder i) zu Heizen und zu Schmelzen und auf diese Weise ein schnelleres Entfernen eines kühleren geschmolzenen Werkstoffs zu ermöglichen, der sich um die Düsenspitze während eines Farbwechselvorgangs gesammelt hat oder zum Vermeiden und/oder Beseitigen eines Aufbaus an der Anschnittöffnung oder ii) zum unterschiedlichen Senken oder Erhöhen der Temperatur der Düsenspitze von einer Düse zur nächsten oder iii) bei einem Anfahrvorgang vor dem Einspritzen von Schmelze in den Formhohlraum.
Abhängig von der Anwendung und dem verarbeiteten Werkstoff kann die Düsendichtung aus einem Werkstoff hergestellt sein, welcher i) eine geringere thermische Leitfähigkeit aufweist, als das der Werkstoff der Düsenspitze, um eine thermische Isolierung der Spitze gegenüber dem Formanschnitteinsatz vorzusehen, oder ii) die gleiche thermische Leitfähigkeit aufweist, als der Werkstoff der Düsenspitze, um einen Wärmeübergang vom Formanschnitteinsatz zur Düsenspitze zu ermöglichen, oder iii) eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist, als der Werkstoff der Düsenspitze, um den Wärmeübergang vom Formanschnitteinsatz zur Düsenspitze zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform ist die Heißkanaldüse eine thermisch geregelte Düse. Hier ist das zweite Heizelement eingerichtet, einen Raumbereich aufzuheizen, der zwischen der inneren Fläche des Formanschnitteinsatzes, einer äußeren Fläche der Düsenspitze und der Düsendichtung definiert ist, um ein Entfernen eines Schmelzepfropfens im Raumbereich zwischen aufeinander folgenden Einspritzschritten vorzusehen.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die Heißkanaldüse eine Nadelventildüse. Hier ist das zweite Heizelement eingerichtet, die Formanschnittöffnung auf eine vom Harz/Schmelzewerkstoff abhängige Temperatur aufzuheizen, welche ein Entfernen eines Schmelzepfropfens ermöglicht, der sich zwischen Einspritzzyklen bildet.
Die Erfindung wie oben beschrieben ist mit Bezug auf Heißkanaldüsen in Form von thermisch geregelten Düsen (auch bekannt als thermisch verschließende Düsen) oder in Form von Nadelventildüsen (auch bekannt als Nadel verschließende Düsen oder Nadelverschlussdüsen) anwendbar. Die Erfindung ist ferner anwendbar für Spritzgießvorrichtungen mit Heißkanaldüsen, bei welchen die Düsenspitze integral mit dem Düsenkörper ausgebildet ist, oder wobei die Düsenspitze separat vom Düsenkörper ist. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung haben eine positive Auswirkung auf all diese Spritzgießvorrichtungen.
Bei einer Ausführungsform ist die Düsenspitze aus einem anderen Werkstoff hergestellt als der Düsenkörper. Da unterschiedliche Werkstoffe unterschiedliche thermische Leitfähigkeiten haben, ist es möglich, den Wärmefluss zwischen der Düsenspitze und dem Düsenkörper durch die Wahl von geeigneten Werkstoffen für den Düsenkörper und die Düsenspitze zu beeinflussen.
Bei einer Ausführungsform ist das zweite Heizelement zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes ein abnehmbares Heizelement. Abnehmbare Elemente sind einfacher zu warten und im Falle eines Defekts oder falls für unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Wärmeabgaben erforderlich sind, austauschbar.
Bei einer Ausführungsform ist das zweite Heizelement zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes ein eingebettetes Heizelement. Eingebettete Heizelemente sind üblicherweise in speziell gestalteten und positionierten Aufnahmeausnehmungen am Formanschnitteinsatz aufgenommen, um den Wärmefluss vom Heizelement zum Formanschnitteinsatz zu verbessern.
Eine Ausführungsform des zweiten Heizelements zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes weist wenigstens eine gerade Patronenheizeinrichtung auf. Eine andere Ausführungsform des zweiten Heizelements zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes weist wenigstens ein Heizelement auf, welches eine Heizwicklung oder eine gerade Patronenheizeinrichtung aufweist. Die Auswahl des Heizelementtyps hängt von der Anwendung ab, insbesondere von der Gestaltung der Gießform und des Formanschnitteinsatzes (zum Beispiel bezüglich Raumerfordernissen) und von der erforderlichen Wärmeabgabe für die jeweilige Anwendung.
Bei einer Ausführungsform weist der Formanschnitteinsatz eine Kühleinrichtung auf. Die Kühleinrichtung wird nach dem Einspritzschritt eingesetzt, zum Kühlen wenigstens eines neben der Formanschnittöffnung angeordneten Bereichs des Formanschnitteinsatzes, um ein schnelles Erstarren des Gussteils zu ermöglichen und auf diese Weise auch den Spritzgießzyklus zu verkürzen. Bei einer Ausführungsform ist die Kühleinrichtung wasserbasiert und bei einer anderen Ausführungsform ist die Kühleinrichtung gasbasiert. Insbesondere ist die Kühleinrichtung eine eingebettete Kühleinrichtung, welche Kühlleitungen aufweist, durch welche eine Kühlflüssigkeit fließt. Die Kühlleitungen sind insbesondere innerhalb oder benachbart zum Formanschnitteinsatz ausgebildet und insbesondere benachbart zur Formanschnittöffnung.
Bei einer Ausführungsform ist eine thermische Isolierungsbeschichtung an einer äußeren Fläche des Formanschnitteinsatzes aufgebracht. Mittels der thermischen Isolierungsbeschichtung kann der Wärmeübergang vom zweiten Heizelement auf den Formanschnitteinsatz begrenzt werden. Abhängig von der Position der thermischen Isolierungsbeschichtung auf dem Formanschnitteinsatz ist es möglich, Bereiche mit einem geringen Wärmeübergang (beschichtete Bereiche) zu definieren, und Bereiche mit großem Wärmeübergang (Bereiche ohne Beschichtung).
Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.
1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit thermisch geregelten Düsen für ein Spritzgießverfahren;
1B zeigt eine detailliertere Schnittansicht einer thermisch geregelten Düse der beispielhaften Ausführungsform aus 1A;
1C zeigt eine detailliertere Schnittansicht des Bereichs des Formanschnitts der beispielhaften Ausführungsform aus 1A;
2A–2C zeigen unterschiedliche Ansichten des Formanschnitteinsatzes mit Patronenheizeinrichtungen der beispielhaften Ausführungsform aus 1A;
3A–3C zeigen unterschiedliche Ansichten des Formanschnitteinsatzes mit einer Heizwicklung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit thermisch geregelten Düsen;
4A–4C zeigen unterschiedliche Ansichten des Formanschnitteinsatzes mit einer eingebetteten Heizeinrichtung und einer Kühleinrichtung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit thermisch geregelten Düsen;
5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit Ventilnadeldüsen für ein Spritzgießverfahren;
6A–6D zeigen verschiedene Ansichten des Formanschnitteinsatzes mit Patronenheizeinrichtungen der beispielhaften Ausführungsform aus 5;
7A–7C zeigen verschiedene Ansichten des Formanschnitteinsatzes mit Patronenheizeinrichtungen und einer austauschbaren Spitze einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit Nadelventildüsen;
8A–8C zeigen verschiedene Ansichten des Formanschnitteinsatzes mit einer Heizwicklung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit Nadelventildüsen;
9A–9C zeigen verschiedene Ansichten des Formanschnitteinsatzes mit einer eingebetteten Heizwicklung und einer Kühleinrichtung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit Nadelventildüsen; und
10 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Heißkanalvorrichtung gemäß der Erfindung aufweisend eine Steuereinrichtung zum Einstellen wenigstens der Wärmeabgabe der ersten und zweiten Heizelemente.
1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung 12 mit thermisch geregelten/offenen Düsen für ein Spritzgießverfahren. Die Heißkanalvorrichtung 12 dient für einen Spritzgießverfahren und weist eine thermisch geregelte Düsenanordnung 20 auf (bei der beispielhaften Ausführungsform mit vier Düsen; die Anzahl der Düsen, die in einer thermisch geregelten Düsenanordnung enthalten ist, hängt von der Anwendung ab und kann auch zwei oder mehr als vier betragen, bis zu 64 oder 128 Düsen sind auch möglich), die mit einem Heißkanalverteiler 19 verbunden ist, der einen Verteilereinlass 17 aufweist, um geschmolzenen Kunststoff aufzunehmen, und eine Vielzahl von Verteilerauslässen (nicht gezeigt). Die Heißkanaldüsen 20a sind in einzelnen Öffnungen 30a einer Formplatte angeordnet, welche bei der beispielhaften Ausführungsform aus 1A Formhohlraumblöcke 30 aufweist. In jedem Formhohlraumblock 30 ist eine Vertiefung angeordnet, welche einen Teil des Formhohlraums 32 bildet.
Jede Heißkanaldüse 20a weist einen Düsenkörper 22 und eine Düsenspitze 23 auf, die Heißkanaldüse 20a weist ferner ein erstes Heizelement 21 auf, dass mit dem Düsenkörper 22 verbunden ist und ein erstes Thermoelement 18, zum Erfassen einer Wärmemenge, die vom ersten Heizelement 21 erzeugt wird. Die beispielhafte Heißkanalvorrichtung 12 weist vier Formanschnitteinsätze 28 auf, die in Öffnungen 30a angeordnet sind. In der Nähe der Düsenspitzen 23 weisen die Formanschnitteinsätze 28 eine innere Fläche 28a und eine äußere Fläche 28b und eine Formhohlraumfläche 35 auf, welche einen Bereich des Formhohlraums 32 bildet. Jeder Formanschnitteinsatz 28 wird von einem zweiten Heizelement 25 beheizt. Eine vom zweiten Heizelement 25 erzeugte Wärmemenge wird von einem zweiten Thermoelement 31 erfasst.
Die beispielhafte Spritzgießvorrichtung 12 weist ferner vier Düsendichtungen 26 auf, wobei jede mit einer Düse 20a verbunden ist. Die Düsendichtung 26 berührt die innere Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28 und sieht ein Abdichten und Ausrichten der entsprechenden Düse 20a gegenüber einer Formanschnittöffnung 34 vor. Eine Steuereinrichtung 137 (in 1A nicht gezeigt) ist mit der Heißkanalvorrichtung 12 verbunden, welche ausgestaltet ist, Temperaturdaten vom ersten Thermoelement 18 und vom zweiten Thermoelement 31 zu empfangen und die Wärmeabgabe des ersten Heizelements 21 und des zweiten Heizelements 25 unabhängig voneinander einzustellen.
1B zeigt eine detailliertere Schnittansicht einer thermisch geregelten Düse 20a der beispielhaften Ausführungsform, wie durch eine vertikale Ellipse in 1A gezeigt ist. Auf der linken Seite der Darstellung der thermisch geregelten Düse 20a zeigt ein Diagramm das Niveau der Temperatur T innerhalb des Schmelzekanals über der Länge L der Heißkanaldüse 20a ausgehend vom Flansch der Düse 20a am Verteiler 19. Das Diagramm zeigt mit einer Strichlinie das Niveau der Temperatur in einer Situation, in welcher das zweite Heizelement 25 nicht in Gebrauch ist. Wie an diesem Diagramm erkennbar ist, verringert sich die Temperatur der Heißkanaldüse 20a konstant vom Flansch der Düse zur Düsenspitze 23 hin, wobei der Temperaturabfall umso höher ist, je näher die Position zur Düsenspitze 23 angeordnet ist, wo die Temperatur am niedrigsten ist. Die Düsenspitze 23 hin ist benachbart zur Formanschnittöffnung 34 angeordnet und dabei in unmittelbarer Nähe zum Formhohlraumblock 30, welcher eine niedrigere Temperatur aufweist als die Heißkanaldüse 20a.
Das Diagramm zeigt mit einer durchgehenden Linie das Niveau der Temperatur in einer Situation, in welcher das zweite Heizelement 25 in Gebrauch ist. Wie aus diesem Diagramm erkennbar ist, ist die Temperatur innerhalb des Schmelzekanals des Düsenkörpers 22 in einer Situation, in welcher das zweite Heizelement 25 in Gebrauch ist, generell höher. In einem ersten Bereich vom Flansch der Düse zur Düsenspitze 23 hin, ist die Temperatur relativ konstant. Nur in einem Bereich näher an der Düsenspitze 23 der Heißkanaldüse 20a verringert sich die Temperatur in einer Richtung zur Formanschnittöffnung 34 hin, aber nur in einem geringeren Ausmaß im Vergleich zu einer Situation ohne Beheizung durch ein zweites Heizelement 25.
Das erste Heizelement 21 ist am Umfang des Düsenkörpers 22 angeordnet. Ein Wärmeabfluss erfolgt von der Düsenspitze 23 in den Formhohlraumblock 30, was zu sinkenden Temperaturen in Richtung zur Düsenspitze 23 hin führt und auch zu einer sinkenden Temperatur der Schmelze, die in diesen Bereichen innerhalb des Schmelzekanals der Heißkanaldüse 20a angeordnet ist.
In 1C ist eine Schnittansicht des Düsenendbereichs 29, wie durch eine horizontale Ellipse in 1A angegeben ist, detaillierter gezeigt. Die Darstellung zeigt insbesondere den Bereich der Düsenspitze 23 mit der im Formanschnitteinsatz 28 nahe an der Formanschnittöffnung 34 angeordneten Düsendichtung 26 zusammen mit einem zweiten Heizelement 25. Das zweite Heizelement für thermisch geregelte Düsen 25 ist eingerichtet, einen Raumbereich 39 aufzuheizen, der von der inneren Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28, einer äußeren Fläche 23a der Düsenspitze 23 und der Düsendichtung 26 definiert wird, um ein Entfernen einer Schmelzeansammlung im Raumbereich 39 zwischen aufeinander folgenden Einspritzzyklen vorzusehen.
2A zeigt eine Schnittansicht eines Formanschnitteinsatzes 28 mit Patronenheizeinrichtungen 45a der beispielhaften Ausführungsform einer Heißkanalvorrichtung 12 mit einer thermisch geregelten Düsenanordnung 20 für ein Spritzgießverfahren aus 1A. Ein Formanschnitteinsatz 28 ist in einer Öffnung 30a angeordnet. Die Öffnung 30a ist in einem Formhohlraumblock 30 angeordnet, welcher bei der beispielhaften Ausführungsform einen Teil einer Formplatte bildet. Eine thermisch geregelte Heißkanaldüse 20a ist im Formanschnitteinsatz 28 angeordnet, und weist ein erstes Heizelement 21 auf, das an ihrem Düsenkörper 22 angeordnet ist, und eine Düsendichtung 26, die mit dem vorderen Ende der Düse 20a verbunden ist. Die Düsendichtung 26 ist dichtend an der inneren Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet und positioniert dabei die Düsenspitze 23 gegenüber dem Formanschnitteinsatz 28 bzw. der Formanschnittöffnung 34.
Bei allen Ausführungsformen, die in den 1a bis 9c gezeigt sind, sind die Formanschnitteinsätze 28 von den Heißkanaldüsen 20a, 27a und von den Spitzen 23 separat, um einen direkten Kontakt und einen Wärmeübergang zwischen diesen zu verhindern und das Entfernen von Düsen 20a, 27a über eine axiale Verschiebung relativ zu den Formanschnitteinsätzen 28 zu ermöglichen. Die Formanschnitteinsätze 28 weisen eine innere Fläche 28a, eine äußere Fläche 28 und eine Formhohlraumfläche 35 auf, welche wenigstens einen Bereich eines Formhohlraums 32 und einer benachbarten Formanschnittöffnung 34 bilden.
Da der Formanschnitteinsatz 28 beheizt wird und die Düsendichtung 26 den Formanschnitteinsatz 28 berührt, bietet die Erfindung neue Möglichkeiten bei der Auswahl der Werkstoffe für die Düsenspitze 23 und die Düsendichtung 26, um die gleiche Geometrie für viele Düsen zu verwenden und nur die Werkstoffe für jede spezifische Anwendung und für jeden spezifischen Werkstoff, der vergossen werden soll, zu ändern.
Bei allen Ausführungsformen, die in den 1A bis 9c gezeigt sind, ist der Werkstoff der Düsendichtung 28 angepasst, um den Wärmeübergang vom Formanschnitteinsatz 28, der von allen Heizelementen 25a, 45a beheizt wird, entweder zu verringern, zu erhalten oder zu verbessern, abhängig vom Harzwerkstoff/geschmolzenen Kunststoffwerkstoff, der vergossen werden soll, der erforderlichen Zykluszeit und anderer Verfahrensfaktoren. Entsprechend kann der Werkstoff der Düsendichtung 26 der gleiche/ähnliche oder ein gleichartiger Werkstoff sein, wie der Werkstoff der Düsenspitze 23, oder ein anderer Werkstoff sein. Der Werkstoff der Düsendichtung 26 ist zum Beispiel ein Kupfer oder eine Kupferlegierung, ein Stahl wie H13 oder ein Edelstahl, oder ein thermisch eher isolierender Werkstoff, wie zum Beispiel Titan und seine Legierungen, Keramiken mit verschiedenen Zusammensetzungen, oder Polyamid (wie Vespel), oder ein Hochleistungskunststoff (wie PEEK), der beispielsweise in Wikipedia oder anderen Quellen definiert ist. Die Düsenspitze 23 ist in einigen Ausführungsformen aus einem Werkstoff mit beidem, Verschleißfestigkeit und guter thermischer Leitfähigkeit hergestellt, wie ein Wolframcarbid oder einem ähnlichen/gleichwertigen Werkstoff. In diesem Fall ist die Düsendichtung 26 entweder aus Titan, Vespel, PEEK oder einer Keramik hergestellt. Diese Kombinationen sind für beide, thermisch geregelte und ventilgeregelte Düsen geeignet.
Der Werkstoff des Formanschnitteinsatzes hängt auch von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Typ des Harzes/geschmolzenen Kunststoffwerkstoffs. Beispielsweise werden verschiedene Werkstoffe für den Formanschnitteinsatz 28 verwendet, falls technische Thermoplaste oder Handelswaren eine Teilmenge von Kunststoffwerkstoffen sind, welche in Anwendungen verwendet werden, welche grundsätzlich höhere Leistungen in den Bereichen Hitzebeständigkeit, chemischen Beständigkeit, Stoßfestigkeit, Brandschutzeigenschaften und mechanische Festigkeit erfordern. Technische Thermoplaste werden so genannt, da sie Eigenschaften in einem oder mehreren Bereichen aufweisen, welche eine höhere Leistungsfähigkeit aufweisen als Handelsware, und für Anwendungen mit konstruktiven Gestaltungen geeignet sind, welche hohe Leistungen bei dem dafür vorgesehenen Gebrauch aufweisen.
Der Formanschnitteinsatz 28 ist innerhalb der Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 eingepasst, gemeinsam mit Patronenheizeinrichtungen 45a für einen Wärmeausgleich im Düsenendbereich 29. Die Patronenheizeinrichtungen 45a sind im Formhohlraumblock 30 eingebettet, innerhalb der jeweiligen Formhohlraumblockausnehmung 36, welche in der Schnittebene der 2A angeordnet sind. Bei der in 2A gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind beide, der Formanschnitteinsatz 28 und die Düsendichtung 26 aus hochwärmeleitfähigem Werkstoff, welcher den Wärmefluss in den Düsenendbereich 29 erlaubt. Die Patronenheizeinrichtungen 45a sind in der jeweiligen Formhohlraumblockausnehmung 36 mittels eines Isolierelements 33 isoliert angeordnet, um den Wärmefluss in den Formhohlraumblock 30 zu begrenzen. Eine thermische Isolierungsbeschichtung 99 ist an einer äußeren Fläche des Formanschnitteinsatzes 28 aufgebracht, um den Wärmeübergang zum Formhohlraumblock 30 zu begrenzen.
2B zeigt eine 3-dimensionale Ansicht eines Formanschnitteinsatzes 28 mit der Formanschnittöffnung 34. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist eine Patronenheizeranordnung 45, die drei Patronenheizeinrichtungen 45a aufweist, an der äußeren Fläche 28b jedes Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet. 2B zeigt die Position der Patronenheizeinrichtungen 45b mit dem zweiten Thermoelement 31 und die elektrische Verdrahtung 45b der Patronenheizeinrichtungen 45a. Das zweite Thermoelement 31 ist zum Erfassen der von der Patronenheizeranordnung 45 erzeugten Wärmemenge nahe am Spitzenbereich 29 angeordnet.
2C zeigt eine Explosionsdarstellung der thermisch geregelten Düse 20a, des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Patronenheizeinrichtung 45a und einem Isolierelement 33 an der rechten Seite und einem zweiten Thermoelement 31 an der linken Seite und den Formhohlraumblock 30 der beispielhaften Ausführungsform aus 2A im Schnitt. Eine Formhohlraumblockausnehmung 36 ist in der Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 angeordnet, um das Isolierelement 33 und die Patronenheizeinrichtung 45a aufzunehmen. Die Elemente sind in einer durch Pfeile angegebenen Montagefolge gezeigt.
3A zeigt eine Schnittdarstellung eines Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 55 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Heißkanalvorrichtung 12 mit einer thermisch geregelten Düsenanordnung 20 für ein Spritzgießverfahren. Ein Formanschnitteinsatz 28 ist in einer Öffnung 30a angeordnet. Die Öffnung 30a ist in einem Formhohlraumblock 30 angeordnet, welcher bei der beispielhaften Ausführungsform einen Teil der Formplatte bildet. Eine thermisch geregelte Heißkanaldüse 20a ist im Formanschnitteinsatz 28 angeordnet, mit einem ersten Heizelement 21, das an ihrem Düsenkörper 22 angeordnet ist, und mit einer Düsendichtung 26, die mit dem vorderen Ende der Düse 20a verbunden ist. Die Düsendichtung 26 ist dichtend an der inneren Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet und positioniert dabei die Düsenspitze 23 gegenüber dem Formanschnitteinsatz 28 bzw. der Formanschnittöffnung 34.
Die thermisch geregelte Düse 20a ist im Formanschnitteinsatz 28 eingesetzt, zusammen mit einer Heizwicklung 55 zum Wärmeausgleich im Düsenendbereich 29. In 3a sind beide, der Formanschnitteinsatz 28 und die Düsendichtung 26 aus einem hoch wärmeleitfähigen Werkstoff, der den Wärmefluss in den Endbereich 29 erlaubt. Trotzdem können, wie bereits vorher erwähnt, abhängig vom zu vergießenden Kunststoff, auch unterschiedliche Werkstoffkombinationen verwendet werden. Eine Wicklung der Heizwicklung 55 umwickelt die äußere Fläche 28b des Formanschnitteinsatzes 28 benachbart zur Formanschnittöffnung 34. Das zweite Thermoelement 31 zum Erfassen der von der Heizwicklung 55 erzeugten Wärmemenge ist nahe am Düsenendbereich 29 angeordnet und auch innerhalb einer Formhohlraumblockausnehmung 36 in der Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 aufgenommen. Die Öffnung 30a ist mit Formhohlraumausnehmungen 36 zum Aufnehmen der Heizwicklung 55 bzw. des zweiten Thermoelements 31 gestaltet. An der Heizwicklung 55 ist ein Isolierelement 33 angeordnet, um den Wärmefluss in den Formhohlraumblock 30 zu begrenzen. Auch in der in 3A gezeigten Ausführungsform ist eine thermische Isolierungsbeschichtung 99 an der äußeren Fläche des Formanschnitteinsatzes 28 aufgebracht, um die Wärmeübertragung in den Formhohlraumblock 30 zu begrenzen. Das zweite Heizelement 25a ist ausgeführt, den zwischen der inneren Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28, einer äußeren Fläche 23a der Düsenspitze 23 und der Düsendichtung 26 definierten Raumbereich 39 aufzuheizen, um ein Entfernen einer Schmelzeansammlung im Raumbereich 39 zwischen aufeinander folgenden Einspritzschritten zu ermöglichen.
3B zeigt eine 3-dimensionale Ansicht eines Formanschnitteinsatzes 28 mit der Formanschnittöffnung 34. Bei der beispielhaften Ausführungsform aus 3A ist eine Heizwicklung 55 an der äußeren Fläche 28b jedes Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet. Wie in 3B gezeigt ist, umwickelt die Wicklung der Heizwicklung 55 die äußere Fläche 28b des Formanschnitteinsatzes 28 benachbart zur Formanschnittöffnung 34 und berührt den Formanschnitteinsatz 28. Die Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 ist mit entsprechenden Formhohlraumausnehmungen 36 zum Aufnehmen der Heizwicklung 55 bzw. des zweiten Thermoelements gestaltet. In 3B ist die Heizwicklung 55 mit dem zweiten Thermoelement 31 und der elektrischen Verdrahtung 55a der Heizwicklung 55 gezeigt. 3B zeigt die Position der Heizwicklung 55 zusammen mit dem Thermoelement 31, welches nahe am Düsenendbereich 29 angeordnet ist.
3C zeigt eine Explosionsdarstellung der thermisch geregelten Düse 20a, des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 55 und einem Isolierelement 33, ein zweites Thermoelement 31 und den Formhohlraumblock 30 der beispielhaften Ausführungsform aus 3A im Schnitt. In der Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 ist eine Formhohlraumblockausnehmung 36 umlaufend um die Formanschnittöffnung 34 angeordnet, um das Isolierelement 33 und die Heizwicklung 55 aufzunehmen. Die Elemente sind in einer durch Pfeile angegebenen Montagefolge gezeigt.
4A zeigt eine Schnittdarstellung eines Formanschnitteinsatzes 28 mit einer eingebetteten Heizwicklung 55 und einer Kühleinrichtung 37 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Heißkanalvorrichtung 12 mit einer thermisch geregelten Düsenanordnung 20 für ein Spritzgießverfahren. Ein Formanschnitteinsatz 28 ist in eine Öffnung 30a eingepasst, zusammen mit der eingebetteten Heizwicklung 55 und der Kühleinrichtung 37 in Form von Kühlleitungen 37a zum Wärmeausgleich im Düsenendbereich 29 des Formanschnitteinsatzes 28. Die Öffnung 30a ist in einem Formhohlraumblock 30 angeordnet, welcher bei der beispielhaften Ausführungsform einen Teil der Formplatte bildet. Eine thermisch geregelte Heißkanaldüse 20a ist im Formanschnitteinsatz 28 angeordnet, welche ein an ihrem Düsenkörper 22 angeordnetes erstes Heizelement 21 und eine Düsendichtung 26 aufweist, die mit dem vorderen Ende der Düse 20a verbunden ist. Die Düsendichtung 26 ist dichtend an der inneren Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet und positioniert dabei die Düsenspitze 23 gegenüber dem Formanschnitteinsatz 28 bzw. der Formanschnittöffnung 34.
Die thermisch geregelte Düse 20a ist im Formanschnitteinsatz 28 eingesetzt. In 4A sind beide, der Formanschnitteinsatz 28 und die Düsendichtung 26 aus einem hoch wärmeleitfähigen Werkstoff, der den Wärmefluss in den Düsenendbereich 29 erlaubt. Trotzdem können, wie bereits vorher erwähnt, abhängig vom zu vergießenden Kunststoff unterschiedliche Werkstoffkombinationen verwendet werden. Mehrere Wicklungen der Heizwicklung 55 sind schraubenförmig in entsprechenden Ausnehmungen angeordnet, die an der sich verjüngenden äußeren Fläche 28b des Formanschnitteinsatzes 28 benachbart zur Formanschnittöffnung 34 ausgebildet sind. Kühlleitungen 37a sind schraubenförmig zwischen den Wicklungen der Heizwicklung 55 an der sich verjüngenden äußeren Fläche 28b des Formanschnitteinsatzes 28 benachbart zur Formanschnittöffnung 34 angeordnet. Auch die Kühlleitungen 37a sind in der äußeren Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet. Ein Kühlgas wird durch den Einlass 38 der Kühleinrichtung zur Verfügung gestellt.
Das zweite Thermoelement 31 zum Erfassen der von der Heizwicklung 55 erzeugten Wärmemenge ist nahe am Düsenendbereich 29 angeordnet und in einer Formhohlraumblockausnehmung 36 in der Bohrung 30a des Formhohlraumblocks 30 aufgenommen. Die Bohrung 30a ist auch mit Formhohlraumblockausnehmungen 36 zum Aufnehmen des zweiten Thermoelements 31 ausgeführt. An der Heizwicklung 55 ist ein Isolierelement 33 angeordnet, um den Wärmefluss in den Formhohlraumblock 30 zu begrenzen.
4B zeigt eine 3-dimensionale Ansicht eines Formanschnitteinsatzes 28 mit der Formanschnittöffnung 34. Bei der beispielhaften Ausführungsform aus 4A sind eine Heizwicklung 55 und Kühlleitungen 37a in die äußere Fläche 28b jedes Formanschnitteinsatzes 28 eingebettet. Wicklungen der Heizwicklung 55 und Heizleitungen 37 der Kühleinrichtung sind in die äußere Fläche 28b des Formanschnitteinsatzes 28 benachbart zur Formanschnittöffnung 34 eingebettet. Die Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 ist mit einer entsprechenden Formhohlraumausnehmung 36 zum Aufnehmen des zweiten Thermoelements 31 gestaltet. In 4B ist die Heizwicklung 55 zusammen mit dem zweiten Thermoelement 31 und der elektrischen Verdrahtung 55a der Heizwicklung 55 gezeigt. 4B zeigt die Position der Heizwicklung 55 zusammen mit dem Thermoelement 31, welches nahe am Düsenendbereich 29 angeordnet ist.
4C zeigt eine Explosionsdarstellung der thermisch geregelten Düse 20a, des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 55 und einem zweiten Thermoelement 31 sowie den Formhohlraumblock 30 der beispielhaften Ausführungsform aus 4A im Schnitt. Ein Isolierelement 33 ist in den Ausnehmungen für die Heizwicklung 55 am sich verjüngenden vorderen Bereich des Formanschnitteinsatzes angeordnet. Eine Formhohlraumblockausnehmung 36 ist in der Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 angeordnet, um das zweite Thermoelement 31 aufzunehmen. Die Elemente sind in einer durch Pfeile angegebenen Montagefolge gezeigt.
5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung 14 mit Nadelventildüsen 27a (auch auch bekannt als Nadelverschließendedüsen oder Nadelverschlussdüsen) für ein Spritzgießverfahren. In gleicher Weise wie die Heißkanalvorrichtung 12, wie sie in 1A bis 4C gezeigt ist, dient die Heißkanalvorrichtung 14 für Spritzgießverfahren und weist eine Nadelventildüsenanordnung 27 auf (in der beispielhaften Ausführungsform vier Düsen; die Zahl der in einer Nadelventildüsenanordnung enthaltenen Düsen hängt von der Anwendung ab und kann auch zwei oder mehr als vier betragen, bis zu 64 oder 128 Düsen sind auch möglich), die mit einem Heißkanalverteiler 62 verbunden ist, der einen Verteilereinlass 67 aufweist, um geschmolzenen Kunststoff aufzunehmen und eine Vielzahl von Verteilerauslässen (nicht gezeigt). Die Heißkanaldüsen 27a sind in einzelnen Öffnungen 30a einer Formplatte angeordnet, welche bei der beispielhaften Ausführungsform aus 5 Formhohlraumblöcke 30 aufweist. In jedem Formhohlraumblock 30 ist eine Vertiefung angeordnet, welche einen Teil des Formhohlraums 32 bildet. Die Ventilnadeln 24 der Nadelventildüsen 27a werden mittels eines pneumatischen Systems 61 betätigt, um den Schmelzestrom in die Vertiefung und damit in den Formhohlraum 32 zu steuern.
Jede Heißkanal-Nadelventildüse 27a weist einen Düsenkörper 22 mit einer Düsenspitze 23 auf, die integral mit dem Düsenkörper 22 ausgebildet ist. Entsprechend den thermisch geregelten Düsen 20a, die in der beispielhaften Ausführungsform der 1A bis 4C gezeigt sind, weist jede Heißkanal-Nadelventildüse 27a weiter ein erstes Heizelement 21 auf, das mit dem Düsenkörper 22 verbunden ist, und ein erstes Thermoelement 18, um die Wärmemenge zu erfassen, die von der ersten Heizeinrichtung 21 erzeugt wurde. Die beispielhafte Heißkanalvorrichtung 14 weist vier Formanschnitteinsätze 28 auf, die in Öffnungen 30a der Formhohlraumblöcke 30 angeordnet sind. Die Formhohlraumblöcke 30 sowie die Formhohlraumeinsätze 28 der Heißkanalvorrichtung 14 sind entsprechend der Heißkanalvorrichtung 12, die in den 1A bis 4C gezeigt sind, gestaltet. Das vordere Ende der Düse 27a ist in der Nähe einer inneren Fläche 28 des Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet. Jeder Formanschnitteinsatz 28 wird von einem zweiten Heizelement 25 beheizt. Eine von dem zweiten Heizelement 25 erzeugte Wärmemenge wird von einem zweiten Thermoelement 31 erfasst.
Die beispielhafte Heißkanalvorrichtung 14 weist ferner vier jeweils mit einer Nadelventildüse 27a verbundene Düsendichtungen 26 auf. Die Düsendichtung 26 berührt die innere Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28 und sorgt für eine Abdichtung und eine Ausrichtung der jeweiligen Düse 20a gegenüber der Formanschnittöffnung 34 und begrenzt den Wärmeübergang von der Düse 27a zum Formanschnitteinsatz 28. Eine Steuereinrichtung 137 (in 5 nicht gezeigt) ist mit der Heißkanalvorrichtung 12 verbunden, welche eingerichtet ist, Temperaturdaten vom ersten Thermoelement 18 und vom zweiten Thermoelement 31 zu empfangen und das erste Heizelement 21 und das zweite Heizelement 25 unabhängig voneinander einzustellen.
6A bis 6D zeigen unterschiedliche Ansichten des Formanschnitteinsatzes 28 mit Patronenheizeinrichtungen 45a der beispielhaften Ausführungsform aus 5. Die Gestaltung und die Funktionen der in den 6A bis 6D gezeigten Elemente entsprechen weitgehend der Gestaltung und den Funktionen der in den 2A bis 2C gezeigten Elemente. Daher wird sich die Beschreibung im Folgenden auf die Unterschiede zwischen diesen beiden Ausführungsformen fokussieren.
6A und 6B zeigen Schnittansichten eines Formanschnitteinsatzes 28 mit Patronenheizeinrichtungen 45a der beispielhaften Ausführungsform einer Heißkanalvorrichtung 14 mit einer Nadelventildüsenanordnung 27 für ein Spritzgießverfahren aus 5. Die 6A und 6B entsprechen einander abgesehen davon, dass 6A die Ventilnadel 24 in einer geschlossenen Position zeigt, in welcher der Schmelzestrom in den Formhohlraum 32 unterbrochen ist, während 6B die Ventilnadel 24 in einer offenen Position zeigt, in welcher Schmelze in den Formhohlraum 32 strömen kann.
Ein Formanschnitteinsatz 28 ist in einer Öffnung 30a eines Formhohlraumblocks 30 angeordnet, der einen Teil einer Formplatte bildet. Ein erstes Heizelement 21 und ein erstes Thermoelement 18 sind am Düsenkörper 22 angeordnet. Eine mit der Düsenspitze 23 verbundene Düsendichtung 26 ist dichtend an der inneren Fläche 28a des Formanschnitteinsatzes 28 angeordnet und positioniert dabei die Düsenspitze 23.
Der Formanschnitteinsatz 28 ist für einen Wärmeausgleich im Düsenendbereich 29 in die Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 eingesetzt, gemeinsam mit in den Formhohlraumblock 3 eingebetteten Patronenheizeinrichtungen 45a. Beide, der Formanschnitteinsatz 28 und die Düsendichtung 26 sind aus einem hoch wärmeleitfähigen Werkstoff, welcher den Wärmefluss in den Düsenendbereich 29 erlaubt. Die Patronenheizeinrichtungen 45a werden durch ein Isolierelement 33 in der jeweiligen Formhohlraumblockausnehmung 36 isoliert, welches den Wärmefluss in den Formhohlraumblock 30 begrenzt. Eine thermische Isolierungsbeschichtung 99 ist an einer äußeren Fläche 28b des Formanschnitteinsatzes 28 aufgebracht, um den Wärmeübergang zum Formhohlraumblock 30 zu begrenzen. Trotzdem können, wie bereits vorher erwähnt, abhängig vom zu vergießenden Kunststoff verschiedene Kombinationen von Werkstoffen verwendet werden. Das zweite Heizelement 45a ist zum Aufheizen der Formanschnittöffnung 34 auf eine vom Kunststoff abhängige Temperatur ausgeführt, welche ein Entfernen eines Kunststoffpfropfens erlaubt, der sich zwischen Einspritzzyklen gebildet hat.
6C zeigt eine Explosionsdarstellung der Nadelventildüse 27a, des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Patronenheizeinrichtung 45a und einem Isolierelement 33 an der linken Seite und einem zweiten Thermoelement 31 an der rechten Seite und den Formhohlraumblock 30 der beispielhaften Ausführungsform aus 6A bis 6C im Schnitt. Eine Formhohlraumblockausnehmung 36 ist in der Öffnung 30a angeordnet, um das Isolierelement 33 und die Patronenheizeinrichtung 45a aufzunehmen. Die Elemente sind in einer durch Pfeile angegebenen Montagefolge gezeigt.
6D zeigt eine 3-dimensionale Ansicht eines Formanschnitteinsatzes 28. Eine Patronenheizeranordnung 45, die drei Patronenheizeinrichtungen 45a aufweist, ist mit einem zweiten Thermoelement 31 an der äußeren Fläche 28b angeordnet. Das zweite Thermoelement 31 ist zum Erfassen der von der Patronenheizeranordnung 45 erzeugten Wärmemenge nahe am Düsenendbereich 29 angeordnet.
7A bis 7C zeigen verschiedene Ansichten des Formanschnitteinsatzes 28 mit Patronenheizeinrichtungen 45a und einer austauschbaren Düsenspitze 23 einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung 14 mit Nadelventildüsen 27a. Die Gestaltung und die Funktionen der in den 7A bis 7C gezeigten Elemente entsprechen der Gestaltung und den Funktionen der in den 6A bis 6C gezeigten Elemente mit der Ausnahme, dass eine Nadelventildüse 27a einen Düsenkörper 22 und eine separate am Düsenkörper 22 montierte Düsenspitze 23 aufweist. Verglichen mit der Ausführungsform der 6A bis 6C kann die Düsenspitze 23 aus einem Werkstoff hergestellt sein, der eine andere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als der Düsenkörper. Dies ermöglicht es, den Wärmefluss innerhalb der Düsenspitze 23 und zwischen der Düsenspitze 23 und dem Düsenkörper 22 zu erhöhen oder zu verringern.
8A bis 8C zeigen unterschiedliche Ansichten des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 25a einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung 14 mit Nadelventildüsen 27a. Die Gestaltung und die Funktionen der in den 8A bis 8C gezeigten Elemente entsprechen weitgehend der Gestaltung und den Funktionen der in den 3A und 3C gezeigten Elemente. Daher wird sich die Beschreibung im Folgenden auf die Unterschiede zwischen diesen zwei Ausführungsformen fokussieren.
Verglichen mit der Ausführungsform der 3A bis 3C weist die Ausführungsform der 8A bis 8C eine Heißkanal-Nadelventildüsenanordnung 27 mit Nadelventildüsen 27a mit einer integral mit dem Düsenkörper 22 ausgebildeten Düsenspitze 23 auf. 8A und 8B zeigen Schnittansichten eines Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 25a der beispielhaften Ausführungsform einer Heißkanalvorrichtung 14 mit einer Nadelventildüsenanordnung 27 für ein Spritzgießverfahren aus 5. Die 8A und 8B entsprechen einander abgesehen davon, dass 8A die Ventilnadel 24 in einer geschlossenen Position zeigt, in welcher der Schmelzestrom in den Formhohlraum 32 unterbrochen ist, während 8B die Ventilnadel 24 in einer offenen Position zeigt, in welcher Schmelze in den Formhohlraum 32 strömen kann.
8C zeigt eine Explosionsdarstellung der Nadelventildüse 27a, des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 55 und einem Isolierelement 33, ein zweites Thermoelement 31 und den Formhohlraumblock 30 der beispielhaften Ausführungsform aus 8A und 8B im Schnitt. Eine Formhohlraumblockausnehmung 36 ist umlaufend zur Formanschnittöffnung 34 in der Öffnung 30a des Formhohlraumblocks 30 angeordnet, um das Isolierelement 33 und die Heizwicklung 55 aufzunehmen. Die Elemente sind in einer durch Pfeile angegebenen Montagefolge gezeigt.
9A bis 9C zeigen unterschiedliche Ansichten des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer eingebetteten Heizwicklung 55 und einer Kühleinrichtung 37 einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung 14 mit Nadelventildüsen. Die Gestaltung und die Funktionen der in den 9A bis 9C gezeigten Elemente entsprechen weitgehend der Gestaltung und den Funktionen der in den 4A und 4C gezeigten Elemente. Daher wird sich die Beschreibung im Folgenden auf die Unterschiede zwischen diesen zwei Ausführungsformen fokussieren.
Verglichen mit der Ausführungsform der 4A und 4C weist die Ausführungsform der 9A bis 9C eine Heißkanal-Nadelventildüsenanordnung 27 mit Nadelventildüsen 27a mit einer integral mit dem Düsenkörper 22 ausgebildeten Düsenspitze 23 auf. Die 9A und 9B zeigen Schnittansichten eines Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 55 der beispielhaften Ausführungsform einer Heißkanalvorrichtung 14 mit einer Nadelventildüsenanordnung 27 für ein Spritzgießverfahren aus 5. Die 9A und 9B entsprechen einander abgesehen davon, dass 9A die Ventilnadel 24 in einer geschlossenen Position zeigt, in welcher der Schmelzestrom in den Formhohlraum 32 unterbrochen ist, während 9B die Ventilnadel 24 in einer offenen Position zeigt, in welcher Schmelze in den Formhohlraum 32 strömen kann.
9C zeigt eine Explosionsdarstellung der Nadelventildüse 27a, des Formanschnitteinsatzes 28 mit einer Heizwicklung 55 und einem zweiten Thermoelement 31 und den Formhohlraumblock 30 der beispielhaften Ausführungsform aus 9A und 9B im Schnitt. Ein Isolierelement 33 ist innerhalb der Ausnehmungen für die Heizwicklung 55 am sich verjüngenden vorderen Bereich des Formanschnitteinsatzes angeordnet. Die Elemente sind in einer durch Pfeile angegebenen Montagefolge gezeigt.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanalvorrichtung mit einer Steuereinrichtung zum Einstellen wenigstens der Wärmeabgabe des ersten und zweiten Heizelements.
10 zeigt ein Heißkanal-Spritzgießsystem 10. Das Spritzgießsystem 10 weist eine Spritzgießmaschine 102 mit einer Formplatte 104 auf. Die Spritzgießmaschine 102 weist eine Einspritzeinheit 108 und eine Schließeinheit 110 auf. Die Schließeinheit 110 kann eine Vielzahl von Hydraulikzylindern 114 aufweisen, welche eine erste Platte 116 und eine zweite Platte 118 zueinander und voneinander weg bewegen. Eine Heißkanalvorrichtung 12 oder 14 gemäß einer der beispielhaften Ausführungsformen kann an der ersten Platte 116 angeordnet sein. Die Heißkanalvorrichtung 12, 14 weist ferner eine Steuereinrichtung 137 auf, die ausgeführt ist, Temperaturdaten vom ersten Thermoelement 18 und vom zweiten Thermoelement 31 von jeder Düse 20a, 27a zu empfangen, die dazu dienen, das erste Heizelement 21 und das zweite Heizelement 25 unabhängig voneinander einzustellen. Die ersten und zweiten Thermoelemente 18, 31 sind an den Düsen 20a, 27a angeordnet und sind mit der Steuereinrichtung 137 verbunden. Die Steuereinrichtung 137 kann in die allgemeine Steuereinrichtung des Heißkanal-Spritzgießsystems 10 integriert sein. Auch kann eine Vielzahl von Prozess-Sensoren 120 vorgesehen sein, um unter anderen den Druck des geschmolzenen Werkstoffs, die Motorstromaufnahme der Antriebe und jede andere geeignete Prozessinformation zu erfassen. Die Sensoren 120 bilden Beispiele für weitere Spritzgießmaschinensensoren und jeder andere Sensortyp kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, um das Heißkanal-Spritzgießsystem 10 und die Wärmeabgabe der ersten und zweiten Heizelemente zu steuern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6609902 [0002]
US 6921257 [0002]
US 6921259 [0002]
US 8419417 [0002]
US 5061174 [0003]
US 5871786 [0003]
US 7914271 [0003]
US 5470219 [0003]
WO 2015/105817 [0003]

Claims

Spritzgießvorrichtung (12, 14) aufweisend: – einen Verteiler (19, 62) mit einem Verteilereinlass (17, 67) zum Aufnehmen von geschmolzenem Kunststoff bzw. Harzwerkstoff und einer Vielzahl von Verteilerauslässen; – eine Vielzahl von mit den Verteilerauslässen verbundenen Heißkanaldüsen (20a, 27a), die Heißkanaldüsen (20a, 27a) sind in einzelnen Öffnungen (30a) einer Formplatte angeordnet, jede Heißkanaldüse (20a, 27a) weist einen Düsenkörper (22) und eine Düsenspitze (23) auf, die Heißkanaldüse (20a, 27a) weist ferner ein mit dem Düsenkörper (22) verbundenes erstes Heizelement (21) auf und ein erstes Thermoelement (18) zum Erfassen einer vom ersten Heizelement (21) erzeugten Wärmemenge; – eine Vielzahl von Formanschnitteinsätzen (28), die in den Öffnungen (30a) und in der Nähe der Düsenspitzen (23) angeordnet sind, die Formanschnitteinsätze (28) sind separat von den Düsen (20a, 27a) und von den Düsenspitzen (23), um einen direkten Kontakt und einen Wärmeübergang zwischen diesen zu vermeiden und um ein Entfernen von Düsen (20a, 27a) durch eine axiale Verschiebung gegenüber den Formanschnitteinsätzen (28) zu ermöglichen, und wobei die Formanschnitteinsätze (28) eine innere Fläche (28a), eine äußere Fläche (28b) und eine Formhohlraumfläche (35) aufweisen, welche wenigstens einen Bereich eines Formhohlraums (32) benachbart zur Formanschnittöffnung (34) bildet, jeder Formanschnitteinsatz (28) wird von einem zweiten Heizelement (25, 25a, 45a, 55) beheizt, wobei eine vom zweiten Heizelement (25, 25a, 45a, 55) erzeugte Wärmemenge von einem zweiten Thermoelement (31) erfasst wird; – eine Vielzahl von mit den Düsen (20a, 27a) verbundenen Düsendichtungen (26), die Düsendichtung (26) berührt die innere Fläche (28a) des Formanschnitteinsatzes (28) und sorgt für ein Abdichten und Ausrichten der Düse gegenüber der Formanschnittöffnung (34) und wobei die Düsendichtungen (26) ferner eine Wärmeübertragung von der Düse (20a, 27a) zum Formanschnitteinsatz (28) begrenzen, wenn das zweite Heizelement (25, 25a, 45a, 55) aktiviert ist; – eine Steuereinrichtung (137), die eingerichtet ist, Temperaturdaten vom ersten Thermoelement (18) und vom zweiten Thermoelement (31) zu empfangen, und um das erste Heizelement (21) und das zweite Heizelement (25, 25a, 45a, 55) unabhängig voneinander einzustellen.
Spritzgießvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Düsendichtung (26) aus einem Werkstoff besteht, der – eine geringere thermische Leitfähigkeit aufweist, als der Werkstoff der Düsenspitze (23), um eine thermische Isolierung der Spitze (23) gegenüber dem Formanschnitteinsatz (28) vorzusehen, oder – die gleiche thermische Leitfähigkeit aufweist, als der Werkstoff der Düsenspitze (23), um einen Wärmeübergang vom Formanschnitteinsatz (28) zur Düsenspitze (23) zu ermöglichen, oder – eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist, als der Werkstoff der Düsenspitze (23), um den Wärmeübergang vom Formanschnitteinsatz (28) zur Düsenspitze (23) zu verbessern.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heißkanaldüse (20a, 27a) eine thermisch geregelte Düse (20a) ist, und die zweite Heizeinrichtung (25, 25a) eingerichtet ist, einen Raumbereich (39) aufzuheizen, der zwischen der inneren Fläche (28a) des Formanschnitteinsatzes (28), einer äußeren Fläche (23a) der Düsenspitze (23) und der Düsendichtung (26) definiert ist, um ein Entfernen eines Schmelzepfropfens im Raumbereich (39) zwischen aufeinander folgenden Einspritzschritten vorzusehen.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Heißkanaldüse (20a, 27a) eine Nadelventildüse (27a) ist und wobei das zweite Heizelement (45a, 55) eingerichtet ist, die Formanschnittöffnung (34) auf eine vom Schmelzewerkstoff abhängige Temperatur aufzuheizen, welche ein Entfernen eines Schmelzepfropfens ermöglicht, der sich zwischen Einspritzzyklen bildet.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Düsenspitze (23) integral mit dem Düsenkörper (22) ausgebildet ist, oder die Düsenspitze (23) separat vom Düsenkörper (22) ausgebildet ist.
Spritzgießvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Düsenspitze (23) aus einem anderen Werkstoff hergestellt ist, als der Düsenkörper (22).
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Heizelement (25, 25a, 45a, 55) zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes (28) ein abnehmbares Heizelement (25a, 45a) ist.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Heizelement (25, 25a, 45a, 55) zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes ein eingebettetes Heizelement (55) ist.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Heizelement (25, 25a, 45a, 55) zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes (28) wenigstens eine gerade Patronenheizeinrichtung (45a) aufweist.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das zweite Heizelement (25, 25a, 45a, 55) zum Beheizen des Formanschnitteinsatzes (28) wenigstens ein Heizelement (25a, 45a, 55) aufweist, das eine Heizwicklung (25a, 55) oder eine gerade Patronenheizeinrichtung (45a) aufweist.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formanschnitteinsatz (28) eine Kühleinrichtung (37) zur Verwendung nach dem Einspritzschritt aufweist.
Spritzgießvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Kühleinrichtung (37) wasserbasiert ist oder die Kühleinrichtung gasbasiert ist.
Spritzgießvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine thermische Isolierungsbeschichtung (99) an einer äußeren Fläche (28b) des Formanschnitteinsatzes (28) aufgebracht ist.