DE20118609U1 - Einspritzdüse für Kautschuk, Gummi und Polysiloxane - Google Patents

Description

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15.11.2001

Hefner Elastomere-Technik GmbH 37.5 93

Einspritzdüse fiir Kautschuk, Gummi und Polysiloxane

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für unvernetzte, aber vernetzbare Polymere, insbesondere Kautschuk, Gummi und Polysiloxane.

Unvernetzte, aber vernetzbare Polymere, insbesondere Kautschuk, Gummi und Polysiloxane und andere vergleichbare Werkstoffe werden üblicherweise über Verteilerkanäle bzw. -spinnen in Formnester eingespritzt, wobei diese Werkstoffe während des Einspritzvorganges auf einem Temperaturniveau über Raumtemperatur gehalten werden müssen, indem diese ausreichend flüssig sind, es aber unbedingt vermieden werden muß, daß sie auf zu hohe Temperaturen erhitzt werden, bei denen sie auszuhärten beginnen, da dieser Vorgang nicht rückgängig gemacht werden kann.

Wenn der Einspritzvorgang über Verteilerspinnen u.dgl. durchgeführt wird, ergeben sich dabei keine Probleme, da die Temperaturdifferenz zwischen Formnest und den Zufuhrkanälen vor der Verteilerspinne problemlos ausgeglichen werden kann und das unter Umständen in der Verteilerspinne nur teilweise ausgehärtete Material ohnedies als Abfall entsorgt wird. Dies stellt auf der anderen Seite aber einen Nachteil dar, da durch diesen Abfall Kosten verursacht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einspritzdüse zur Verfügung zu stellen, bei der die oben genannten, von der Temperatur her schwierig zu handhabenden Werkstoffe abfallfrei, d.h. ohne Verteilerspinnen od.dgl., verabeitet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die Kombination einer flüssigkeitstemperierten Einspritzdüse mit einem Nadelverschluß ist es möglich, die angesprochenen Materialien unmittelbar bzw. durch eine nur ganz kurze Eintrittsbohrung in das Formnest einzuspritzen. Durch die Düsennadel wird das in das Formnest eingespritzte Material von dem in der Einspritzdüse befind-0 liehen Material getrennt, wobei durch die flüssigkeitstemperierte

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Düsenspitze eine optimale Temperierung des einzuspritzenden Materials möglich wird, das während der Verarbeitung erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Diese Temperaturschwankungen entstehen zum Teil dadurch, daß das Material während des Einspritz-Vorganges, insbesondere in der Einspritzdüse, hohen Scherkräften ausgesetzt ist, wodurch sich das Material durch die innere Reibung zu stark erwärmen könnte. Auf der anderen Seite muß aber für eine ausreichende Erwärmung des Materials während des Einspritzvorganges gesorgt werden. Durch die Flüssigkeitstemperierung ist des weiteren gewährleistet, daß durch die vergleichsweise hohen Taktzeiten, die für das Aushärten des Materials im Formnest erforderlich sein können, eine zu starke Erwärmung des Materials durch die angrenzende Formplatte vermieden wird.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Düse sind Gegenstand der Unteransprüche.

Wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, daß die Düsennadel in der Düse um ihre Achse unverdrehbar geführt ist, kann das vordere Ende der Düsennadel eine Geometrie (Form der Endfläche der Düsennadel) aufweisen, die beispielsweise der Kontur des Formnestes angepaßt ist.

Die erfindungsgemäße Nadelverschlußdüse kann bevorzugt und vorteilhaft in Verbindung mit einer Spritzgußform eingesetzt werden. Daher erstreckt sich die Erfindung auch auf eine Spritzgußform mit (wenigstens) einer erfindungsgemäßen Nadelverschlußeinspritzdüse.

Der Antrieb für das Verstellen der Düsennadel kann an sich beliebig ausgeführt sein. So können zum Verstellen der Düsennadel Druckmittelzylinder (mit Gas- oder Flüssigkeitsbeaufschlagung), Magnetantriebe oder Nockenantriebe zum Einsatz kommen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Nadelverschlußdüse ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen die Fig. 1 im Schnitt eine mit einer Nadelverschlußdüse ausgerüstete Spritzgußform bei geöffneter Düse; Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit zu Fig. 1; Fig. 3 die Spritzgußform von Fig. 1 bei geschlossener Düse, Fig. 4 eine vergrößerte Ein-

zelheit von Fig. 3 und Fig. 5 eine andere Ausführungsform einr Nadelverschlußdüse.

Eine Spritzgußform wird von zwei Formplatten 1 und 2 gebildet, die ein Formnest 6 umschließen und begrenzen. An der Rückseite der Formplatte 2 ist eine Isolierplatte 3 vorgesehen. An die Isolierplatte 3 schließt eine Temperierplatte 5 an, in der die Nadelverschlußdüse 8 (Einspritzdüse) gelagert ist.

Die Einspritzdüse 8 ragt durch die Isolierplatte 3 und die Formplatte 2 bis zum Formnest 6 und liegt mit einer Düsenspitze 15 an einer Anlagefläche 21 im Bereich einer Eintrittsbohrung 18 für das in das Formnest 6 einzuspritzende Material an. Die Einspritzdüse 8 weist einen Düsenkörper 22 auf, über den eine Hülse 13 geschoben ist. Die Hülse 13 verschließt Temperierkanäle 14, die von einer Temperierflüssigkeit mit z.B. 80⁰C durchströmt werden, nach außen. Die Temperierkanäle 14 sind in der Außenwand des Düsenkörpers 22 vorgesehen. Die Temperierkanäle 14 stehen mit Bohrungen 4 in der Temperierplatte 5 in Verbindung, durch welche Bohrungen 4 Temperierflüssigkeit zu- bzw. abgeführt werden kann.

Um den Austritt von Temperierflüssigkeit zu verhindern, sind im Bereich der Temperierplatte 5 zwei Dichtungsringe 9 vorgesehen, welche die Einspritzdüse 8 bzw. deren Düsenkörper 22 gegenüber der Temperierplatte 5 abdichten.

An der Temperierplatte 5 liegt eine Materialverteilerplatte 30 an, in der ein im Ausführungsbeispiel zur Achse 31 der Einspritzdüse 8 senkrecht stehender Kanal 32 Werkstoff zugeführt wird. Der Düsenkörper 22 ist durch einen Dichtungsring 10 gegenüber der Materialverteilerplatte 30 abgedichtet.

Die Düsenspitze 15 ist am dem Formnest 6 zugewandten Ende des Düsenkörpers 22 der Einspritzdüse 8 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Hiezu ist an der Düsenspitze 15 ein zylinderförmiger Führungsteil 23 vorgesehen, der in einer zylindrischen Bohrung 26 im Düsenkörper 22 axial verschiebbar aufgenommen ist. Im zylinderförmigen Führungsteil 23 ist ein Düsenkegel 24 angeordnet, der einen Übergang zwischen einer Einspritzbohrung 17 im Düsenkörper 22 und 0 der Bohrung in der Düsenspitze 15 bildet. Um einen Austritt von

einzuspritzendem Werkstoff durch den Spalt zwischen der Wand der Bohrung 26 im Düsenkörper 22 und dem Führungsteil 23 zu verhindern, was insbesondere bei dünnflüssigem Werkstoff auftreten könnte, ist an der Mantelfläche des Führungsteils, 23 eine Ringnut vorgesehen, in der ein Dichtungsring 25 eingelegt ist.

Zwischen der Stirnfläche des Düsenkörpers 22 und einer Schulter an der Düsenspitze 15 ist eine Druckfeder, beispielsweise eine Tellerfeder 7 oder eine Schraubenfeder, angeordnet, welche die Düsenspitze 15 ständig gegen die Anlagefläche 21 der Formplatte 2 drückt.

In der Einspritzbohrung 17 des Düsenkörpers 22 ist axial verstellbar eine Nadel 40 aufgenommen. Die Nadel 40 ist durch einen Dichteinsatz 41 geführt, der in der Materialverteilerplatte 30 eingesetzt ist und dort durch eine Halteschraube 42 festgelegt ist. Im Bereich des Dichteinsatzes 41 ist ein an der Außenfläche der Nadel 40 anliegender Dichtungsring 43 vorgesehen.

Das über die Materialverteilerplatte 30 überstehende Ende 44 der Nadel 40 ist mit einem Linearmotor 50 gekuppelt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet ist. Andere Linearmotore, z.B. ein Magnetantrieb, sind ebenfalls in Betracht gezogen. Die im Ausführungsbeispiel druckluftbetätigte (oder hydraulikbetätigte) Kolben-Zylinder-Anordnung umfaßt einen Kolben, 51 der in einer Zylinderbohrung 52 in einer Zylinderplatte 53 in Richtung der Achse 31 der Nadel 40 verschiebbar geführt ist und gegenüber der Bohrung 52 in der Zylinderplatte 53 durch zwei als Kolbenringe dienende Dichtungsringe 54 abgedichtet ist. In der Zylinderplatte 53 ist ein Luftanschluß 55 für das Beaufschlagen des Kolbens 51 von oben her zum Bewegen der Nadel 40 in die in Fig. 3 und 4 gezeigte Schließstellung und ein weiterer Luftanschluß 56 für das Zurückziehen der Nadel 40 in die in Fig. 1 und 2 gezeigte Offenstellung vorgesehen.

Oberhalb der Zylinderplatte 53 ist eine Deckplatte 57 vorgesehen, die durch einen Dichtungsring 58 gegenüber der Zylinderplatte 53 abgedichtet ist und die Zylinderbohrung 52 nach oben verschließt. Sinngemäß ist die Zylinderplatte 53 gegenüber der Materialverteilerplatte 30 durch einen Dichtungsring 59 abgedichtet.

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An der von der Nadel 40 abgekehrten Seite des Kolbens 51 ist eine Anschlagschraube 60 vorgesehen, welche die obere Einstellung der Nadel 40 definiert, indem sie an der in der Zylinderplatte 53 zugekehrten Fläche der Deckplatte 57 anschlägt.
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Das vordere der Düsenspitze 15 zugekehrte Ende der Nadel 40 ist mit einem durchmesserverjüngten Ansatz 70 versehen, wobei der Übergang 71 zwischen dem Körper der Nadel 40 und dem durchmesserverjüngten Ansatz 70 als Kegelstumpf ausgebildet ist. Der Durchmesser des Ansatzes 70 der Nadel 40 ist gleich dem Innendurchmesser der Spitzenbohrung 16 in der Düsenspitze 15. Die Eintrittsbohrung 18 in der Düsenplatte 2, durch die Werkstoff in das Formnest 6 eingespritzt wird, ist im Beispiel sich zum Formnest 6 hin konisch verjüngend ausgebildet. Sinngemäß ist das freie Ende 72 des Ansatzes 70 an der Nadel 40 ebenfalls konisch ausgebildet, so daß in der Schließstellung (Fig. 4) ein sicherer Verschluß der Eintrittsbohrung 18 gewährleistet ist. Durch die konische Ausbildung des Endes 72 der Nadel 40 und der Eintrittsbohrung 18 wird auch sichergestellt, daß die Nadel 40 nur so weit vorgeschoben werden kann, daß ihre vordere Endfläche 73, mit der die eine Seite des Formnestes 6 begrenzenden Fläche 74 der Formplatte 2 fluchtet.

Das freie Ende 72 des Ansatzes 70 kann auch zylinderförmig sein. In diesem Fall ist auch die Eintrittsbohrung 18 in der Formplatte 2 als Zylinderbohrung ausgebildet.

Die Endfläche am Ende 72 des Ansatzes 70 - oder wenn ein solcher Ansatz 70 nicht vorgesehen ist, das vordere Ende der Nadel 40 - kann eben, konkav oder konvex, z.B. teilkugelförmig, sein.

Wie oft bevorzugt, kann das vordere Ende der Nadel 40, oder falls vorgesehen, ihres Ansatzes 70 in der Schließstellung der Nadel 40 durch die Eintrittsbohrung 18 in das Formnest 6 hineinragen. In diesem Fall steht die Nadel 40 über die Fläche 74 des Formnestes 6 vor.

Die Stellung der Nadel 40 in ihrer vorgeschobenen Stellung, also in der Schließstellung, kann auch dadurch definiert sein, daß an der Nadel 40, mit ihr gegebenenfalls einstückig ausgebildet ein Kragen vorgesehen ist, der z.B. mit dem Düsenkegel 24 in der Düsenspitze 15

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zusammenwirkt.

Die Nadel 40 der Einspritzdüse 8 ist bei den gezeigten Ausführungsbeispielen im Bereich der Einspritzbohrung 17 im Düsenkörper 22 nicht besonders geführt, da sie durch den über den Angußkanal 32 in der Materialverteilerplatte 30 zugeführten Werkstoff hinreichend genau zentriert wird und beim Verstellen der Nadel 40 in ihre Schließstellung (Fig. 4) durch ihr konisches, vorderes Ende 72 am Ansatz 70 sicher in die Spitzenbohrung 16 bzw. die Eintrittsöffnung 18 hineinfindet. Dessen ungeachtet kann die Nadel 40 in der Einspritzbohrung 17 z.B. durch z.B. sternförmige, über die Nadel 40 gesetzte Führungskörper (nicht gezeigt) geführt sein.

Wenn die Nadel 40 der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 8 gegen Verdrehung um ihre Achse 31 gesperrt, also ausschließlich in Richtung ihrer Achse 31 verstellbar geführt ist, kann die vordere Endfläche 73 am Ansatz 70 der Düsennadel 40 so geformt sein, daß sie in der Schließstellung (Fig. 4) die durch die Mündung der Eintrittsbohrung 18 in der Formplatte 2 unterbrochene Formnest 6 zugekehrte Fläche 74 der Formplatte 2 ergänzt. Dies ist beispielsweise von Bedeutung, wenn das Formnest 6 wenigstens auf seiner der Formplatte 2 zugekehrten Fläche anders als eben ausgebildet ist. Beispielsweise kann die vordere Endfläche 73 des Ansatzes 70 an der Düsennadel 40 entsprechend der Wand 74 des Formnestes 6 (der von der Formplatte 2 gebildeten Wand), in der die Eintrittsbohrung 18 vorgesehen ist, konkav oder konvex gewölbt sein.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nadelverschlußdüse wird die vordere Endstellung der Nadel 40 durch Anliegen der kegelstumpfmantelförmigen Fläche zwischen Nadel 40 und Ansatz 70 an dem Düsenkegel 24 der Düsenspitze 15 definiert.

In Fig. 5 ist die Eintrittsbohrung 18 eine Zylinderbohrung und das vordere Ende 72 der Nadel konvex geformt.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Audführungsform ist an Stelle des Dichteinsatzes 41 in der Materialverteilplatte 30 zum Abdichten ein Dichtungsring 43 in eine Ringnut eingesetzt.

0 Der Druckmittelzylinder der Aus führungs form von Fig. 5 wird mit

Druckfluid (Gas oder Flüssigkeit) über einen Anschlußkanal 56 in der Zylinderplatte 53 und über einen Anschlußkanal 55 in der Deckplatte 57 beaufschlagt.

Claims (20)

1. Einspritzdüse (8) für unvernetzte, aber vernetzbare Polymere, insbesondere Kautschuk, Gummi und Polysiloxane, gekennzeichnet durch eine Düsenspitze (15), die im Bereich eines Formnestes (6) an einer Eintrittsbohrung (18), die in einer Formplatte (2) vorgesehen ist, in ein Formnest (6) mündet, eine in der Düse (8) eine durch einen Linearmotor (50) axial verschiebbare Düsennadel (40) vorgesehen ist, die aus einer die Spitzenbohrung (16) in der Düsenspitze (15) verschließende Schließstellung und in eine Stellung verstellbar ist, in der das Ende der Nadel (40) im Abstand von der Spitzenbohrung (10) in der Düsenspitze (15) angeordnet ist sowie einen von einer Temperierflüssigkeit durchströmten Temperiermantel (13, 14).

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (40) durch einen als Druckmittelmotor ausgebildeten Linearmotor (50) axial verstellbar ist.

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelmotor (50) eine doppelwirkende Kolben-Zylinder-Anordnung (51, 52) ist.

4. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (40) an ihrem vorderen Ende einen durchmesserverjüngten Ansatz (70) aufweist, dessen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Spitzenbohrung (16) in der Düsenspitze (15) ist.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (72) des Ansatzes (70) sich konisch verjüngend, beispielsweise als Kegelstumpf, ausgebildet ist.

6. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (40) gegenüber dem Düsenkörper (22) axial verschiebbar und um ihre Achse (31) unverdrehbar geführt ist. 7. Spritzgußform, insbesondere für aushärtende oder vulkanisierende, elastomere Werkstoffe, mit einem von Formplatten (1, 2) begrenzten Formnest (6) und mit einer Einspritzdüse (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (40) durch eine Bohrung in einer Materialverteilerplatte (30) geführt ist und daß die Materialverteilerplatte (30), gegebenenfalls über eine Temperierplatte (5) und eine Isolierplatte (3) mit der Formplatte (2) verbunden ist.

8. Spritzgußform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Materialverteilerplatte (30) wenigstens ein Angußkanal (4) vorgesehen ist, der mit der Einspritzbohrung (17) in der Einspritzdüse (8) kommuniziert.

9. Spritzgußform nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung der Nadel (40) in der Materialverteilerplatte (30) als Dichteinsatz (41) ausgebildet ist.

10. Spritzgußform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichteinsatz (41) in der Materialverteilerplatte (30) durch eine Halteschraube (42) festgelegt ist.

11. Spritzgußform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschraube (42) einen im Dichteinsatz (41) eingesetzten Dichtungsring (43) belastet.

12. Spritzgußform nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschraube (42) für den Dichteinsatz (41) nach Art einer Schraube ohne Kopf ausgebildet und in eine Gewindebohrung in der Materialverteilerplatte (30) eingeschraubt ist. 13. Spritzgußform nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der aneinander anliegenden Flächen von Temperierplatte (5) und Materialverteilerplatte (30) die Einspritzdüse (8) umgebende Dichtungsringe (9) vorgesehen sind.

14. Spritzgußform nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Linearmotor (50) für das Betätigen der Nadel (40) ein in einer Zylinderbohrung (52) in einer Zylinderplatte (53) verschiebbar geführter Kolben (51), der mit der Nadel (40) verbunden ist, vorgesehen ist.

15. Spritzgußform nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zylinderplatte Druckmittelanschlüsse (55, 56) vorgesehen sind, über die der Kolben (50) zum Verstellen der Nadel (40) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.

16. Spritzgußform nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung (52) in der Zylinderplatte (53) auf der der Nadel (40) abgekehrten Seite durch eine Deckplatte (57) verschlossen ist.

17. Spritzgußform nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolben (51) eine Anschlagschraube (60) vorgesehen ist, die bei in ihrer Offenstellung befindlicher Nadel (40), an der der Zylinderbohrung (52) zugekehrten Seite der Deckplatte (60) anliegt.

18. Spritzgußform nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsbohrung (18) in das Formnest (6) kongruent zum freien Ende (72) des Ansatzes (70) an der Düsennadel (40) ausgebildet ist.

19. Spritzgußform nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die in der einen Formplatte (2) vorgesehene Eintrittsbohrung (18), über die Werkstoff aus der Einspritzdüse (8) in das Formnest (6) einzuspritzen ist, sich zum Formnest (6) hin konisch verjüngend ausgebildet ist, und daß die Konizität der Eintrittsbohrung (18) dem konischen, freien Ende (72) am Ansatz (70) der Nadel (40) gleich ist.

20. Spritzgußform nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Endfläche (73) der Nadel (40), insbesondere die Stirnfläche (73) des Ansatzes (70) der Nadel (40) bei in Schließstellung befindlicher Nadel mit der dem Formnest (6) zugekehrten Fläche der Formplatte (2) fluchtet.

21. Spritzgußform nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (40) in der Einspritzdüse (8) unverdrehbar geführt ist und daß die freie Endfläche (73) der Nadel (40) in deren Schließstellung die Fläche (74) des Formnestes (6), in der die Eintrittsbohrung (18) vorgesehen ist, ergänzt.

22. Spritzgußform nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (73) der Fläche (74) entsprechend geformt ist.