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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießdüse für ein Spritzgießwerkzeug
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Spritzgießdüsen werden
in Spritzgießwerkzeugen
eingesetzt, um eine fließfähige Masse,
wie beispielsweise eine Kunststoffschmelze, bei einer vorgebbaren
Temperatur unter hohem Druck einem trennbaren Formeinsatz zuzuführen. Sie
haben meist ein Materialrohr mit einem Strömungskanal, das in einem Düsenmundstück endet.
Letzteres bildet endseitig eine Düsenaustrittsöffnung,
die über
eine Angussöffnung
im Formeinsatz (Formnest) mündet.
Damit sich die fließfähige Masse
innerhalb des Materialrohrs nicht vorzeitig abkühlt, ist eine Heizung vorgesehen,
die bis in das Düsenmundstück hinein
für eine möglichst
gleichmäßige Temperaturverteilung
zu sorgen hat.
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Die
Heizung kann, wie beispielsweise in EP-A-0 927 617 beschrieben,
in Form einer Hülse aus
einem gut wärmeleitenden
Material gebildet sein, die auf das Materialrohr aufgeschoben ist
und sich über
nahezu die gesamte axiale Länge
des Materialrohrs erstreckt. In der Wandung der Hülse ist
koaxial zum Strömungskanal
eine elektrische Heizleiterwendel ausgebildet, die Wärmeenergie über die
Hülse an das
Materialrohr abgibt. Um die Wärmeenergie,
die an einzelne axiale Materialrohrabschnitte abgegeben wird, zu
variieren, können
die Steigungen der Einzelwindungen der Heizleiterwendel bedarfsgerecht
verschieden gewählt
werden. Je geringer die Steigung ist, desto höher ist die Wärmeenergieabgabe
an den entsprechenden axialen Materialrohrabschnitt. Die Heizung
kann alternativ auch als ein von einem Heizmedium, z.B. Wasser oder Öl, durchströmbares Rohrleitungsstück ausgebildet
sein, wenn beispielsweise eine elektrische Heizung nicht gewünscht oder nicht
realisierbar ist.
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Ein
Problem bei der in EP-A-0 927 617 offenbarten Heizung besteht darin,
dass das Materialrohr und die Heizung relativ zueinander genau positioniert werden
müssen,
um jedem axialen Materialrohrabschnitt die gewünschte Wärmeenergie über die Heizung zuzuführen, wobei
sich diese relative Positionierung während des Betriebs der Heizkanaldüse nicht ändern darf.
Verschiebt sich hingegen die Heizung axial zum Materialrohr, beispielsweise
aufgrund einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung einzelner Heizkanaldüsenbauteile,
so werden die Materialrohrabschnitte nicht länger ordnungsgemäß temperiert,
so dass ein fehlerfreier Betrieb der Heizkanaldüse nicht gewährleistet
ist. Eine axiale Verschiebung der Heizung relativ zum Materialrohr
um wenige zehntel Millimeter kann hierbei bereits ausschlaggebend
sein, da viele der zu verarbeitenden Kunststoffe äußerst empfindlich
auf Temperaturschwankungen reagieren.
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Zur Überwachung
der Ist-Temperatur verwendet man gewöhnlich Temperaturfühler, welche die
tatsächliche
Temperatur der Düse
erfassen. Diese werden – wie
beispielsweise in EP-A-10 927 617 oder DE-U-201 00 840 offenbart – als separate
Elemente in Nuten bzw. Bohrungen eingebracht, die im Düsenkörper oder
in der Heizung vorgesehen sind. Problematisch ist auch hier, dass
bereits eine geringfügige
Lageveränderung
des Temperaturfühlers
zu erheblichen Messfehlern führen
kann, was sich ungünstig
auf die Reproduzierbarkeit der Temperaturen auswirkt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzgießdüse zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Spritzgießdüse nach
Anspruch 1 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf individuelle Ausgestaltungen der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Spritzgießdüse gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst ein Materialrohr, in dem wenigstens ein Strömungskanal
für ein
fließfähiges Material ausgebildet
ist, und eine Heizung für
das fließfähige Material,
die in Axialrichtung relativ zum Materialrohr in einer vorbestimmten
Position angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Spritzgießdüse ferner
zumindest ein Spannmittel auf, das diese axiale Position der Heizung
relativ zum Materialrohr während
des Betriebs der Spritzgießdüse aufrecht
erhält,
also eine Relativbewegung zwischen der Heizung und dem Materialrohr
in Axialrichtung aufgrund temperaturbedingter verschiedener Bauteilausdehnungen
oder dergleichen verhindert. Auf diese Weise wird sichergestellt,
dass die über
die Heizung in die einzelnen axialen Materialrohrabschnitte eingespeiste
Wärmeenergie
während
des Betriebs der Spritzgießdüse nicht
ungewollt variiert.
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Dem
Fachmann wird klar sein, dass der genaue Aufbau des Spannmittels
sowie dessen Anordnung innerhalb der Spritzgießdüse vom Aufbau der Spritzgießdüse selbst
abhängen,
insbesondere vom Aufbau des Materialrohrs, der Heizung und des Spritzgießdüsengehäuses bzw.
der Schaftanordnung, was unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung
noch näher
erläutert
ist.
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Bevorzugt
wird jedoch eine Heizung verwendet, die hülsenartig um einen Außenumfang
des Materialrohrs angeordnet ist, um dieses gleichmäßig zu erwärmen. Bei
der Heizung kann es sich beispielsweise um eine Hülse aus
einem gut wärmeleitenden Material,
beispielsweise Kupfer oder Messing, handeln, die sich über nahezu
die gesamte axiale Länge des
Materialrohrs erstreckt und in deren Wandung koaxial zum Strömungskanal
eine elektrische Heizwendel oder eine von einem Heizmedium durchströmbare Rohrleitung
ausgebildet ist.
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Das
zumindest eine Spannmittel ist bevorzugt eine Feder, insbesondere
eine Ringfeder, welche die Heizung in Axialrichtung der Spritzgießdüse vorspannt.
Das Spannmittel stützt
sich dabei beispielsweise gegen einen Bereich des Materialrohrs einerseits
und gegen einen Bereich der Heizung andererseits ab, wobei das Spannmittel
die Heizung gegen einen Anschlag drückt, der die Heizung und das Materialrohr
in Axialrichtung relativ zueinander konstant positioniert.
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Die
Spritzgießdüse weist
ferner bevorzugt zumindest einen Temperaturfühler auf, der zum Zwecke der
Temperaturregelung eine Ist-Temperatur innerhalb der Spritzgießdüse erfasst.
Der Temperaturfühler
ist dabei vorteilhaft an der Heizung im Endbereich des Materialrohrs
fixiert, so dass auch die Position des Temperaturfühlers relativ
zum Materialrohr während
des Betriebs der Spritzgießdüse aufgrund des
Spannmittels konstant bleibt.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Spritzgießdüse unter
Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben, die eine Schnittansicht
der Spritzgießdüse zeigt.
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Die
in der Zeichnung allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete
Spritzgießdüse ist für den Einsatz
in einer Spritzgießvorrichtung
vorgesehen, die zur Herstellung von Formteilen aus einer fließfähigen Masse – beispielsweise
einer Kunststoffschmelze – dient.
Die Spritzgießvorrichtung
hat gewöhnlich
eine (nicht dargestellte) Aufspannplatte sowie parallel dazu eine
(ebenfalls nicht gezeigte) Verteilerplatte, in der ein System von
Strömungskanälen ausgebildet
ist. Diese münden
in mehreren Spritzgießdüsen 10,
die beispielsweise als Heißkanaldüsen ausgebildet
und jeweils mit einem Gehäuse 12 an
der Unterseite der Verteilerplatte montiert sind.
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Die
Spritzgießdüse 10 umfasst
ein Materialrohr 14, das an seinem oberen Ende mit einem
flanschartigen Anschlusskopf 16 versehen ist. Dieser sitzt
lösbar
in dem Gehäuse 12.
Eine radial ausgebildete Stufe 18 zentriert das Gehäuse 12 und
damit die Spritzgießdüse in der
Spritzgießvorrichtung.
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Innerhalb
des sich in Axialrichtung A erstreckenden Materialrohrs 14 ist
mittig ein Strömungskanal 20 für die Kunsststoffschmelze
eingebracht. Der bevorzugt als Bohrung ausgebildete Strömungskanal 20 besitzt
im Anschlusskopf 16 eine Material-Zuführöffnung 22 und
mündet
an seinem unteren Ende in einem Düsenmundstück 24, das beispielsweise
als Düsenspitze
ausgebildet ist. Letztere hat eine Material-Austrittsöffnung 26, damit die
fließfähige Materialschmelze
in ein nicht dargestelltes Formnest gelangen kann. Das bevorzugt
aus hochwärmeleitendem Material
gefertigte Düsenmundstück 24 ist
endseitig in das Materialrohr 14 eingesetzt, vorzugsweise
eingeschraubt. Es kann aber auch – je nach Anwendungsfall – bei gleicher
Funktionsweise axial verschiebbar gelagert oder mit dem Materialrohr 14 einstückig ausgebildet
sein.
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Zur
Abdichtung der Spritzgießdüse 10 gegenüber der
Verteilerplatte ist im Anschlusskopf 16 des Materialrohrs 14 konzentrisch
zur Material-Zuführöffnung 22 ein
Dichtring 28 vorgesehen. Denkbar ist auch die Ausbildung
eines zusätzlichen
ringförmigen
Zentrieransatzes, was die Montage des Spritzgießdüse 10 an der Spritzgießvorrichtung
erleichtern kann.
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Auf
dem Außenumfang 30 des
Materialrohrs 14 ist eine Heizung 32 aufgesetzt.
Diese wird von einer Hülse 34 aus
einem gut wärmeleitenden
Material, beispielsweise Kupfer oder Messing, aisgebildet, die sich über nahezu
die gesamte axiale Länge
des Materialrohrs 14 erstreckt. Innerhalb der Hülse 34 ist
koaxial zum Strömungskanal 20 eine
in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Heizleiterwendel
ausgebildet, deren ebenfalls nicht gezeigte Anschlüsse seitlich
aus dem Gehäuse 12 herausgeführt sind.
Die gesamte Heizung 32 wird von einem Schutzrohr 36 umschlossen.
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Für die Erfassung
der von der Heizung 32 erzeugten Temperatur ist ein Temperaturfühler 38 vorgesehen,
der durch die Heizung 32 hindurch bis in den Endbereich 40 des
Materialrohrs 14 geführt
ist. Der Temperaturfühler 38 ist
dort mittels einer Crimphülse 39 fixiert.
Diese wird mit geeigneten Mitteln, z.B. durch Schweißen ode
Löten gut
wärmeübertragend,
am Materialrohr befestigt.
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Um
das Materialrohr 14 und die Heizung 32 gegenüber den
Werkzeugplatten thermisch abzuschirmen, wird das Gehäuse 12 in
Richtung Düsenspitze 42 von
einer Schaftanordnung 44 fortgesetzt. Diese hat einen Schaft-Hauptteil 46 aus
gehärtetem Werkzeugstahl,
einen kappenförmigen
Trennteil 48 aus schlecht wärmeleitendem Material sowie
einen ebenfalls aus gehärtetem
Werkzeugstahl gefertigten, ringförmigen
Schaft-Endteil 50. Letzterer bildet eine Aufnahme 52 mit
einer im Wesentlichen zylindrischen Innenkontur, welche das freie
Ende 40 des Materialrohrs 14 im Schiebesitz dichtend
umfasst, während
der Schaft-Hauptteil 46 und der Trennteil 48 das
Materialrohr 14 mit radialem Abstand umschließen, so
dass bis auf eine schmale Anschlagstelle 54 der Heizung 32 am
Trennteil 48 ein thermisch isolierender Luftspalt 56 zwischen
der Heizung 32 und der Schaftanordnung 44 verbleibt.
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Der
insgesamt zylindrisch ausgebildete Schaft-Hauptteil 46 ist
an seinem oberen Ende mit einem Außengewinde 58 versehen
und mit diesem von unten in das Gehäuse 12 eingeschraubt.
Das untere Ende des Schaft-Hauptteils 46 ist stufenförmig ausgebildet
und mit dem oberen Ende des Trennteils 48 verlötet.
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Während des
Betriebs der Spritzgießdüse 10 wird
die von der Heizung 32 erzeugte Wärmeenergie auf das Materialrohr 14 und
somit auf die darin geführte
Kunststoffschmelze übertragen.
Die Steigung und Dichte der in der Hülse 34 in Axialrichtung
A angeordneten Heizwendelabschnitte wird daher bevorzugt unterschiedlich
gewählt,
was dazu führt,
dass an die entsprechenden axialen Materialrohrabschnitte unterschiedlich
viel Wärmeenergie
abgegeben wird, wodurch eine stets optimale Temperatur-Verteilung erreicht
wird.
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Um
jedem Materialrohrabschnitt definiert Wärmeenergie zuführen zu
können,
müssen
die Heizung 32 und das Materialrohr 14 in Axialrichtung
A exakt relativ zueinander positioniert werden. Um diese axiale
Positionierung während
des Betriebs der Spritzgießdüse 10 zu
erreichen, ist zwischen dem oberen freien Ende der Hülse 34 der
Heizung 32 und einem dem freien Ende gegenüberliegenden
radialen Absatz 60 des Materialrohrs 14 ein Spannmittel 62 vorgesehen,
beispielsweise in Form einer Ringfeder. Letztere drückt die
Hülse 34 permanent
gegen die Anschlagstelle 54 des Schaft-Hauptteils 46 der Schaftanordnung 44.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Heizung 32 in
Axialrichtung A in einer stets festen Position relativ zum Materialrohr 14 gehalten
wird, und zwar unabhängig
davon, ob sich das Material der Hülse 34 und das des
Materialrohrs 14 bei den vorherrschenden Betriebstemperaturen gleichmäßig ausdehnen
oder nicht. Eine Beeinträchtigung
der Wärmeenergieübertragung
von der Heizung 32 auf die einzelnen axialen Materialrohrabschnitte
während
des Betriebs der Spritzgießdüse 10 aufgrund
einer axialen Positionsverschiebung zwischen Materialrohr 14 und
Heizung 32 ist daher ausgeschlossen. Ferner ist durch die
Crimphülse
sichergestellt, dass sich die Position des Temperaturfühlers 38 relativ
zum Materialrohr 14 in Axialrichtung A und somit der Ort
der Temperaturmessung nicht ändert. Damit
ist eine ordnungsgemäße Funktionsweise
einer (nicht dargestellten) Temperaturregeleinrichtung basierend
auf den von dem Temperaturfühler 38 erfassten
Ist-Temeraturen gewährleistet.
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Es
sollte klar sein, dass das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse nicht
einschränkend
ist. Vielmehr sind Modifikationen und Änderungen möglich, ohne den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden
Ansprüche
definiert ist. So läßt sich
die Erfindung beispielsweise ohne weiteres auch auf Kaltkanaldüsen anwenden.
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Ferner
sei darauf hingewiesen, dass sämtliche
aus den Ansprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver
Einzelheiten und räumlicher
Anordnungen, sowohl für
sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich
sein können.
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- 10
- Spritzgießdüse
- 12
- Gehäuse
- 14
- Materialrohr
- 16
- Anschlusskopf
- 18
- Stufe
- 20
- Strömungskanal
- 22
- Material-Zuführöffnung
- 24
- Düsenmundstück
- 26
- Material-Austrittsöffnung
- 28
- Dichtring
- 30
- Außenumfang
- 32
- Heizung
- 34
- Hülse
- 36
- Schutzrohr
- 38
- Temperaturfühler
- 39
- Crimphülse
- 40
- Endbereich
- 42
- Düsenspitze
- 44
- Schaftanordnung
- 46
- Schaft-Hauptteil
- 48
- Trennteil
- 50
- Schaft-Endteil
- 52
- Aufnahme
- 54
- Anschlagstelle
- 56
- Luftspalt
- 58
- Außengewinde
- 60
- Absatz
- 62
- Spannmittel
- A
- Axialrichtung