Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das Spritzgießen mit
seitlichen Schmelzedurchgängen und im besonderen auf eine beheizte
Düsenvorrichtung, die eine Kombination aus einer Vielzahl randseitiger Einsätze und
einem Dichtungsring aufweist. Die Kombination ist so strukturiert, daß sie eine adäquate
Abdichtung erbringen kann, während gleichzeitig Wärmeverluste von der beheizten
Düse zur umgebenden gekühlten Spritzgußform reduziert werden.
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Wie in US-A-38 22 856, ausgegeben für Gellert am 09.07.1974, zu sehen ist, wird bei
früheren Spritzgießsystemen mit seitlichen Schmelzedurchgängen gestattet, daß sich
ein Abschnitt des Raumes mit der Schmelze füllt, der zwischen der beheizten Düse
und der umgebenden gekühlten Form vor einer Abdichthülse vorliegt. Dies führt
jedoch zu dem Problem, daß von diesem zunächst austretenden Schmelzematerial ein
Teil fortgesetzt wieder zurück aus diesem Raum eingesaugt wurde und damit das
nachfolgende Schmelzematerial zu lange verschmutzen konnte, z. B. nach einer Farb-
oder Schmelzmaterialumstellung. Um dieses Problem zu beseitigen, wurde die Düse
so ausgebildet, daß sie sich eng bis an die Wand der Spritzgußform erstreckte, um
eine Viskositätsabdichtung zwischen der Düse und der Spritzgußform um jeden
Schmelzedurchgang zu formen. Ein derartiges Beispiel wird auf S. 6 einer Broschüre
der Fa. Mold-Masters Limited mit dem Titel "Hot Edge Gate Design" vom Juni 1980
gezeigt. Obwohl diese Ausbildung für einige Materialien zufriedenstellend ist, entsteht
doch für andere Materialien wie Polyolefine im Schmelzedurchgangsbereich zu viel
Wärme, was dazu führt, daß relativ viele Spritzformprodukte schadhaft ausfallen.
Später wurde, wie auf S. 6 der Broschüre "Injection Molding with Modular Hot Runner
Systems" von 1987 der Fa. Mold-Masters Limited gezeigt ist, der Abstand zwischen
der Düse und der Form in ausreichendem Maß vergrößert, um es der Schmelze zu
gestatten, den Raum vor einem Dichtungsring auszufüllen, jedoch es nicht zu
gestatten, daß die Schmelze aus dem Raum wieder zurückgesaugt werden kann. Da die
Abdichtung erzielt wird mittels eines Dichtungsringed, der sich um die Düse herum
erstreckt, hat diese Ausbildung den Nachteil, daß die maximale Größe oder die
Reichweite der Düse bei den Schmelzedurchgängen kleiner sein muß als der Innendurchmesser
des Dichtungsringes, um die Montage des Dichtungsringes vom
Vorderende der Düse her zu gestatten.
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Ein weiterer Versuch zur Lösung dieses Problemes besteht darin, um jeden
Schmelzedurchgang eine Abdichtung vorzusehen, und zwar mittels individueller Dichtungen
oder Einsätze für seitliche Schmelzedurchgänge, die mit der Form in Kontakt sind,
sowie dies in US-A-4 344 750 gezeigt ist, herausgegeben für Gellert am 17.08.1982.
Während die Anordnung dieser individuellen Dichtungen an jedem
Schmelzedurchgang für einige Materialien sehr gut funktionierte, führte sie bei anderen Materialien
jedoch zu zu viel Hitze in dem Bereich des Schmelzedurchgangs. Als Konsequenz
hierzu zeigt US-A-4 981 431, ausgegeben für Schmidt am 01.01.1991, individuelle
Durchgangsdichtungen oder Einsätze, bei denen jede Dichtung einen Dichtflansch
aufweist, der von einem zentralen oder Nasenabschnitt beabstandet ist und diesen
umfaßt und von dem Schmelzedurchgang geringfügig beabstandet ist, um den
Wärmeverlust zu reduzieren. Dies ist eine Lösung ähnlich einer KONA-Dichtung, wie sie
auf S. 3 der Zeitschrift KONANEWS vom Dezember 1995 gezeigt ist. Obwohl diese
Einsätze für seitliche Schmelzedurchgänge Dichtflansche besitzen, die den
Wärmeverlust etwas vermindern, führen sie dennoch zu viel Hitze in dem Bereich um den
Schmelzedurchgang bei einigen temperaturempfindlichen Materialien.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten
Lösungen zumindest teilweise dadurch zu beseitigen, daß eine Kombination eines die
Düse umgreifenden Dichtungsringes und individuelle Durchgangseinsätze für jeden
Durchgang vorgesehen ist, wobei die Einsätze von der Form weit genug beabstandet
sind, um es der Schmelze sofort zu gestatten, den die Düse umgebenden Raum zu
füllen, jedoch nicht weit genug, um es der Schmelze zu gestatten, in den
Schmelzestrom zurückgesaugt zu werden, während nachfolgender Einspritzzyklen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung diesbezüglich eine
Spritzgießvorrichtung mit seitlichen Schmelzedurchgängen, die wenigstens eine beheizte
Düse aufweist, die sich nach vorne in eine Vertiefung einer gekühlten Spritzgußform mit
einem isolierenden Zwischenraum erstreckt, der sich zwischen wenigstens einem Teil
der Düse und der umgebenden gekühlten Form befindet. Die Vertiefung in der Form
besitzt eine Wand mit einer Vielzahl seitlicher Schmelzedurchgänge, die in
Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Jeder seitliche Schmelzedurchgang erstreckt
sich nach außen in einen Formhohlraum der Spritzgießform. Jede Düse besitzt ein
hinteres Ende, ein vorderes Ende, einen Schmelzekanal, und eine Vielzahl nach außen
offener Sitze benachbart zum Vorderende der Düse. Jeder Sitz ist radial ausgerichtet
mit einem der seitlichen Schmelzedurchgänge. Der Schmelzekanal weist einen
zentralen Abschnitt auf, der sich von einem Einlaß am hinteren Ende der Düse zum vorderen
Ende der Düse erstreckt. In dem Schmelzekanal ist eine Vielzahl radialer Bereiche
vorgesehen, von denen jeder radiale Bereich nach außen von dem zentralen Abschnitt zu
einem der nach außen offenen Sitze abzweigt, um auf diese Weise mit einem der
seitlichen Schmelzedurchgänge zu kommunizieren. Die Verbesserung betrifft weiterhin eine
Kombination eines Dichtungsringes mit einer Vielzahl von Einsätzen für die seitlichen
Schmelzedurchgänge. Der Dichtungsring erstreckt sich hinter den nach außen offenen
Sitzen um die Düse herum, um einen Vorderbereich des Raumes zwischen der Düse
und der umgebenden gekühlten Form gegen Leckage der Schmelze aus diesem
Bereich des Raumes nach außen abzudichten. Jeder der Durchgangseinsätze sitzt in
einem der nach außen offenen Sitze, die um den zylindrischen Abschnitt der Düse
beabstandet verteilt sind. Jeder Durchgangseinsatz weist ein inneres Ende, ein äußeres
Ende, und eine zentrale Bohrung auf, die sich durch den Einsatz vom inneren Ende bis
zum äußeren Ende erstreckt. Die zentrale Bohrung durch den Durchgangseinsatz trifft
auf einen der radialen Bereiche des Schmelzekanals durch die Düse und erstreckt sich
ausgerichtet auf einen der seitlichen Schmelzedurchgänge, die zu dem Formhohlraum
in der Spritzgießform führen, um während des Einspritzens einen Schmelzestrom in
den Formhohlraum zu befördern. Das äußere Ende jedes Durchgangseinsatzes
erstreckt sich nach außen bis über den inneren Durchmesser des Dichtungsringes
hinaus. Das äußere Ende jedes Durchgangseinsatzes ist auch beabstandet mit einem
vorbestimmten Abstand von der Wand des Hohlraums oder der Vertiefung in der
Spritzgießform, so daß dazwischen die Öffnung geformt wird. Diese Öffnung ist weit
genug, um es der unter Druck stehenden Schmelze zu gestatten, durchzufließen und
zumindest teilweise in dem abgedichteten Förderabschnitt des Raumes zwischen der
Düse und der umgebenden gekühlten Form während des jeweiligen Einspritzzyklusses
zu erstarren. Die Öffnung ist allerdings auch klein genug, um zu verhindern, daß
während nachfolgender Einspritzzyklen der zumindest teilweise erstarrte Schmelzeanteil in
den abgedichteten Vorderabschnitt des Raumes und in den Schmelzestrom
zurückgesaugt wird.
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Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils eines Einspritzsystems mit mehreren
Formhohlräumen unter Verdeutlichung einer Vorrichtung, die eine
zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung darstellt,
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Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Fig. 1,
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Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Durchgangeinsatzes wie er in Fig. 2
gezeigt ist, und
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Fig. 4 eine isometrische Ansicht eines in Fig. 2 gezeigten Dichtungsringes.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Fig. 1 zeigt einen Teil eines Spritzgießsystems und einer Spritzgießvorrichtung mit
mehreren Formhohlräumen. Ein Schmelzeverteilelement 10 stellt eine Verbindung
zwischen mehreren beheizten Düsen 12 her. Jede Düse 12 ist in einer Vertiefung 14
angeordnet, die in einer Spritzgießform 18 eine im wesentlichen zylindrische Wand 16
aufweist. Obwohl üblicherweise eine solche Form 18 in Abhängigkeit vom Einsatzzweck
eine größere Anzahl einzelnen Platten aufweist, sind zur leichteren Darstellung in
diesem Fall nur eine Formhohlraumplatte 20 und eine Widerlagerplatte 22 gezeigt, die
miteinander durch Schrauben 24 verbunden sind. Bei der gezeigten Ausbildung wird
das Schmelzeverteilelement 10 durch ein integrales elektrisches Heizelement 26
erhitzt, während die Form 18 dadurch gekühlt wird, daß Kühlwasser durch Kühlkanäle 28
gepumpt wird. Das Schmelzeverteilelement 10 ist zwischen der Formhohlraumplatte 20
und der Widerlagerplatte 22 positioniert durch einen zentral angeordneten Ring 30 und
eine Vielzahl isolierender und elastischer Abstandselemente 32, um einen isolierenden
Raum 34 zwischen dem beheizten Verteilelement 10 und der diese umgebenden,
gekühlten Spritzgießform 18 zu schaffen.
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Das hintere Ende 36 jeder Düse 12 wird mit Schrauben 38 gegen eine Vorderfläche 40
des Schmelzeverteilelementes 10 gespannt. Jede Düse 12 enthält ein integriertes
elektrisches Heizelement 42, das sich um einen Schmelzekanal 44 herum erstreckt.
Eine äußere Hülse 46 am hinteren Ende 36 der Düse 12 weist einen sich nach vorne
erstreckenden Flanschabschnitt 48 auf, der auf einem kreisförmigen Sitz 50 in der Form
18 sitzt, um die Düse 12 zu positionieren und einen isolierenden Zwischenraum 52
zwischen der beheizten Düse 12 und der diese umgebenden, gekühlten Form 18 zu
schaffen. Wie sich am besten in Fig. 2 erkennen läßt, erstreckt sich um die Düse ein
kreisförmiger Dichtungsring 54 herum, um diesen Zwischenraum 52 zu überbrücken
und eine Abdichtung gegen eine Leckage von Schmelze zu bilden. Bei dieser
Ausführungsform ist der Dichtungsring 54 aus einer Titanlegierung hergestellt. Er besitzt eine
V-förmige Vorderfläche 56 und ein hinteres Ende 58, das an einer kreisförmigen
Schulter 60 anliegt, welche sich um die Düse 12 erstreckt. Auf diese Weise formt der
Dichtungsring 54 einen abgedichteten Vorderbereich 62 des Raumes 52, der sich um
das Vorderende 64 der Düse 12 erstreckt.
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Von einem zentralen Einlaß 68 in einem zylindrischen Einlaßabschnitt 70 des
Schmelzeverteilelementes 10 erstreckt sich ein Schmelzekanal 66 weg, der im Element 10
nach außen abzweigt, um Schmelze zum Schmelzekanal 44 in jede der beheizten
Düsen 12 zu fördern. Wie ersichtlich, weist der Schmelzekanal 44 einen zentralen
Abschnitt 72 auf, der sich vom hinteren Ende 36 der Düse 12 zu einer Vielzahl radialer
Bereiche 74 erstreckt, die benachbart zum vorderen Ende 64 in der Düse 12 nach
ußen abzweigen. Jede Düse 12 besitzt ferner mehrere nach außen offene, mit
Gewinde versehene Sitze 76, die voneinander beabstandet in einem im wesentlichen
zylindrischen Abschnitt 78 benachbart zum vorderen Ende 64 der Düse 12 verteilt sind. In
jeden der mit einem Gewinde versehenen Sitze 76 ist ein Durchgangseinsatz 80 aus
sehr wärmeleitfähigem Material wie einer Kupferlegierung eingeschraubt. Der Einsatz
80 weist ein inneres Ende 82 und ein äußeres Ende 84 auf. Das äußere Ende 84 jedes
Einsatzes 80 erstreckt sich nach außen oder besitzt zumindest eine Reichweite, die
größer ist als der Innendurchmesser des Dichtungsringes 54. In jedem
Durchgangseinsatz 80 ist eine zentrale Bohrung 86 vorgesehen, die sich in Ausrichtung mit einem der
radialen Bereiche 74 des Schmelzekanals 44 durch die Düse 12 erstreckt, und auch
ausgerichtet ist auf einen Schmelzedurchgang 88, der sich durch die Wand der Form
18 bis in den Formhohlraum 90 erstreckt.
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Wie Fig. 2 klar erkennen läßt, ist das äußere Ende 84 jedes Durchgangeinsatzes 80
von der Wand 16 der Vertiefung 14 mit einem vorbestimmten Abstand "D"
beabstandet, um eine Öffnung 92 zwischen der Düse und der Wand zu begrenzen. Unter Druck
gesetzte Schmelze fließt durch diese Öffnung 92 während eines Einspritzzyklusses
nach außen und erstarrt zumindest teilweise in dem abgedichteten Vorderabschnitt 62
des Raumes 52 zwischen der Düse 12 und der umgebenden Wand 16 der Vertiefung
14. Der Abstand "D" ist groß genug gemacht, um es der Schmelze zu erlauben, direkt
nach außen hindurchzufließen. Der Abstand ist jedoch klein genug, um zu verhindern,
daß die in den Vorderabschnitt 62 des Raumes 52 zumindest teilweise erstarrte
Schmelze während nachfolgender Einspritzzyklen in den in den Formhohlraum 90
strömenden Schmelzestrom zurückgesaugt wird. Bei der gezeigten Ausführungsform
kann der Abstand "D" ca. 0,1 mm (0,004 Zoll) betragen, obwohl es möglich ist, die
Spaltweite demgegenüber etwas zu variieren in Abhängigkeit von der Charakteristika
des zu formenden Materials.
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Im Betrieb wird die Vorrichtung in der vorbeschriebenen Weise und wie in Fig. 1 gezeigt
installiert. Jeder Dichtungsring 54 wird vor den Durchgangseinsätzen 80 montiert. Dies
gestattet es, die äußeren Enden 84 der dann eingeschraubten oder auf andere Weise
eingesetzten und festgelegten Durchgangseinsätze 80 nach außen über den
Innendurchmesser des Dichtungsringes 54 hinausreichen zu lassen. Dann wird das
elektrische Heizelement 26 in dem Schmelzeverteilelement 10 mit elektrischem Strom
versorgt, und auch die Heizelemente 42 in den Düsen 12, um diese auf eine vorbestimmte
Betriebstemperatur aufzuheizen. Durch eine Spritzgießmaschine (nicht gezeigt) wird
unter Druck gesetzte Schmelze zum zentralen Einlaß 68 des Schmelzedurchlasses 66
in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Einspritzzyklus gebracht. Die Schmelze
strömt durch das Schmelzeverteilelement 10, verzweigt sich dann nach außen zu jeder
Düse 12, in der die Schmelze weiterhin verzweigt wird, um nach außen durch jeden
Durchgangseinsatz 80 und den damit fluchtenden Schmelzedurchgang 88 in den
Formhohlraum 90 einzufließen. Während dieses Einspritzzyklus tritt von der Schmelze
auch ein Teil durch die Öffnungen 92 um die Durchgänge 88 aus, um den abgedichteten
Vorderabschnitt 62 des Raumes 52 unterhalb des Dichtungsringes 54 zu füllen.
Nachdem die Formhohlräume 90 gefüllt sind und eine zweckmäßige Verdichtungs- und
Kühlperiode verstrichen ist, wird der Einspritzdruck aufgehoben und das
Schmelzefördersystem druckentlastet, um ein Nachfließen (Stringing) durch die offenen
Durchgänge 88 zu vermeiden. Dann wird die Form 18 geöffnet, um die geformten Produkte
auszuwerfen. Nach dem Auswerfen wird die Form 18 erneut geschlossen und der
vorerwähnte Zyklus kontinuierlich wiederholt mit einer Zykluszeit, die abhängt von der Größe
der Formhohlräume 90 und dem Typ des verarbeiteten Materials. Sobald der
Materialtyp oder die Farbe des Materials, das verarbeitet wurde, geändert wird, ist der Abstand
"D" klein genug, um zu verhindern, daß das teilweise erstarrte Schmelzematerial aus
dem Vorderabschnitt 62 des Raumes 52 in den Schmelzestrom einer unterschiedlich
eingefärbten oder anderen Schmelze zurückgesaugt wird, die dann in den
Formhohlraum 90 einströmt. Ein größerer Abstand am äußeren Ende 84 des
Durchgangseinsatzes 80 hat zusätzlich zum Vermindern von Wärmeverlusten von dem
Durchgangseinsatz 80 zur umgebenden gekühlten Form 18 den Vorteil, daß das im Vorderabschnitt
62 des Raumes 52 eingeschlossene Schmelzematerial selbsttätig eine Isolierung
gegen Wärmeverluste bewirkt und auch hilft, eine Dichtung gegen den Durchtritt jeglicher
Schmelze durch den Dichtungsring 54 zu schaffen.
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Die Erfindung ist nicht eingeschränkt auf eine Spritzgießvorrichtung mit seitlichen
Schmelzedurchgängen und einer Ausbildung, bei der jede Düse 12 eine Kombination
eines Dichtungsringes 54 mit mehreren Durchgangeinsätzen 80 aufweist, weil diese
Ausführungsform nur als Beispiel zu sehen ist. Modifikationen sind in großer
Variationsbreite möglich, ohne von den nachfolgenden Ansprüchen abzuweichen.