DE19628246A1 - Spritzgußdüse mit radialen Flügeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein den Spritzguß und mehr im einzelnen eine Düse für Heiß­ kanalspritzguß, welche eine hohe Festigkeit aufweist und kein Heizelement erfordert.

Eine Vielzahl verschiedener Düsen, die in dem Preßwerkzeug sitzen, mit einer durch sie hindurchgehenden zentralen Schmelzenbohrung werden dazu verwendet, Schmelze zu der Einlauföffnung hin zu fördern. Diese Düsen werden gewöhnlich erhitzt, wobei Stahldüsen um sie herum angebrachte Heizelemente aufweisen, die zu einem Zeitpunkt verwendet wer­ den.

Eine allgemein bekannte geheizte Düse ist gezeigt in dem US-Patent 4,355,460 des Anmelders, ausgegeben am 26. 10.1982. In jenem Fall ist ein elektrisches Heizelement in einem Raum zwischen einem inneren Kernabschnitt und einem äußeren Gehäuse gewickelt, und der Raum wird dann mit hochleitfähigem Berylliumkupfer gefüllt, so daß es das Heize­ lement umgibt und eine einheitliche geheizte Düse bildet. Obwohl diese bei den meisten Anwendungen sehr gut arbeiten, sind sie relativ teuer herzustellen, und das Heizelement ist Funktionsfehlern ausgesetzt. Ferner weisen die Düsen in einigen Anwendungen keine aus­ reichende Festigkeit auf, um dem wiederholten Stoß des benötigten sehr hohen Einspritz­ druckes standzuhalten.

Neuerlich ist, wie zu sehen in dem US-Patent 5,206,040 des Anmelders, ausgegeben am 27.4.1993, eine Düse oder ein Dichtungselement ohne elektrisches Heizelement gezeigt. Jedoch weist in diesem Fall die Düse den Nachteil auf, daß ein länglicher Schaft oder Tor­ pedo benötigt wird, der sich in ihrer zentralen Bohrung erstreckt, um ausreichende thermi­ sche Leitfähigkeit vorzusehen.

Dementsprechend besteht ein Ziel der Erfindung darin, die Nachteile des Standes der Tech­ nik wenigstens teilweise zu überwinden durch Schaffung einer Düse mit sehr hoher Druck­ festigkeit, welche kein Heizelement benötigt.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung in einem ihrer Aspekte eine einheitliche Spritzguß­ düse mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende, bei welcher ein Mittelabschnitt zwischen einem inneren Kernabschnitt und einem umgebenden konzentrischen äußeren Hül­ senabschnitt ausgebildet ist, wobei der innere Kernabschnitt eine Schmelzenbohrung auf­ weist, die zentral durch ihn hindurchgeht, der innere Kernabschnitt und der äußere Hülsen­ abschnitt aus wenigstens einem hochfesten Material gebildet sind und der Mittelabschnitt aus einem gut wärmeleitfähigen Material gebildet ist, wobei die Düse dadurch gekennzeich­ net ist, daß wenigstens entweder der innere Kernabschnitt oder der äußere Hülsenabschnitt eine Mehrzahl beabstandeter Flügel oder Platten aufweist, die sich zwischen dem inneren Kernabschnitt und dem äußeren Hülsenabschnitt radial durch den Mittelabschnitt erstrec­ ken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei­ spiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Mehrfach-Spritzgußvorrichtung, der eine Düse gemaß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene isometrische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Düse;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines inneren Kernes in einer Position zum Einfügen in eine äußere Hülse;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 eine Ansicht der Anordnung mit dem in der äußeren Hülse eingeschmolzenen inne­ ren Kern in der Position zum Einsetzen in einen Vakuumofen; und

Fig. 6 eine Schnittansicht eines in der Anordnung aufgenommenen Kupferblockes, bereit zum Wiedereinsetzen in den Vakuumofen.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, welche einen Abschnitt einer Mehrfach- Spritzgußvorrichtung zeigt, in welcher einige Düsen 10 gemäß der Erfindung in ein Preß­ werkzeug 12 eingesetzt sind, um unter Druck stehende Kunststoffschmelze durch einen Schmelzenkanal 14 zu entsprechenden Einlauföffnungen 16 zu fördern, die zu Hohlräumen 18 führen. In der gezeigten besonderen Gestaltung ist jede Düse 10 in einen Kühleinsatz 20 eingesetzt, der seinerseits in eine allgemein zylindrische Öffnung 22 in dem Preßwerkzeug 12 eingesetzt ist. Der Hohlraum 18 weist einen konvexen Abschnitt auf, der teilweise durch den Kühleinsatz 20 gebildet wird und zum Pressen von PET-Vorpreßlingen dient, aus wel­ chen Getränkeflaschen durch Streckblasformen hergestellt werden. Der Hohlraum 18 wird ferner gebildet durch einen Kerneinsatz 26, welcher durch Kühlwasser gekühlt wird, das durch ein zentrales Spülrohr einströmt. Der Kühleinsatz 20 wird auch gekühlt durch Durch­ pumpen von Kühlwasser aus Leitungen 30 durch eine kreisförmige gerippte Kühlkammer 32.

Obwohl das Preßwerkzeug 12 gewöhnlich eine größere Anzahl Platten aufweist je nach der Gestaltung, sind in diesem Fall zwecks einfacher Darstellung nur eine Verteilerstück-Halte­ platte 34 und eine Rückwand 36 gezeigt, die durch Schrauben aneinander befestigt sind. Das Preßwerkzeug 12 wird auch gekühlt durch Durchpumpen von Kühlwasser durch Kühl­ leitungen 40 in der Verteilerstück-Halteplatte 34 und der Rückwand 36. Die Düsen 10 sind untereinander verbunden durch ein Stahl-Schmelzenverteilerstück 42, das an die hinteren Enden 44 der Düsen 10 anschlägt. Das Schmelzenverteilerstück 42 weist ein eingebautes elektrisches Heizelement 48 auf und ist zwischen der Verteilerstück-Halteplatte 34 und der Rückwand 36 angebracht durch einen zentralen Zentrierring 50 und isolierende und nach­ giebige Abstandhalter 52. Dies bildet einen isolierenden Luftraum 54 zwischen dem Schmelzenverteilerstück 42 und der umgebenden Verteilerstück-Halteplatte 34 und der Rückwand 36. Der Schmelzenkanal 14 erhält Schmelze durch einen zentralen Einlaß 56 in einem zylindrischen Einlaßabschnitt 58 des Schmelzenverteilerstückes 42 und verzweigt sich in dem Schmelzenverteilerstück, um durch eine zentrale Schmelzenbohrung 60 in jeder Dü­ se 10 hindurchzugehen. Die Schmelze fließt dann durch die ausgerichtete Einlauföffnung 16 in den Kühleinsatz 20 in jedem Hohlraum 18.

Indem auch auf Fig. 2 Bezug genommen wird, verjüngt sich jede Düse 10 einwärts von dem flachen hinteren Ende 44 zu einem kleineren kreisförmigen Vorderende 62. Ein nach vorn verlaufender Flanschabschnitt 64 nahe dem hinteren Ende 44 sitzt in einer kreisförmi­ gen Auflagefläche 66 in dem Kühleinsatz 20, und das Vorderende 62 weist einen kleinen Zentrierflansch 68 auf, der in einer kreisförmigen Öffnung 70 in dem Kühleinsatz 20 um die Einlauföffnung 16 herum sitzt. Dies zentriert die Düse 10 genau in dem Kühleinsatz 20 und bildet einen isolierenden Luftraum 72, der sich zwischen diesen erstreckt. Wie am besten in Fig. 2 erkennbar, weist die ganzheitliche Düse 10 einen Mittelabschnitt 74 auf, der zwi­ schen einem inneren Kernabschnitt 76 und einem äußeren Hülsenabschnitt 78 ausgebildet ist. Der innere Kernabschnitt 76 weist die Schmelzenbohrung 60 auf, die zentral hindurch­ geht, und eine Außenfläche 80, die sich einwärts zu dem Vorderende 62 der Düse 10 hin verjüngt. In dieser Ausführungsform weist der äußere Hülsenabschnitt 78 eine Anzahl beab­ standeter Flügel (vane) 82 auf, die sich radial einwärts erstrecken in Kontakt mit dem inne­ ren Kernabschnitt 76. Die Flügel 82 weisen innere Enden 84 auf, die sich auch einwärts verjüngen zu dem Vorderende 62 der Düse 10 hin, um mit der Gestalt der Außenfläche 80 des inneren Kernabschnitts 76 übereinzustimmen. In dieser Ausführungsform bestehen der innere Kernabschnitt 76 und der äußere Hülsenabschnitt 78 beide aus warmverarbeiteten Werkzeugstahl. Jedoch können in anderen Ausführungsformen einer oder beide aus anderen geeigneten Materialien bestehen, die eine hohe Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen und ausreichende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Anderer­ seits ist der Mittelabschnitt 74 aus Kupfer oder anderen geeigneten Materialien gebildet, das gut thermisch leitfähig ist. Der Mittelabschnitt 74 besteht aus einer Anzahl von Kupferseg­ menten 86, die durch das nachfolgend beschriebene Verfahren einstückig zwischen den ra­ dialen Flügeln 82 ausgebildet werden. Der hochleitende Mittelabschnitt 74 steht in Kontakt mit dem erwärmten Schmelzenverteilerstück 42 und überträgt die Wärme von diesem nach vorn, um genügend Wärme in dem Bereich der Einlauföffnung 16 vorzusehen und während des Einspritzzyklus eine relativ gleichförmige Temperatur um die zentrale Schmelzenboh­ rung 60 herum sicherzustellen. Also bildet die Kombination der zwei Arten von Materialien mit den radial verlaufenden Flügeln 82 eine Düse 10, die kein Heizelement erfordert und dennoch ausreichende Festigkeit aufweist, um dem wiederholten Unterdrucksetzen des kontinuierlichen Preßzyklus standzuhalten.

Nachdem das System zusammengesetzt worden ist, wie oben beschrieben, wird bei Ver­ wendung elektrische Energie an das Heizelement 48 angelegt, um das Schmelzenverteiler­ stück 42 und die Düsen 10 auf eine vorbestimmte Arbeitstemperatur zu erhitzen. Unter Druck stehende Schmelze von einer Schmelzenmaschine (nicht gezeigt) wird dann gemäß einem vorbestimmten Zyklus in den zentralen Einlaß 56 des Schmelzenkanals 14 des Schmelzenverteilerstückes 42 eingeleitet, von wo sie durch die Schmelzenbohrung 60 jeder Düse 10 fließt, um die Hohlräume 18 zu füllen. Nachdem die Hohlräume 18 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck momentan zum Verdichten (pack) gehalten und dann entspannt. Nach einer kürzen Abkühlzeit wird die Preßform geöffnet, um das Produkt auszustoßen. Nach dem Ausstoßen wird die Preßform geschlossen und der Einspritzdruck wird wieder angewendet, um den Hohlraum erneut zu füllen. Dieser Zyklus wird wiederholt in einem kontinuierlichen Zyklus mit einer Frequenz, die von der Größe und Gestalt der Hohlräume sowie der Art des Preßmaterials abhängt.

Zur Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen der einheitlichen Düse 10 wird jetzt auf die Fig. 3 bis 6 Bezug genommen. Zuerst werden innere Kerne 88 und äußere Hülsen 90 zu der in Fig. 3 gezeigten Gestalt geformt. Während die inneren Kerne 88 maschinell bearbeitet werden, wird die äußere Hülse 90 so gegossen, daß sie die oben beschriebenen radialen Flügel 82 und eine Aussparung 92 an dem Vorderende 94 aufweist. Wie in Fig. 3 angedeutet, wird der innere Kern 88 in die äußere Hülse 90 eingesetzt, wobei die inneren Enden 84 der Flügel 82 an die Außenfläche 80 des inneren Kernes 88 anschlagen. Der zy­ lindrische Abschnitt 96 des inneren Kernes 88 erstreckt sich in die äußere Hülse 90 und bil­ det dazwischen einen kreisförmigen Kanal 102.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die Anordnung 104 dann mit der Aussparung 92 nach oben weisend positioniert, und ein geeignetes Hartlötpulver 106 wie zum Beispiel eine Nickelle­ gierung wird in den Kanal 102 gegossen. Falls erwünscht, kann ein Kügelchen (nicht ge­ zeigt) von Hartlötpaste aufgebracht werden, wo die inneren Enden 84 der Flügel 82 die Außenflächen 80 des inneren Kernes 88 kontaktieren, um diesen und die äußere Hülse 90 zusammenzuhalten, aber dies ist nicht notwendig. Die Anordnungen werden dann in Char­ gen in einen Vakuumofen 108 eingesetzt, wo sie während eines kontrollierten Zyklus erhitzt werden. Während der Ofen 108 allmählich aufgeheizt wird, wird er auf ein relativ hohes Vakuum evakuiert, um im wesentlichen den gesamten Sauerstoff zu entfernen. Das Vakuum wird dann vermindert, indem der Ofen 108 teilweise wieder gefüllt wird mit einem trägen Gas wie zum Beispiel Argon oder Stickstoff, um Spratzen zu vermeiden. Der Ofen wird auf annähernd 1065°C (1950°F) erhitzt, was über dem Schmelzpunkt des Nickellegierungs- Hartlötmaterials 106 liegt. Dies schmelzt das Hartlötpulver 106, das hinunter läuft und hart­ verlötet wird zwischen dem zylindrischen Abschnitt 96 des inneren Kernes 88 und dem umgebenden engen Hals 100 der äußeren Hülse 90, um eine Abdichtung zwischen diesen zu bilden. Dies erzeugt eine Art Diffusionshartlot mit dem Stahl, der eine noch höhere Schmelztemperatur als Kupfer aufweist. Die verschmolzene Anordnung 104 wird dann aus dem Ofen 108 entnommen und in die in Fig. 6 gezeigte Stellung umgekehrt. Ein Block 110 aus einem hochleitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer wird dann in die Öffnung 112 eingesetzt, die an dem hinteren Ende 124 der äußeren Hülse 90 ausgebildet ist. Die Anord­ nung 104 wird dann wieder in den Vakuumofen eingesetzt und während eines ähnlichen kontrollierten Zyklus wieder erhitzt auf eine Temperatur von annähernd 1113°C (2035°F), was genügend über dem Schmelzpunkt des Kupferleitmaterials 110 liegt, um es zu schmel­ zen. Wenn das Kupfer schmilzt, fließt es nach unten, um die Räume zwischen den radialen Flügeln 82 der äußeren Hülse 90 zu füllen und Segmente 86 des Mittelabschnitts 76 der Düse 10 zu bilden. Das Gießen des Kupfers 110 in ein partielles Vakuum sorgt für ein me­ tallurgisches Bonden des Kupfers 110 an dem Stahl des inneren Kernes 88 und der äußeren Hülse 90. Auf diese Weise wird ein einteiliger Aufbau gebildet, der Wärme effizient über­ trägt und eine hohe Stoßfestigkeit aufweist.

Schließlich werden die Anordnungen 104, nachdem sie aus dem Vakuumofen 108 entnom­ men worden sind, verarbeitet, um das Überschußmaterial zu entfernen, wie durch die gestri­ chelte Linie 116 in Fig. 6 gezeigt, und die zentrale Bohrung 60 zu formen, um die fertigge­ stellten Düsen zu bilden, wie in Fig. 2 gezeigt.

Obwohl die Beschreibung der Spritzgußdüse mit radialen Flügeln 82, die sich durch den hochleitfähigen Mittelabschnitt 74 erstrecken, bezüglich einer bevorzugten Ausführungs­ form vorgenommen worden ist, ist es offensichtlich, daß verschiedene andere Modifikatio­ nen möglich sind, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er sich für den Fachmann versteht und wie er in den Ansprüchen definiert ist. Insbesondere können in einer alternativen Ausführungsform die Flügel 82 als Teil des inneren Kernes 88 ausgeführt wer­ den und sich nach außen durch den Mittelabschnitt hindurch erstrecken in Kontakt mit der umgebenden äußeren Hülse 90.

Claims (4)

1. Spritzgußdüse mit einem vorderen Ende, einem hinteren Ende und einem Mittelab­ schnitt, der zwischen einem inneren Kernabschnitt und einem umgebenden konzentrischen äußeren Hülsenabschnitt ausgebildet ist, wobei der innere Kernabschnitt eine Schmelzen­ bohrung aufweist, die zentral durch ihn hindurchgeht, der innere Kernabschnitt und der äu­ ßere Hülsenabschnitt aus wenigstens einem hochfesten Material gebildet sind und der Mit­ telabschnitt aus einem gut wärmeleitfähigen Material gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens entweder der innere Kernabschnitt (76) oder der äußere Hülsenabschnitt (78) eine Mehrzahl beabstandeter Flügel (82) aufweist, die sich zwischen dem inneren Kernabschnitt (76) und dem äußeren Hülsenabschnitt (78) radial durch den Mittelabschnitt (74) erstrecken.

2. Spritzgußdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kernab­ schnitt (76) eine Außenfläche (80) aufweist, die sich zu dem Vorderende (62) der Düse nach innen verjüngt, und die Flügel (82) sich von dem äußeren Hülsenabschnitt (78) einwärts erstrecken mit inneren Enden (84), die sich zu dem Vorderende (62) der Düse hin nach innen verjüngen in zusammenpassenden Kontakt mit der Außenfläche (80) des inneren Kernabschnitts (76).

3. Spritzgußdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kernab­ schnitt (76) und der äußere Hülsenabschnitt (78) aus Stahl gebildet sind.

4. Spritzgußdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (74) aus Kupfer gebildet ist.