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llHeißkaflal#Spritzgußwerkze#gfl Die Erfindung bezieht sich auf ein
Heißkanal-Spritzgußwerkzeug mit einer zwischen einer Porm- und einer Aufspannplatte
angeordneten, beheizbaren Heißkanalverteilerplatte, die mit der Anzahl der Einspritzdüsen
entsprechenden Kernstücken sowie damit verbundenen, in den jeweiligen Düsenkörper
hineinragenden Wärmeleitkernen versehen und über Druckstücke an der'Aufspannplatte
abgestützt ist.
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Solche Heißkanal-Spritzgußwerkzeuge sind bekannt. Sie haben gegenüber
Normal-Werkzeugen vor allem den Vorteil, daß bei ihnen keine Angüsse oder Angußverteiler
anfallen, da die Spritzgußmasse den einzelnen Eingritzdüsen im Werkzeug durch beheizte
Kanäle zugeleitet wird, in denen keine Masseverluste entstehen.
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Dadurch wird die Verflüssigungs- und Spritzleistung der Maschine optimal
ausgenutzt.
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Bei Heißkanal-Spritzgußwerkzeugen kommt es vor allem auf die Beachtung
der folgenden Gesichtspunkte und Bedingungen an: Die Heißkanal-Verteilerplatte soll
bei möglichst geringen Wärmeverlusten für eine gleichmäßige steuerbare Wärmezufuhr
zu allen Sinspritzdüsen bzw. für deren Temperaturkonstanz sorgen, ohne daß dabei
der mit der Formplatte verbundene oder mit ihr aus
einem Stück bestehende
Düsenkörper im Bereich seiner Düsenöffnung erwärmt wird, was zu einer unerwünschten
Erwärmung des ~jerkzeuges ihren würde. Weiterhin muß die Verteilerplatte so beschaffen
sein,-daß durch ihre Wärmeausdehnung gegenüber den übrigen Werkweugteilen die Funktipnssicherheit
des Spritzgußwerkzeuges nicht beeinträchtigt oder gar in Frage gestellt wird. Insbesondere
muß dabei auch die Dichtigkeit des Werkzeuges gegen ungewollten Massehindurchtritt
unbedingt gewshrleistet bleiben, zumal in Anbetracht der erheblichen Druckbeanspruchungen,
denen solche Spritzgußweffzeuge, insbesondere ihre Einspritzdüsen ausgesetzt sind.
Schließlich muß das Heißkanal-Spritzgußwerkzeug auch schnell und einfach montiert
bzw. demontiert sowie leicht gereinigt werden können, insbesondere im Bereich der
Masseleitkanäle sowie der Einspritzdüsen.
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Die vorerwähnten Bedingungen sind bei den bekannten Heißkanal-Spritzgußwerkzeugen
nur teilweise erfüllt. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heißkanal-Spritzgußwerkzeug
zu schaffen, das die-vorgenannten Gesichtspunkte weitestgeheiid berücksichtigt und
den diesbezüglichen Anforderungen voll gerecht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
~im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Kernstücke aus glatt durchgehende Zylinderbohrungen
in der Heißkanal-Verteilerplatte durchsetzenden-Kernzylindern bestehen, die an ihrem
dem Düsenkörper zugewandten Ende mit einem den Bohrungsrand der Verteilerplatte
hintergreiSenden Einspann-und Distanzflansch versehen und an ihrem gegenüberliegenden
i#1#iide mit dem als Spannmutter ausgebildeten und über den anderen Bohrungsrand
der Verteilerplatte greifenden Druckstück verschraubt sind sowie weiterhin eine
Einechraubbohrung für den Wäriiieleitkern
und einen dahin führenden,
im wesentlichen rechtwinklig abgebogenen Masseleitkanal besitzen. Hierdurch kommt
man zu einem He#ßkanal-Spritzgußwerkzeug, dessen Verteilerplatte mit den Kernzylindern
und den darin eingeschraubten Wärmeleitkernen einen leicht zu montierenden, gleichwohl
kompakten wie soliden Heiß- bzw. Wärmeleitblock bilden, der nicht nur eine gut zu
steuernde, überall gleichmäßige Temperaturverteilung gewL1#rleistet, sondern auch
den beim Spritzgießen auftretenden erheblichen Druck- und Dichtungsbeanspruchungen
voll gewachsen ist, Das liegt daran, daß die auf den Düsenkorper und den Wärmeleitkern
ausgeübten Drücke über den die Verteilerplatte durchdringenden Kernzylinder und
dessen Spannschraube unmitelbar in die Aufspannplatte geleitet werden, ohne also
dabei die Verteilerplatte zu beanspruchen bzw. in ihr entsprechende Verformungen
hervorzurufen. Dadurch bleiben zugleich auch die Kanalübergangsstellen zwischen
der Verteilerplatte und dem Kernzylinder sowie zwischen letzterem und dem#ärmeleitkern
unbedingt dicht, zumal diese Abdichtungsverhältnisse durch den die entsprechende
Zylinderbohrung in der Verteilerplatte abdeckenden Spann- und Distanzflansch des
Kernzylinders noch zusätzlich verbessert werden. letzterer tritt zugleich an die
Stelle eines bei den bekannten Heißkanal-Werkzeugen vorhandenen losen Distanzringes,
den er nicht nur ersetzt, sondern zugleich auch den einen der beiden beim losen
Ring beidseitig vorhandenen flachen Ringspalte entbehrlich macht, mithin auch insofern
zu einer Verbesserung der Abdichtullg an dieser Stelle-beitr.igt. Die Kernzylinder
zind leicht her tellbar und können als Normteile ausgeführt werden.
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Flach ihrem einfscii vorzunehmenden ausbau können die Kernzylinder
wie
auch die Heißkanal-Bohrung in der Verteilerplatte leicht gereinigt werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Düsenkörper an
seinem dem Kernzylinderflansch zugewandten Ende mit einem entsprechenden Stützflansch
versehen und zwischen beiden Flanschen ist eine aus keramischem Werkstoff bestehende
Wärme isolierschicht vorgesehen, die vorzugsweise auf beiden einander zugewandten
Slansch-Stirnflächen angebracht ist. Hierdurch wird eine gute Wärmeisolierung des
Düsenkörpers sichergestellt, zumal letzterer den Wärmeleitkörper mit hinreichendem
Abstand umgibt und der dazwischen befindliche Ringraum im Betrieb des Werkzeuges
mit thermisch isolierender Spritzgußmasse gefüllt ist, die sich in dem wandungsnahen
Bereich des Düsenkörpers in erstarrtem Zustand befindet.
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Um die Verteilerplatte im Werkzeug ohne zusätzliche Halte-und Zentriermittel
in der gegenüber den Düsenkörpern ordnungsgemäß ausgerichteten Lage zu halten, ist
erfindungsgemäß zwischen dem im Kernzylinder eingeschraubten Wärmeleitkern und dem
Düsenkörper ein ringförmiges Zentrierausgleichsmittel angeordnet. Dieses besteht
vorzugsweise aus einem hinreichend elastischen Wellring, der in einer ringförmigen
Innenaussparung des am Düsenkörper vorhandenen Stützflansches liegen und innen an
einem dort hineinragenden, am Wärmeleitkern vorhandenen Zentrierbund anliegen kann,
Durch seine jeweiligen Punktauflagen überträgt der Wellring nur s-ehr wenig Wärme
vom Wärmeleitkern auf den Düsenkörper, stellt also einen guten Wärmeisolator dar,
der aber dennoch seine Zentrierfunktion zwischen dem aus Verteilerplatte#
Kernzylinder
und Wärmeleitkern bestehenden Heißblock und dem Düsenkörper voll erfüllt.
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Anstelle des Wellringes können aber auch andere Zentrierausgleichsmittel
verwendet werden, die die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Heißblocks gegenüber
dem Düsenkörper zu kompensieren erlauben, z.B. eine plastische hinreichend temperaturbeständige
Masse, vorzugsweise eine Silikonmasse, die in den zwischen Wärmeleitkern und Düsenkörper
vorhandenen ringkammerartigen Hohlraum eingebracht ist.
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Weiterhin kann nach-der Erfindung der Wärmeleitkern aus Silber bestehen.
Hierdurch wird eine sehr gute, zur Temperaturvergleichmäßigung beitragende Wärmeleitung
erzielt. Solche Silber-Wärmeleitkerne sind besonders empfehlenswert für temperaturempfindliche
Spritzgußmassen, wie etwa Polyamide.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß
gestalteten Heißkanal-Spritzgußwerkzeuges dargestellt.
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Dabei zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch das neue-Werkzeug, Fig. 2
einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt in vergrößerter Darstellung, jedoch mit
einem abgewandelten Wärmeleitkern und Düsenkörper, Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig.
2, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 und 6 jeweils der
Fig. 3 entsprechende Ausschnitte#, jedoch mit anders ausgebildetem ringförmigen
Zentrierausgleichselement.
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Das in Fig. 1 dargestellte Heißkanal-Spritzgußwerkzeug besteht im
wesentlichen aus der die eingesetzten Düsenkörper 1 enthaltenden Formplatte 2, der
Distanzplatte 3 und der AuSspannplatte 4 sowie der zwischen den vorerwähnten Platten
angeordneten, beheizbaren Heißkanal-Verteilerplatte 5. Diese ist mit mehreren Endkernstücken
6 sowie Mittelkernstücken 7 versehen und trägt den durch eine Bohrung 4' in der
Aufspannplatte 4 hindurchragenden Anlagekörper#8, der mit der Verteilerplatte 5
über das Gewinde 9 verschraubt ist. Der Körper 8 liegt an der nicht dargestellten
Düse der Spritzgußmaschine an. Während des Spritzgießens gelangt die Spritzgußmasse
durch den im Anlagekörper 8 vorhandenen Kanal 10 in den in der Verteilerplatte 5
vorgesehenen Kanal 11 und von hier über die Bohrungen 12 in den mit den Kernstücken
6, 7 verbundenen Wärmeleitkernen 13 bzw. 14 zu den einzelnen Einspritzdüsen 15.
Deren Anzahl und gegenseitige Abstände werden je nach Formteil und Formnestzahl
festgelegt. Durch diese Düsen 15, die den sogenannten Anspritzpunkt darstellen,
strömt die Masse in die Formhohlräume 16.
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Der Düsenanlagekörper 8 stellt die Verbindung zwischen dem Werkzeug
und der Spritzgußmaschine her. Da die Maschinendüse mit einer Anlagekraft bis zu
15 to auf den Körper 8 aufsetzt, besteht letzterer aus einem hochvergüteten oder
ölhärtenden Stahl. Bei seiner Längenabmessung ist zu berücksichtigen, daß er von
der Heißkanal-Verteilerplatte 5 eine genüg#ende Wärmezufuhr erhalt.
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Erforderlichenfalls kann um den Anlagekörper 8 ein zusätzliches Ringheizband
herumgelegt werden. Es empfiehlt sich, bei Heißkanal-Spritzgußwerkzeugen mit ständig
anliegender Maschinendüse
zu arbeiten. Sofern aus werkzeug- oder
spritztechnischen Gründen die Maschinendüse nach jedem Arbeitsgang abgehoben werden
muß#, ist im Düsenanlagekörper 8 noch eine Maßseausflußsicherung vorhanden.
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Die Verteilerplafte 5 ist mit einer nicht dargestellten Heizeinrichtung
versehen, die so Ilangeordnet und ausgelegt ist, daß sie eine gleichmäßige Temperierung
der Platte 5 und der mit ihr verbundenen beheizbaren Teile, wie insbesondere der
Kernstücke 6, 7 und der damit verbundenen Wärmeleitkerne 13 bzw.
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14 gewährleistet. Um Wärmeverluste durch Abstrahlung und Abwanderung
soweit wie möglich zu vermeiden, ist die Verteiler platte 5 von Wärmedämmplatten
17 umgeben. Dafür werden vorteilhaft handelsübliche Wellasbest-Aluplatten verwendet,
die entweder direkt auf der Verteilerplatte 5 oder aber besser noch in entsprechendem
Abstand von ihr angebracht werden. Bei diesen Wellasbest-Aluplatten werden die reflektierenden
Eigenschaften des Aluminiums ausgenutzt. Da die Heißkanal-Verteilerplatte 5 nicht
nur für die Beheizung und für die Verteilung der plastifizierten Formmasse notwendig
ist, sondern zugleich auch die Einspritzdüsen bzw. Wärmeleitkerne 13, 14 trägt,
auf die während des Spritzvorganges erhebliche Kräfte ausgeübt werden, nämlich pro
Einspritzdüse bis zu 7 und mehr Tonnen, ist die Verteilerplatte 5 entsprechend kräftig
dimensioniert. Sie besteht zweckmäßig aus vergütetem Stahl mi#t einer Festigkeit
von etwa 100- kp/ mm2 und ist in ihren Abmessungen so gehalten, daß bei aufgeheiztem
Heißkanal die Stichmaße von Düse zu Düse mit denen des Werkzeuges
übereinstimmen.
Die Wärmeausdehnung der Verteilerplatte 5 wird-also bei deren Bemessung von vornherein
berücksichtigt.
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Die in die Verteilerplatte 5 eingesetzten Kernstücke 6, 7 bestehen
aus Kernzylindern, die in glatt bzw. unabgestuft durchgehende Zylinderbohrungen
5' der Verteilerplatte 5 eingesetzt sind und diese vollständig durchdringen. An
ihrem dem Düsenkörper l zugewandten Ende sind die Kernzylinder 6 bzw. 7 mit eineS
den Bohrungsrand 5" der Verteilerplatte 5 hintergreifenden Einspann- und Bittanzflansch
61 bzw. 7' versehen, während sie an ihrem gegenüberliegenden Ende einen Schraubgewindezapfen
6'' bzw. 7'' aufweisen, an dem die als Spannmuttern 18 ausgebildeten Druckstücke
aufgeschraubt sind, die sich unmittelbar an der Aufspannplatte 4 abstützen. Während
das Kernstück 6 als sogenanntes Endkernstück einen im wesentlichen rechtwinklig
abgebogenen Masseleitkanal 6"' besitzt, Wodurch die sonst erforderliche Abdichtung
am Kanalende ll' entfällt, ist der im Mittelkernstück 7 vorhandene Masseleitkanal
7"' von T-förmiger Gestalt. Um die Kanäle 6"' bzw. 7"' der Kernstücke 6 bzw. 7 in
exakte Übereinstimmung mit dem in der Verteilerplatte 5 vorhandenen Kanal 11 zu
bringen bzw. zu halten, sind Zentrierstifte l9 vorgesehen, die die Kernzylinder
6 bzw. 7 gegen Verdrehung sichern. Diese Zentrierstifte 19 sind in eine jeweils
teilweise in der Verteilerplatte 5 sowie im Kernzylinder 6 bzw.
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7 gelegene Bohrung 19' eingesetzt. Weiterhin sind in den Kernzylindern
6 bzw. 7 Einaehraubbohrungen 6## bzw. 7IV für die Wärmeleitkerne 13 bzw. 14 vorgesehen,
die dadurch fest und mit besonders gutem Wärmeübergang mit den Kernzylindern verbunden
werden.
Die Kernzylinder 6 bzw. 7 mit ihren Di-chtungs- und Spannflanschen 6' bzw. 7' sowie
ihren Spannmuttern 18 gewährleisten eine unmittelbare Übertragung der auf die Düsenkörper
1 und die Wärmeleitkerne 13 bzw. 14 wirkenden Spritzdrücke auf die Aufspannplatte
4, wodurch die Verteilerplatte 5 weitestgehend druckentlastet bleibt, was sich auch
auf die Dichthaitigkeit der Masseleitkanäle vorteilhaft auswirkt. Darüber hinaus
gewährleisten die an den Kernstücken bzw. zylindern vorhandenen Flansche 6' bzw.
7' einerseits und die Spannmuttern 18-andererseits eine zusätzliche Abdichtung der
zwischen der Verteilerplatte und den Kernstücken vorhandenen Kanalübergänge. Auch
wird die Dichtung zwischen den Kernzylindern 6 bzw. 7 und dem Düsenkörper 1 auf
diese Weise verbessert, weil zwischen diesen beiden Teilen lediglich ein Ringspalt
20 vorgesehen ist, Während bei den bekannten Heißkanälen an dieser Stelle stets
ein besonderer Distanzring bzw. Wärmedämmring und somit zwei Ringdichtungsflächen
vorgesehen sind. Der Einbau der Kernzylinder 6 bzw. 7 in die Verteilerplatte 5 erfolgt
zweckmäßig mit einer leichten Preßpåstung. Hierzu können die Verteilerplatte 5-
auf etwa 3ovo0 G auf#eheizt und die Kernstücke 6 bzw. 7 unterkühlt Werden. -Die
Wärmeübertragung von der Verteilerplatte 5 ~und den eingesetzten Kernzylindern 6
bzw. 7 zur Düsenspitze erfolgt über die Wärmeleitkerne 13 bzw 14. Diese bestehen
vorteilhaft aus Silber und besitzen demzufolge eine besonders große Wärmeleitfähigkeit.
Der in den Wärmeleitkernen vorhandene zentral
angeordnete Masseleitkanal
12 läuft in seinem der Düse 15 benachbarten Teil in zwei oder mehr spitzwinklig
zueinander gelegene Zweigkanäle 12' aus, zwischen denen ein Stahlstift 13 eingesetzt
ist, der die der Düsenöffnung 15 unmittelbar gegenüberliegende Spitze des Wärmeleitkernes
13 bzw. 14 bildet. Hierdurch wird eine punktförmige Wärmeübertragung auf den Anspritzpunkt
mit größtmöglicher Temperatursteuerungsgenauigkeft erreicht.
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Zur Wärmeisolation ist zwischen dem Wärmeleitkern 14 bzw. 13 und dem
letzteren mit Abstand umgebenden Düsenkörper 1 ein ringkammerartiger Hohlraum 25
vorhanden, der sich beim Betrieb mit Kunststoffmasse füllt, die dann ihrerseits
die Wärmeisolierung bewirkt.
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Die Düsenkörper 1 sind entweder direkt in das Werkzeug bzw.
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in die Formplatte 2 eingearbeitet oder aber als besondere Düsenkörpereinsätze
wie im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Formplatte 2 eingesetzt. Diese Ausführungsform
verdient allein schon aus thermischen Gründen denVorzug. Die Ausdrehung des Düsenkörpers
1 ist etwa 3 bis 5 mm größer als der Außendurchmesser des Wärmeieitkernes 13 bzw.
14. Der Düsenkörper 1 ist an seinem dem KernzySinderflansch 6' zugewandten Ende
mit einem entsprechenden Stützflansch lt versehen. Zwischen beiden Flanschen iSt
eine aus keramis#hem Werkstoff bestehende Wärmeisolierschicht 22 vorgesehe-ny die
zweckmäßig auf beiden einander zugewandten PIan#ch-Stirnfiäc#hen aufgebracht ist.
Durch diese kermmmische Isolierschicht 22 wird eine sehr gute Wärmedämmung
zwischen
dem Heißkanalblock#und den Düsenkörpern 1 erzielt. Die Düsenkörper 1 sind weiterhin
noch mit einer Freidrehung l" versehen, die an eine nicht dargestellte Kühlluftzuleitung
angeschlossen werden kann. Hierdurch kann bei Bedarf mit Luftkühlung gearbeitet
werden.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist der Wärmeleitkörper 13 mit einem Zentrierbund
13t' versehen, der in eine im Stützflansch 1' des Düsenkörpers 1 vorhandene ringförm##ige
Innenaussparung l"' hineinragt. Zwischen dem Zentrierbund 13tf nnd dem Stützflansch
lt des Düsenkörpers 1 befindet sich ein ringförmiges Zentrierausgleichselement,
das - wie insbesondere Fig. 4 zeigt - vorteilhaft aus einem Wellring 23 besteht.
Durch die Punktauflagen zwischen dem Wellring 23 und dem am Wärmeleitkern 13 vorhandenen
Zentrierbund 13 ~1 einerseits sowie dem Stützflansch l' des Düsenkörpers l andererseits
wird der Wärmeübergang auf ein Geringstmaß begrenzt.
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Der Wellring 23 hat die Aufgabe, den aus Verteilerplatte 5, den Kernzylindern
6 bzw. 7 und Wärmleitkernen 13 bzw. 14 bestehenden Heißkanalblock gegenüber den
Düsenkörpern 1 zentrierend zu halten und dabei zugleich die Wärmeausdehnung des
Heißkanalbiocks zu ermöglichen. Letzterer braucht daher nicht noch durch weitere
Zentrier- oder Verbindungsmittel im Werkzeug gehalten zu werden.
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Eine andere Möglichkeit für den Zentrierausgleich zwischen dem Heißkanalblock
und dem Düsenkörper 1 ist in Fig. 5 dargestellt. Hier besteht das ringförmige Zentriermittel
aus einer plastischen, hinreichend temperaturbeständigen Masse, vorzugsweise einer
entsprechenden Silikonmasse 24, die in dem zwischen
Wärmeleitkern
13 und Düsenkörper 1 vorhandenen ringkammerartigen Hohlraum 25 untergebracht ist.
Eine weitere Möglichkeit für den Zentrierausgleich zeigt Fig. 6. Hier besteht das
ringförmige Zentrierausgleichsmittel aus einem Ring 26 von hinreichend elastischem
und temperaturbeständigem Werkstoff. Auch hier ist der Ring 26 in den zwischen dem
D<1senkörper 1 und dem Wärmeleitkern 13 vorhandenen Ringraum 25 eingesetzt.