Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlussnadel und eine damit bestückte Einheit für Spritzgussformen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, resp. 5.

Beheizte Verschlussnadeln sowie ihre Anwendung in Spritzgussformen sind seit einer Vielzahl von Jahren bekannt. Sie werden bei der Verarbeitung von thermoplastischen Foππrαassen sowohl für offene als auch für verschliessbare Düsen, sogenannte Verschlussdüsen, eingesetzt. In der Regel besteht bei den bekannten Verschlussnadeln der Nadelkörper aus Stahl und der Heizkörper ist darin eingeschoben und festgemacht oder ein Heizwendel ist direkt in die Nadel eingearbeitet. Die Aufgabe solcher Verschlussnadeln besteht darin, die Kunststoffschmelze vom Verteilerkanal bis zum Anschnitt der Formhöhlung in flüssigem Zustand zu halten, damit sie beim Einspritzvorgang ungehindert in die Formhöhlung strömen kann.

Alle bekannten bisher verwendeten Verschlussnadeln haben eine ungünstige Wärmeverteilung, weil bei den als Heizpatronen ausgebildeten eingeschobenen Heizkörpern die grösste Wärmedichte in der Mitte der Heizpatrone vorhanden ist und bei eingearbeiteten Heizwendeln unterschiedlicher Wattdichte die Wärme zu stark über den Nadelkörper zur Führungsbüchse geleitet wird. Dadurch bleibt der Kunststoff im Bereich der Führungsbüchse geschmolzen und wird durch den hohen Spritzdruck in diese hineingepresst, was zu Leckagen und Funktionsstörungen führen kann. Deshalb sind anspruchsvolle und thermisch empfindliche Kunststoffe, sogenannte Engineering Plastics, mit einem engen thermischen Verarbeitungsbereich nur mit Schwierigkeiten auf Spritzgussformen mit herkömmlichen

Verschlussnadeln verarbeitbar. Auch wird der Energieverbrauch durch die Verwendung der herkömmlichen Verschlussnadeln unnötig hoch, da ein Teil der Wärme an die Formplatten abgeleitet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile der bekannten innenbeheizten Verschlussnadeln sowie der damit bestückten Einheiten zu überwinden und eine Verschlussnadel und eine damit bestückte Einheit zu schaffen, die es ermöglichen, mit bestehenden Spritzgussformen auch anspruchsvolle Kunststoffe, beipielsweise solche mit hohem kristallinem Anteil, zu verarbeiten.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mittels einer Verschlussnadel, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist und einer damit bestückten Einheit, wie sie in Patentanspruch 5 definiert ist, gelöst.

Mit einer derartigen Verschlussnadel, resp. Einheit, kann, bei geeigneter Materialwahl für den Schaft und die Spitze und durch die Unterbrechung.der Wärmebrücken durch Spaltringräume der Wärmeübergang von der beheizten Nadelspitze zum Schaft derart günstig beeinflusst werden, dass sich an der Verschlussnadel im Bereich von dessen Führungsteil eine Abdichtung aus erstarrtem Kunststoff bildet. Dies setzt voraus, dass die Oberflächentemperatur des Schaftes in diesem Bereich die Schmelztemperatur des Kunststoffes nicht erreicht, wogegen diese Temperatur im Bereich der Nadelspitze erreicht sein muss, was mit herkömmlichen beheizten Verschlussnadeln nicht oder nur sehr begrenzt möglich ist.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind hiernach unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In letzterer zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform des Verschlussdüsen-Typs, der eine erfindungsgemasse Verschlussnadel enthält, die die Angussöffnung durch Federdruck verschlossen hält,

Fig. 2 einen entsprechenden Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform des Offendüsen-Typs, der eine erfindungsgemasse Verschlussnadel enthält, die fest steht,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch jenen Teil einer Spritzgussform, der eine erfindungsgemasse hydraulisch bewegte Verschlussnadel enthält, und

Fig. 4 ein Detail einer erfindungsgemässen Verschlussnadel im Bereich des Heizkörpers, ebenfalls im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist schematisch die Situation in jenem Teil einer Mehrfach-Spritzgussform des Verschlussdüsen-Typs dargestellt, in welchem diese eine Angussöffnung 17 mit einer damit zusammenwirkenden erfindungsgemässen Verschlussnadel enthält. Dabei ist bewusst auf die Darstellung konstruktiver Details der Spritzgussform, resp. von deren Einzelteilen wie der ein Vormest 5 enthaltenden Formplatte 6, der vorderen Kanalplatte 7, der hinteren Kanalplatte 8 und der Aufspannplatte 9 verzichtet worden, da sie für das Verständnis der Erfindung irrelevant sind. Man erkennt in dieser Figur eine im wesentlichen aus einer Nadelspitze 1 und einem Schaft 2 bestehende erfindungsgemasse Verschlussnadel, die im hinteren Bereich des Schaftes 2, in einem Durchbruch 15 der Aufspannplatte 9 einen Anschlusskopf 13 aufweist, der der Befestigung eines Kabelschuhes 14 einer elektrischen Zuführung 12 für die Versorgung des in der Nadelspitze 1 eingeschobenem Heizkörpers 3 mit elektrischer Energie, dient. Der vordere Teil der erfindungsgemässen Verschlussnadel ragt in einen Isolierkanal 16 hinein, in welchem er durch die Wirkung eines vorteilhafterweise in einem Federkäfig 10 angeordneten Federpaketes 11 nach unten gedrückt wird, derart, dass die

Angussöffnung 17 durch die Nadelspitze 1 veschlossen wird. Die Verschlussnadel wird dabei im Bereich ihres Eintritts in den Isolierkanal 16 in einer Führungsbüchse 4 geführt, die derart ausgelegt ist, dass nur ein minimales Spiel zwischen dem Schaft 2 und der Führungsbüchse 4 vorhanden ist.

Man erkennt in Fig. 1 und insbesondere auch aus Fig. 4, wie der Heizkörper 3 in der Nadelspitze 1 untergebracht ist. Vorteilhafterweise ist er mittels Schiebepassung in letztere eingeschoben und letztere mechanisch gegen ein Ausziehen aus dem Schaft 2 gesichert. Sie weist ferner ein Heizwendel 18 auf, das im vorderen, der Spitze der Nadelspitze 1 zugewandten Seite, am engsten gewunden ist und somit daselbst die höchste Wattdichte aufweist. In dieser Zone kann auch ein hier nicht dargestelltes Thermoelement untergebracht sein, das mit einer Regelung für das Heizelement verbunden sein kann. Die Heizelementwand 19 ist vorteilhafterweise mittels einer Wärmeleitpaste mit der Innenwand der Nadelspitze 1 thermisch wirkverbunden, derart, dass zwischen diesen beiden Elementen ein möglichst optimaler Wärmeübergang sichergestellt ist. Demgegenüber ist die Aussenwand der Nadelspitze 1, wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, derart ausgebildet, dass sie nicht auf ihrer gesamten Länge an der Schaftinnenwandung anliegt, da ein ungehinderter Wärmeübergang zwischen diesen beiden Elementen aus den hiernach aufgezählten Gründen möglichst verhindert werden muss. Dies wird erfindungsgemäss mittels Spaltringräumen 20 und die Verwendung von unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Materialien für die Nadelspitze 1 und den Schaft 2 erreicht.

Diese Ausgestaltung der Verbindung von Nadelspitze 1 und Schaft 2 der erfindungsgemässen Verschlussnadel bewirkt, dass bei Betriebstemperatur der Spitze die Temperatur an der Führungsbüchse 4 nie gleich oder höher sein kann als die Schmelztemperatur des Kunststoffes ist. Bei adäquater Steuerung des Heizkörpers 3, resp. korrekter Einstellung von dessen Temperatur kann somit erreicht werden, dass ein für die

Verarbeitung der Formmasse im Verschlussnadelbereich des Isolierkanals 16 günstiges Temperaturprofil vorhanden ist, das es ermöglicht, dass sich im Bereich der Führungsbüchse 4 und der Isolierkanalwandungen verfestigter Kunststoff als Isolation, resp. als Abdichtung der Öffnung zwischen der Führungsbüchse 4 und dem Schaft 2 absetzt und lediglich eine plastische Seele der zu verarbeitenden Formmasse im Isolierkanal 16 vorhanden ist, was auch bei empfindlichen Kunststoffschmelzen, wie z.B. kristallinen Kunststoffschmelzen, eine schonende und problemlose Verarbeitung ermöglicht. Es ist vorteilhaft, wenn der Heizkörper 3 mit einem 6-kant-Anschlusskopf 13 für den Anschluss der elektrischen Leitungen versehen ist.

Aus Fig. 2, die die anhand von Fig. 1 erläuterten konstruktiven Details einer erfindungsgemässen Verschl ssnadel nicht nochmals zeigt, lässt sich entnehmen, dass eine solche Verschlussnadel auch bei Spritzgussformen des Offendüse -Typs mit stillstehender Verschlussnadel anwenden lässt.

Entsprechend dient Fig. 3 dazu, zu veranschaulichen, dass die erfindungsgemässen Verschlussnadeln sowohl mechanisch mittels Federpaketen 11 und 11' als auch hydraulisch betätigt werden können. In letzterem Falle bedarf die Spritzgussform oberhalb der Aufspannplatte 9 einer Verschlussplatte 21, in der die für die Betätigung der Verschlussnadel notwendigen Hydraulikkanäle 22 und 23 und ein Kolben 25 sowie ein Verschlussdeckel 24 untergebracht sind.

Bei dieser Lösung wird vorteilhafterweise ein Federkäfig 10' verwendet, der derart ausgebildet ist, dass er mit einem Stössel 26 zusammenwirken kann.

Um in der Anwendung und während dem Betrieb der Spritzgussform keine Schwierigkeiten zu bereiten ist es angezeigt, wenn der Heizkörper 3 für den Betrieb mit Niederspannung, beispielsweise 42 Volt, ausgelegt wird. Dies ermöglicht die

Wahl von Leitungsguerschnitten, die für das Heizwendel 18 eine optimale Lebensdauer ergeben und für die Zuführungen 12 leicht zu handhaben sind. Zudem werden unnötige, durch Netzspannung bedingte Risiken vermieden und die Regelung der Wärmeleistung vereinfacht.

Der Fachmann erkennt, dass die erfindungsgemasse Verschlussnadel sowie die damit bestückte Einheit problemlos in unterschiedlichen, vorteilhafterweise standardisierten Grossen herstellbar sind, beispielsweise für kleine, mittlere und grosse Spritzgussformen.

Der Fachmann erkennt ferner, dass die erfindungsgemasse Verschlussnadel sowie die damit bestückte Einheit gegenüber herkömmlichen innenbeheizten Nadeln wesentliche Vorteile bieten, die insbesondere darin liegen, dass die Kunststoffschmelze im Kontakt mit der Verschlussnadel nur an der Nadelspitze der höchsten zulässigen Temperatur ausgesetzt wird und somit schonend verarbeitet werden kann. Die Tatsache, dass es erstmals mit der erfindungsgemässen Verschlussnadel möglich ist, die Vorteile der Spritzgussformen mit Isolierkanal über den Verschlussnadelbereich bis zur Angussöffnung hin nutzen zu können, erweist sich bei anspruchsvollen, insbesondere kristallinen Kunststoffschmelzen mit sehr enger Temperaturhysterese als besonders vorteilhaft.

Erwähnenswert ist diesbezüglich auch, dass die Verwendung einer erfindungsgemässen Verschlussnadel, resp. einer damit bestückten Einheit, in praktisch allen Spritzgussformen, die für den Betrieb mit Düsen- oder Verschlussnadeln ausgelegt sind, problemlos möglich ist und dem Formenbauer eine entsprechende Umrüstung der Spritzgussformen keinerlei Schwierigkeiten bereitet.