GüNTHER Heisskanaltechnik GmbH, D-35066 Frankenberg

Beheizte Spritzgießdüse

Die Erfindung betrifft eine Spritzgießdüse für ein Spritzgießwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

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.

Die Heizung kann, wie beispielsweise in EP-A-O 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.

Ein Problem bei der in EP-A-O 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 Heißkanaldüse 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.

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.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzgießdüse zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spritzgießdüse nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf individuelle Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.

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.

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 Spritz- gießdüsengehäuses bzw. der Schaftanordnung, was unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung noch näher erläutert ist.

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 Durchströmbahre Rohrleitung ausgebildet ist. Das Materialrohr und die Heizung sind bevorzugt von einem Gehäuse umschlossen, um eine gute thermische Trennung zwischen der Spritzgießdüse und dem kalten Werkzeug zu erreichen.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Spannmittel zwischen dem Materialrohr und der Heizung angeordnet, wobei die Heizung an dem das Materialrohr umschließenden Gehäuse einen Anschlag findet.

In einer anderen Ausführungsform ist das Spannmittel zwischen dem Gehäuse und der Heizung angeordnet, so daß diese an dem Materialrohr einen Anschlag findet.

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.

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.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spritzgießdüse unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben, die eine Schnittansicht der Spritzgießdüse zeigt.

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.

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.

Innerhalb des sich in Axialrichtung A erstreckenden Materialrohrs 14 ist mittig ein Strömungskanal 20 für die Kunststoffschmelze 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.

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.

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.

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 oder Löten gut wärmeübertragend, am Materialrohr befestigt.

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.

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.

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.

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-Temperaturen gewährleistet.

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.

In einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Spannmittel 62 zwischen dem Gehäuse 12, 44 und der Heizung 32 angeordnet ist.

Dabei stützt sich das bevorzugt als Federelement ausgebildete Spannmittel 62 am kappenförmigen Trennteil 48 der Schaftanordnung 44 ab und drückt die Heizung 32 permanent gegen eine (nicht näher bezeichnete) Anschlagstelle am Materialrohr 14. Auch dadurch wird während des Betriebes der Spritzgießdüse 10 eine stets präzise axiale Positionierung der Heizung 32 auf dem Materialrohr 14 sichergestellt, so dass eine stets definierte und konstante Wärmeenergie zugeführt wird.

Man erkennt, dass eine Spritzgießdüse 10 für ein Spritzgießwerkzeug ein Materialrohr 14 hat, in dem wenigstens ein Strömungskanal 20 für ein fließfähiges Material ausgebildet ist. Auf dem Materialrohr 14 sitzt eine Heizung 32 für das fließfähige Material, wobei das Materialrohr 14 und die Heizung 32 von einem Gehäuse 12, 44 umschlossen sind. Um während des Betriebs der Spritzgießdüse 10 eine Beeinträchtigung der Wärmeenergieübertragung von der Heizung 32 auf das Materialrohr 14 zu vermeiden, ist vorgesehen, dass die Heizung 32 in Axialrichtung A relativ zum Materialrohr 14 in einer vorbestimmten Position angeordnet ist, wobei zur Aufrechterhaltung dieser vorbestimmten Position zumindest ein Spannmittel 62 verwendet wird, das zwischen dem Materialrohr 14 und der Heizung 32 oder zwischen dem Gehäuse 12, 44 und der Heizung 32 angeordnet ist.

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.

Bezugszeichenliste

Spritzgießdüse 40 Endbereich

Gehäuse 42 Düsenspitze

Materialrohr 44 Schaftanordnung

Anschlusskopf 46 Schaft-Hauptteil

Stufe 48 Trennteil

Strömungskanal 50 Schaft-Endteil

Material-Zuführöffnung 52 Aufnahme

Düsenmundstück 54 Anschlagstelle

Material-Austrittsöffnung 56 Luftspalt

Dichtring 58 Außengewinde

Außenumfang 60 Absatz

Heizung 62 Spannmittel

Hülse A Axialrichtung

Schutzrohr

Temperaturfühler

Crimphülse