Bei Spritzgießartikeln mit Abschnitten unterschiedlicher Wandstärke besteht oft das Problem, daß stärker ausgebildete Bereiche im Inneren langsamer abkühlen als Bereiche, die dünner bzw. flacher ausgelegt sind. Noch nicht ausreichend verfestigte Abschnitte können sich daher aufgrund von Schwindungserscheinungen von der Formnestwandung lösen oder gar einfallen, was am fertigen Spritzgießartikel zu Lunkern und Vakuolen führt.

Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, nach dem Einspritzen einer Materialschmeize in ein Formnest ein Gas oder eine Flüssigkeit-im folgenden allgemein als Fluid bezeichnet-in die noch fließfähige Schmelze einzubringen, so daß ein Hohlraum in dem Spritzgießartikel entsteht. Das injizierte Fluid übt einen Druck auf das mit den Wänden der Form in Berührung kommenden Spritzgießmaterial aus, bis dieses eine ausreichende Festigkeit erlangt hat. Die Konturen des Formnests werden dadurch exakt reproduziert. Überdies kühlt das Fluid die Schmelze von innen, so daß auch stärker ausgebildete Bereiche des Spritzgießartikels rasch aushärten. Schwindungs- erscheinungen werden wirksam vermieden. Die Taktzeit der Spritzgießmaschine läßt sich erhöhen.

Für die Fluidinjektion wird an einer vorbestimmten Stelle des Formnests gewöhnlich eine Hohlnadel eingeführt, durch die das Fluid einströmen kann (siehe beispielsweise EP 0 421 842 B1). Von Nachteil hierbei ist jedoch, daß neben den Angußstellen an dem fertigen Spritzgießartikel sichtbare Einstichstellen verbleiben, was nicht immer gewünscht ist.

DE 42 31 270 A1 schlägt daher vor, eine Heißkanaldüse mit einer in einem Schmelze- kanal axialverschieblich gelagerten Verschlußnadel so auszubilden, daß das Fluid (hier : ein Gas) über die mittels eines Antriebs in eine Öffnungs-und eine Schließ- stellung bewegbare Verschlußnadel zugeführt wird. Letztere weist hierzu eine zen- trische Längsbohrung auf, die an ihrem düsenseitigen Ende in einem Austrittsspalt (Ringspalt) von weniger als 0,1 mm Breite endet und an ihrem anderen Ende mit einer Gasdruckleitung verbunden ist. Unmittelbar nach dem Verschließen des Schmelze- kanals durch die Verschlußnadel, d. h. nach dem Einspritzen der Kunststoffschmelze, wird das für das Gasinnendruckverfahren benötigte Gas durch die Angußöffnung des Formnnests hindurch der Kunststoffschmelze zugeführt. Der sehr schmale Ringspalt stellt dabei sicher, daß die Kunststoffschmelze aufgrund ihrer Oberflächenspannung nicht in den Gaskanal eindringen kann.

Eine gesonderte Hohlnadel ist nicht mehr erforderlich. Allerdings verbleibt auch hier im Angußpunkt eine durch das Fluid verursachte Injektionsöffnung bestehen, was nicht immer gewünscht ist. Problematisch ist ferner, daß die Verschlußnadel und damit auch der Austrittsspalt für das Fluid stets vor der Formnestgrenze liegen. Die Verschluß- nadel und das Werkzeug müssen daher absolut dicht schließen, damit das Gas nicht anderweitig entweichen oder sich einen anderen Weg suchen kann. Insbesondere besteht die Gefahr, daß das Fluid zwischen das eingespritze Material und die Formnestwandung gelangt. Hierdurch können unkontrollierte Deformationen entstehen oder der Spritzgießartikel löst sich vorzeitig aus der Form. Die Ausschußrate ist entsprechend hoch. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Fluidstrom begrenzt ist, da der Austrittsspalt in der Verschlußnadel fest vorgegeben ist.

Gleiches gilt bei einem in DE 40 04 225 C2 bzw. EP 0 385 175 B1 offenbarten Heißkanal-Spritzgießsystem. Allerdings nimmt hier die axialbewegliche Verschlußnadel der Heißkanaldüse eine langgestreckte Hohlnadel auf, die relativ zur Verschlußnadel im Werkzeug fixiert ist und deren vorderes Auslaßende durch die Angußöffnung hindurch permanent bis in das Formnest hineinragt. Das Auslaßende ist durch einen porösen Stahlabschnitt aus rostfreiem Stahl gebildet. Dieser ermöglicht eine Fluid- strömung direkt in das Formnest und verhindert, daß die Schmelze in die Hohlnadel eindringen kann. Wird die Verschlußnadel geöffnet, umströmt die Schmelze das Auslaßende. Gleichzeitig wird Fluid in den Schmelzestrom injiziert, wodurch eine Gas- oder Flüssigkeitsblase blase entsteht, die sich ausdehnt, bis das Schmelzematerial an der Formnestwandung anliegt und sich eine stabile Außenhaut gebildet hat. An- schließend wird die Verschlußnadel geschlossen, der Fluiddruck abgesenkt und das fertige Spritzgießteil ausgeworfen.

Um das den Gas-bzw. Flüssigkeitsstrom bedingte Injektionsloch zu vermeiden, ist es aus DE 199 47 984 A1 bekannt, nach dem Einspritzen einer Kunststoffschmelze in das Formnest und dem Einleiten eines Injektionsfluids in die Schmelze, das hierdurch entstandene Loch im'Spritzgießartikel mit einer kleinen Menge an Kunststoffmaterial zu verschließen. Hierzu wird die Verschlußnadel für die Schmelze nach dem Fluideinlaß noch einmal kurzzeitig geöffnet, so daß Schmelze aus dem Schmelzekanal nach- fließen kann. Anschließend wird die Verschlußnadel wieder in ihre Schließstellung gebracht, wodurch ein Kunststoffpfropfen in das Injektionsloch eingebracht wird. An der Einspritz-bzw. Angußstelle entsteht eine im wesentlichen glatte Oberfläche. Für die Zuführung des Injektionsfluids ist in der Schmelze-Verschlußnadel ein Injektionskanal ausgebildet, der in der Stirnfläche der Schmelze-Verschlußnadel endet und dort von einer weiteren axial bewegbaren Nadel verschließbar ist. Der Schmelzekanal und der Fluidkanal, d. h. die Schmelze-Verschlußnadel und die Fluid-Verschlußnadel können wechselweise geöffnet bzw. verschlossen werden.

Auch hier ist von Nachteil, daß sich die Austrittsöffnung für das Injektionsfluid stets vor der Formnestgrenze befindet. Das Fluid muß sich daher seinen Weg durch die Angußöffnung hindurch in das Formnest suchen, was zeitaufwendig ist und nicht immer gelingt. Überdies bildet die Heißkanaldüse einen Teil des Formnests, d. h. der bis in die Düsenspitze hinein auf einer möglichst hohen Temperatur gehaltene Düsenkörper steht in direktem Kontakt mit dem kalten Werkzeug. Aufgrund der hierdurch bedingten schlechten thermischen Trennung und der auftretenden Wärme- dehnungen können Undichtigkeiten auftreten, was sich ungünstig auf den Schmelze- fluß und den Fluidstrom auswirken kann.

Bei einer anderen in DE 199 47 984 A1 offenbarten Ausführungsform ist in der Schmelze-Verschlußnadel eine Hohlnadel für das Fluid axialbeweglich geführt, die an ihrem dem Formnest zugewandten Ende eine längliche Injektionskanüle aufweist.

Diese wird zur Fluidinjektion aus der Schmelze-Verschlußnadel heraus in das Formnest der Spritzgießform eingeführt. Hierdurch wird zwar das Fluid direkt der Kunststoffschmelze zugeführt ; allerdings besteht die Gefahr, daß die Kanüle mit ihren seitlich ausgebildeten Austrittsöffnungen beim Einführen in das Formnest an der in den Randbereichen der Angußöffnung bereits gebildeten Außenhaut des Spritzgießartikels hängen bleibt und diesen von der Formnestwandung ablöst. Ferner sind die Austrittsöffnungen für das Fluid in der Kanüle nur dann verschlossen, wenn diese vollständig in die Schmelze-Verschlußnadel zurückgezogen sind. Das Fluid darf daher erst dann austreten, wenn die Kanüle ihre Endposition im Formnest erreicht hat. Mithin müssen die Austrittsöffnungen für das Fluid so eng dimensioniert sein, daß die Kunststoffschmelze aufgrund des hohen Schmeizedrucks nicht in den Fluidkanal eindringen kann. Der Fluidstrom ist daher begrenzt und allenfalls über den Druck in der Kanüle veränderbar. Der Fertigungs-und Steuerungsaufwand ist insgesamt hoch.

Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zum Herstellen von Spritzgießartikeln zu schaffen, bei dem ein Injektionsfluid in beliebiger Menge unmittelbar der im Formnest befindlichen noch fließfähigen Schmelze zuführbar ist, wobei selbst bei größeren Austrittsöffnungen für das Fluid ein Eindringen der Schmelze in den Fluidkanal wirksam vermieden wird.

Nach der Fluidinjektion soll das hierdurch bedingte Injektionsloch im Spritzgießartikel bei Bedarf verschlossen werden. Eine entsprechende Vorrichtung für ein Spritzgieß- werkzeug zur Durchführung des Verfahrens soll mit einfachen Mitteln kostengünstig aufgebaut sein und eine stets zuverlässige und rationelle Fluidinjektion gewährleisten.

Angestrebt wird ferner eine gute thermische Trennung zwischen Einspritzdüse und Werkzeug.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 und Anspruch 12 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 30.

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Spritzgießartikeln in einem Spritzgießwerk- zeug wird eine fließfähige Schmelze mittels einer endseitig von einer Verschlußnadel verschließbaren Einspritzdüse in ein Formnest eingebracht. Nach dem Verschließen der Einspritzdüse wird durch die Verschlußnadel hindurch ein Fluid unter Druck in die in das Formnest eingebrachte Schmelze injiziert, wobei das Fluid innerhalb der noch fließfähigen Schmelze einen Hohlraum bildet. In dem Spritzgießartikei verbleibt ein Injektionsloch. Die Erfindung sieht hierbei vor, daß die Verschlußnadel nach dem Einbringen der Schmelze in das Formnest die Einspritzdüse verschließt und mit ihrem düsenseitigen Ende in das Formnest eingeführt wird. Anschließend wird das Fluid im Bereich des düsenseitigen Endes der Verschlußnadel in die in das Formnest einge- brachte Schmelze eingeleitet, wobei für den Fluidauslaß am düsenseitigen Ende der Verschlußnadel wenigstens ein Auslaß geöffnet und nach zumindest teilweiser Druckentlastung im Hohlraum wieder geschlossen wird.

Durch das Eintauchen der Verschlußnadel in das Formnest wird das Fluid ohne Zeitverlust direkt in die Schmelze injiziert, was sich günstig auf die Zykluszeiten auswirkt. Das Fluid kann auch nicht anderweitig entweichen oder gar zwischen den Spritzgießartikel und die Formnestwandung geraten, so daß die Ausschußrate äußerst gering ist. Darüber hinaus kann während dem Einbringen der Verschlußnadel in das Formnest keine Schmelze in den Injektionskanal eindringen, weil der am düsenseitigen Ende der Verschlußnadel vorgesehene Auslaß verschließbar ist und erst dann geöffnet wird, wenn sich die Verschlußnadel im Formnest befindet. Folglich kann man den Auslaß nahezu beliebig gestalten. Er kann insbesondere einen relativ großen Quer- schnitt aufweisen, um beispielsweise in relativ kurzer Zeit eine große Menge Fluid in die Schmelze einströmen zu lassen. Eine gesonderte Injektionsnadel oder-kanüle, die in das Formnest bzw. in die darin eingespritze Schmelze eintaucht, ist nicht mehr erforderlich, d. h. das gegebenenfalls in den Randbereichen der Angußöffnung bereits verfestigte Spritzgießteil kann nicht mehr beschädigt werden.

Gemäß Anspruch 2 wird die Verschlußnadel durch eine Angußöffnung im Werkzeug hindurch in das Formnest eingeführt, wobei Anspruch 3 vorsieht, daß der Auslaß für das Fluid nur dann geöffnet werden kann, wenn die Verschlußnadel für die Schmelze innerhalb des Formnests eine definierte oder definierbare Endstellung-vorzugsweise eine Schließstellung-erreicht hat. Der Auslaß kann mithin nicht versehentlich geöffnet werden. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß die Schmelze, während die Verschlußnadel in das Formnest eingeführt wird, nicht in den beliebig dimensionierbaren Auslaß für das Fluid eindringen kann. Dieser bleibt solange blockiert und damit geschlossen bis die Verschlußnadel ihre Endstellung im Formnest erreicht hat. Dann aber wird das Fluid ohne Zeitverzögerung und durch den großen Auslaß relativ rasch in die Schmelze injiziert. Die Betriebssicherheit ist sehr hoch, die Zykluszeiten gegenüber den bislang bekannten Verfahren deutlich reduziert. Laut Anspruch 4 verbleibt die Verschlußnadel während dem Fluideinlaß in einer ersten Schließstellung im Formnest. Sie kann aber beispielsweise auch während der Auslaß verschlossen wird bereits aus dem Formnest herausgezogen werden, was sich ebenfalls günstig auf die Zykluszeit auswirkt.

Nach dem Fluideinlaß kann man die Einspritzdüse gemäß Anspruch 5 erneut kurzzeitig öffnen, so daß Schmelze in das Injektionsloch nachfließen kann. Anschließend wird die Verschlußnadel wieder in eine zweite Schließstellung gebracht, wobei das Injektions- loch mit der nachgebrachten Schmelze verschlossen wird. Anspruch 6 sieht ferner vor, daß die von der Verschlußnadel in das Injektionsloch nachgebrachte Schmelze mit dem noch nicht vollständig ausgehärteten Spritzgießartikel eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Dadurch wird das Injektionsloch dicht verschlossen. Es kann auch nachträglich nicht mehr geöffnet werden, d. h. in dem Spritzgießartikel verbleibendes Fluid kann nicht mehr entweichen.

In der Ausbildung von Anspruch 7 wird die Verschlußnadel nach dem erneuten Öffnen der Einspritzdüse in der zweiten Schließstellung in eine mit dem Spritzgießartikel konturbündige Stellung gebracht. Insbesondere kann man die Verschlußnadel laut Anspruch 8 in ihrer zweiten Schließstellung mit dem düsenseitigen Ende an der Formnestgrenze des Formnests positionieren. Der Spritzgießartikel erhält dadurch nach dem Verschließen des Injektionsloches eine im wesentlichen glatte Oberfläche und ist von herkömmlich hergestellten Spritzgießartikeln kaum zu unterscheiden.

Optisch ist kaum erkennbar, daß ein Injektionsloch vorhanden war. Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spritzgießartikel werden selbst hohen ästhetischen Ansprüchen gerecht.

Das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse und der Auslaßöffnung ist in Einklang mit Anspruch 9 mittels einer Steuerung frei steuerbar und/oder programmierbar, d. h. der Fluideinlaß läßt sich ebenso wie der Schmelzeeinlaß ohne großen Aufwand individuell gestalten. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Einbringen der Schmelze in das Formnest und/oder in das Injektionsloch sowie das Einbringen des Fluids in die Schmelze laut Anspruch 10 in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter durch- geführt wird. Dadurch kann das gesamte Verfahren jederzeit den unterschiedlichsten Rahmenbedingungen angepaßt werden, was sich günstig auf die Prozeßökonomie auswirkt. Als Parameter ermittelt man gemäß Anspruch 11 vorzugsweise den Druck, die Temperatur und den Zeitablauf. Derartige Meßwerte sind leicht und rasch zu ermitteln, wodurch das Verfahren bei Bedarf auch nachträglich noch beeinflußt werden kann.

Bei einer Nadelverschlußdüse für ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen von Spritz- gießartikeln, mit einer Einspritzdüse zum Einbringen einer fließfähigen Schmelze in ein Formnest, mit einer Verschlußnadel zum Öffnen und Schließen der Einspritzdüse und mit einem in der Verschlußnadel verlaufenden Injektionskanal zum Einbringen eines Fluids in die in das Formnest eingebrachte Schmelze, wobei der Injektionskanal in einem Auslaß mündet, der wahl-oder wechselweise zu der Einspritzdüse öffen-oder schließbar ist, sieht die Erfindung laut Anspruch 12 vor, daß die Verschlußnadel im Bereich des düsenseitigen Endes einen im wesentlichen zylindrischen Verschlußteil aufweist, der in einer ersten und einer zweiten Schließstellung der Verschlußnadel in einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz eingreift, wobei die Verschlußnadel für die Fluidinjektion in der ersten Schließstellung mit ihrem düsenseitigen Ende soweit in das Formnest hineinragt, daß der Auslaß für das Fluid in der in das Formnest einge- brachten Schmelze liegt.

Der Auslaß für das Fluid wird mithin erst dann geöffnet, wenn er sich in der Schmelze befindet, d. h. das Fluid wird unmittelbar in die Schmelze eingeleitet und kann dort rasch den erforderlichen Hohlraum bilden. Das Fluid kann sich auch keinen anderen Weg suchen oder gar entweichen, weil die Verschlußnadel stets in das Formnest eintaucht und während der Fluidinjektion dort verbleibt. Wärmedehnungen der Einspritzdüse und/oder des Werkzeugs sind unkritisch. Besondere Anforderungen an die Dichtheit der Formeinsätze bzw. des Werkzeugs werden daher nicht gestellt. Der konstruktive Aufwand ist erheblich reduziert. Gleichzeitig kann der Auslaß-je nach Anwendungsfall-individuell dimensioniert werden, so daß ein nahezu beliebiger Fluidstrom in die Schmelze eingeleitet werden kann.

Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn der Auslaß für das Fluid gemäß Anspruch 13 am düsenseitigen Ende der Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist, insbesondere wenn er nach Anspruch 14 in die äußere Stirnfläche der Schmelze-Verschlußnadel eingebracht ist.

Damit die Schmelze nicht in den Injektionskanal eindringen kann, sieht Anspruch 15 vor, daß der Auslaß für das Fluid von einer axial im Injektionskanal der Schmelze- Verschlußnadel bewegbaren Fluid-Verschlußnadel verschließbar ist, wobei die Schmelze-Verschlußnadel gemäß Anspruch 16 im Auslaß einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz für die Fluid-Verschlußnadel bildet. Die Schmelze-Verschluß- nadel bildet mithin eine in die in das Formnest eingespritze Schmelze eintauchende Einspritzdüse für das Fluid, wobei deren Auslaß beliebig groß gestaltet werden kann, um beispielsweise einen hohen Fluidstrom in der Schmelze zu erzeugen. Letztere kann während die Schmelze-Verschlußnadel in das Formnest eingebracht wird nicht ausströmen. Ein vorzeitiger Fluidstrom ist im Gegensatz zum Stand der Technik auch nicht erforderlich, um beispielsweise den Auslaß freizuhalten. Das Fluid wird vielmehr stets in optimaler Menge erst dort eingebracht, wo es wirken soll, nämlich in der Schmelze. Die Verbrauchskosten sind ebenso gering, wie der konstruktive Aufwand, was sich günstig auf die Herstell-und Betriebskosten auswirkt.

Eine andere Ausführungsform ist in Anspruch 17 vorgesehen, wonach der Injektions- kanal in einer axial in der Schmelze-Verschlußnadel bewegbaren Hohinadel ausge- bildet ist, die an ihrem düsenseitigen Ende wenigstens einen Auslaß für das Fluid hat.

Dieser liegt bevorzugt seitlich in der Hohlnadel, so daß diese-im Gegensatz zum Stand der Technik-zum Öffnen nur ein kurzes Stück weit aus der Schmelze- Verschlußnadel heraus geschoben werden muß. Zum Verschließen wird die Hohinadel in die Schmelze-Verschlußnadel eingezogen, wobei diese gemäß Anspruch 18 endseitig einen Dichtsitz für die Hohinadel bildet.

Die Weiterbildung von Anspruch 19 sieht vor, daß die Fluid-Verschlußnadel bzw. die Hohlnadel in Schließstellung bündig mit der Stirnfläche der Schmelze-Verschlußnadel abschließt. Es bilden sich mithin keine Kavitäten oder Hinterschneidungen, in denen sich Schmelze festsetzen kann. Besondere Reinigungs-oder Wartungsarbeiten sind nicht erforderlich. Darüber hinaus hinterläßt die Schmelze-Verschlußnadel in ihrer zweiten Schließstellung beim Verschließen der Injektionsöffnung eine glatte Oberfläche auf dem Spritzgießartikel, der keine optische Beeinträchtigung mehr aufweist.

Um zu vermeiden, daß sich die Fluid-Verschlußnadel aufgrund eines Bedien-oder Steuerungsfehlers vorzeitig öffnet, ist die Bewegung der Fluid-Verschlußnadel bzw. der Hohinadel gemäß Anspruch 20 mittels einer Sperreinrichtung blockierbar. Diese ist laut Anspruch 21 mit der Bewegung der Schmelze-Verschlußnadel gekoppelt, d. h. der Auslaß für das Fluid wird beispielsweise solange blockiert, bis die Schmelze- Verschlußnadel ihre Endstellung im Formnest erreicht hat. Erst dann wird die Fluid- Verschlußnadel und/oder deren Antrieb von der Sperreinrichtung freigegeben und das Fluid kann direkt in die Schmelze einströmen.

Gemäß Anspruch 22 ist der Dichtsitz für die Schmelze-Verschlußnadel an oder in der Einspritzdüse ausgebildet. Anspruch 23 sieht überdies vor, daß entlang der Längs- achse der Einspritzdüse bzw. der Verschlußnadel vor dem Dichtsitz wenigstens ein Einlaufkonus für die Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist. Letztere wird daher vor dem Einfahren in ihren Dichtsitz stets zentriert, was den reibungsbedingten Verschleiß am Dichtsitz und an der Schmelze-Verschlußnadel deutlich mindert sowie eine stets optimale Dichtwirkung gewährleistet.

Die Maßnahme von Anspruch 24, wonach zwischen der Einspritzdüse und dem von wenigstens zwei Formeinsätzen gebildeten Formnest eine Vorkammer ausgebildet ist, sorgt für eine gute thermische Trennung zwischen der meist bis in die Düsenspitze hinein temperierten Einspritzdüse und dem dazu relativ kalten oder-im Falle eines Kaltkanals-relativ warmen Werkzeug. Wärmedehnungen der Einspritzdüse werden nicht auf das Formnest übertragen und umgekehrt.

Anspruch 25 sieht vor, daß die Schmelze-Verschlußnadel für die Fluidinjektion durch eine Angußöffnung hindurch in das Formnest hineinragt, wobei die Angußöffnung gemäß Anspruch 26 in den Formeinsätzen des Formnests ausgebildet und laut Anspruch 27 konisch geformt ist. Die Schmelze-Verschlußnadel trifft daher beim Eintauchen in das Formnest nicht unmittelbar auf die Formeinsätze, sondern auf die in der Angußöffnung und der Vorkammer befindliche Schmelze. Der Verschleiß ist weiter deutlich reduziert. Die gesamte Heißkanaldüse hat eine insgesamt hohe Standzeit.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heißkanaldüse sieht laut Anspruch 28 vor, daß zwischen der Einspritzdüse und dem von wenigstens zwei Formeinsätzen gebildeten Formnest ein Zentrierkörper aus verschleißfestem Material angeordnet ist, wobei in dem Zentrierkörper nach Anspruch 29 wenigstens ein Einlaufkonus für die Schmelze-Verschlußnadel ausgebildet ist. Der Zentrierkörper sorgt zum einen für eine dauerhaft präzise Führung der Schmelze-Verschlußnadel und zum anderen für die erforderliche thermische Trennung zwischen Einspritzdüse und Werkzeug. Zweckmäßig ist daher der Dichtsitz für die Schmelze-Verschlußnadel laut Anspruch 30 in dem Zentrierkörper ausgebildet.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungs- beispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen : Fig. 1 eine Schnittansicht einer Nadelverschlußdüse für eine Spritzgießmaschine, Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit geöffne- ter Schmelze-Verschlußnadel, Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit der Schmelze-Verschlußnadel in einer ersten Schließstellung, Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit geöffne- ter Fluid-Verschlußnadel, Fig. 5 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit erneut geöffneter Schmelze-Verschlußnadel, Fig. 6 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit der sich erneut schließenden Schmelze-Verschlußnadel und Fig. 7 eine Ausschnittsvergrößerung der Nadelverschlußdüse von Fig. 1 mit der Schmelze-Verschlußnadel in einer zweiten Schließstellung.

Die in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnete Nadelverschlußdüse dient zur Herstellung von Spritzgießartikeln A im Gasinnendruckverfahren. Sie wird in einer (nicht darge- stellten) Spritzgießmaschine eingesetzt und hat einen temperierten Schmelzekanal 22, der über einen Einlaß 12 mit einer Maschinendüse oder einem Verteilersystem der Spritzgießmaschine in Verbindung steht und sich durch mehrere (nicht näher bezeich- nete) Werkzeugplatten hindurch bis in eine Einspritzdüse 20 hinein erstreckt. Diese hat einen bevorzugt außenbeheizten Düsenkörper 21, der mit einem Flanschrand 25 in einer Werkzeugplatte 14 montiert ist und endseitig eine Düsenspitze 23 hat oder bildet.

Letztere kann mit dem Düsenkörper 21 einstückig sein. Oder sie besteht aus einem hochwärmeleitenden Material und ist von unten in den Düsenkörper 21 eingesetzt, vorzugsweise mit diesem verschraubt.

Über den Schmelzekanal 22 und die Einspritzdüse 20 wird eine zu verarbeitende Schmelze S, beispielsweise eine Metall-, Silikon-oder Kunststoffschmelze, einem Formnest 50 zugeführt. Dieses ist zwischen zwei Formeinsätzen 54,55 ausgebildet, die mit (nicht dargestellten) Schrauben an der Werkzeugplatte 14 befestigt sind und konzentrisch zur Längsachse L der Heißkanaldüse 10 eine konische Angußöffnung 52 begrenzen. Zwischen den Formeinsätzen 54,55 und der Düsenspitze 23 der Einspritz- düse 20 ist eine Vorkammer 26 ausgebildet, die den temperierten Schmelzekanal 22 bzw. die Einspritzdüse 20 von den meist gekühlten Formeinsätzen 54,55 trennt.

Zum Öffnen und Schließen der Einspritzdüse 20 bzw. des darin ausgebildeten Schmelzekanals 22 ist eine axial verschiebbare Verschlußnadel 30 vorgesehen, die mittels eines pneumatischen Antriebs 40 von einer Öffnungsstellung in zwei definier- bare Schließstellungen gebracht werden kann. Sie liegt hierzu konzentrisch im Schmeizekanal 22 der Einspritzdüse 20 und ist endseitig mit einer Hubplatte 36 verbunden, die von zwei symmetrisch zur Längsachse L der Verschlußnadel 30 angeordneten Pneumatikzylindern 42 des Antriebs 40 und deren Stellglieder 43 gleichmäßig angehoben und abgesenkt werden kann. Vier ebenfalls symmetrisch um die Längsachse L angeordnete Führungsbolzen 44 sorgen für eine exakte Führung der Hubplatte 36 in der Nadelverschlußdüse 10, während die Axialführung der Verschluß- nadel 30 über eine Führungsbuchse 38 erfolgt, die zugleich eine Abdichtung des Schmelzekanals 22 nach außen bewirkt.

Die zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete und entlang ihrer Längsachse L im Durchmesser mehrfach abgestufte Verschlußnadel 30 weist im Bereich ihres düsenseitigen Endes 32 einen im wesentlichen zylindrischen Verschlußteil 33 auf, der in beiden Schließstellung der Verschlußnadel 30 in einen im wesentlichen zylin- drischen Dichtsitz D in der Einspritzdüse 20 eingreift. Letztere ist hierzu in der Düsen- spitze 23 mit einem zylindrischen Abschnitt 28 versehen, dessen Innendurchmesser nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Verschlußteils 33 der Verschlußnadel 30. Fährt diese mithin aus ihrer in Fig. 2 gezeigten Öffnungsstellung in eine der Schließstellungen, wird der Schmelzekanal 22 in der Einspritzdüse 20 dicht verschlossen, so daß keine Schmelze S mehr aus dem Kanal 22 austreten kann.

Damit die Verschlußnadel 30 im Falle einer Auslenkung aus ihrer konzentrischen Lage im Schmelzekanal 22 nicht an dem Dichtsitz D anschlagen kann, ist entlang der Längsachse L vor dem zylindrischen Abschnitt 28 in der Düsenspitze 23 ein Einlauf- konus 24 ausgebildet, der die Verschlußnadel 30 beim Schließen zentriert.

Um die Bewegung der Hubplatte 36 in Schließrichtung zu begrenzen und damit die Verschlußnadel 30 in ihre zwei Schließstellungen zu bringen, sind zu beiden Seiten der Hubplatte 36 Distanzstücke 47, Distanzringe o. dgl. vorgesehen, die mittels pneuma- tischer Stellzylinder 46 in den Bewegungsbereich der Hubplatte 38 einfahrbar und/oder einschwenkbar sind. Befinden sich die Distanzstücke 47 außerhalb des Bewegungs- bereichs der Hubplatte 38, kann diese-wie Fig. 3 und 4 zeigen-relativ weit nach unten fahren. Die Verschlußnadel befindet sich hierbei in ihrer ersten Schließstellung und ragt mit ihrem düsenseitigen Ende 32 durch die Angußöffnung 52 hindurch bis in das Formnest 50 hinein. Schwenkt man hingegen die Distanzstücke 47 ein, ist die Bewegung der Hubplatte 36 nach unten begrenzt. Die Verschlußnadel 30 kann in ihre zweite Schließstellung vor dem Formnest 50 gebracht werden, insbesondere an dessen Formnestgrenze positioniert (siehe Fig. 7).

Die Distanzstücke 44 sind mittels Haltearmen 45 an den Stellzylindern 46 befestigt und entweder über die Winkelstücke 45 oder in sich selbst in der Höhe verstellbar, so daß die jeweils endgültige Schließstellung der Verschlußnadel 30 bei Bedarf justiert oder verändert werden kann.

In der Schmelze-Verschlußnadel 30 ist zum Einbringen eines Fluids F in die in das Formnest 50 eingespritze Schmelze S ein Injektionskanal 60 ausgebildet, der im werkzeugseitigen Bereich mit einer (nicht dargestellten) Druckleitung, beispielsweise einer Gasdruckleitung, verbunden ist und am düsenseitigen Ende 32 der Schmelze- Verschlußnadel 30 in einem Auslaß 62 mündet. Letzterer ist bevorzugt als einfache Bohrung in die Stirnfläche 34 der Schmelze-Verschlußnadel 30 eingebracht und von einer axial im Injektionskanal 60 bewegbaren Fluid-Verschlußnadel 64 verschließbar.

Diese ist hierzu mittels eines weiteren pneumatischen Antriebs 70 von einer Öffnungs- stellung in eine Schließstellung bringbar, wobei die im wesentlichen zylindrische Fluid- Verschlußnadel 64 mit ihrem werkzeugseitigen Ende 65 in einer Führungsbuchse 72 verankert ist, die entlang der Längsachse L axialverschieblich in einer Führungsplatte 16 der Nadelverschlußdüse 10 gelagert ist.

Die Führungsbuchse 72 sitzt axialverschieblich in einem Schlitten 74, der innerhalb der Führungsplatte 16 senkrecht zur Längsachse L verschiebbar gelagert und über ein Stellglied 75 mit einem Pneumatikzylinder 76 des Antriebs 70 verbunden ist. Eine in dem Schlitten 74 festgelegte Schraube 77 durchsetzt die Führungsbuchse 72 in einem Winkel schräg zur zur Vertikalen, so daß die Führungsbuchse 72, während einer Seitwärtsbewegung des Schlittens 74 in Axialrichtung L auf und ab bewegt werden kann. Mit einer derartigen Kulissenführung kann die Fluid-Verschlußnadel 64 unab- hängig von der Schmelze-Verschlußnadel 30 geöffnet und verschlossen werden.

Damit der Auslaß 62 durchdacht verschließbar ist, bildet die Schmelze-Verschlußnadel 30 im Auslaß 62 einen im wesentlichen zylindrischen Dichtsitz 66 für die insgesamt zylindrisch ausgebildete Fluid-Verschlußnadel 64, wobei der Innendurchmesser im Auslaß 62 kleiner ist als im Injektionskanal 60, so daß die Fluid-Verschlußnadel 64 innerhalb der Schmelze-Verschlußnadel 30 von dem Fluid F umströmt wird. In ihrer Schließstellung greift die Fluid-Verschlußnadel 64 mit einem zylindrischen Verschluß- teil 63 in den Dichtsitz 66 ein. Ihre Stirnfläche 67 schließt dabei bündig mit der Stirn- fläche 34 der Schmelze-Verschlußnadel 30 ab.

Damit die Fluid-Verschlußnadel 64 nicht versehentlich geöffnet werden kann, ist deren Bewegung mittels einer Sperreinrichtung 80 blockierbar. Diese besteht aus einem in der Nadelverschlußdüse 10 verankerten Stift 82, der sich parallel zur Längsachse A erstreckt und dessen Länge derart bemessen ist, daß er-sobald die Schmelze- Verschlußnadel 30 ihre erste Schließstellung verläßt-in eine korrespondierende Ausnehmung 83 im Schlitten 74 eingreift. Dieser kann sich aufgrund der mechanischen Kopplung nicht mehr seitlich bewegen. Die Fluid-Verschlußnadel 64 kann nicht geöffnet werden, weder versehentlich noch aufgrund eines Bedienfehlers.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Heißkanaldüse 10 ist in den Fig. 2 bis 7 zu dargestellt. Die Schmelze-Verschlußnadel 30 befindet sich zunächst in ihrer Öffnungsstellung. Die Schmelze S kann durch den Schmelzekanal 22, den zylin- drischen Abschnitt 28 in der Düsenspitze 23, die Vorkammer 26 und durch die Angußöffnung 52 hindurch in das Formnest 50 einfließen (Fig. 2).

Ist das Formnest 50 mit einer ausreichenden Menge an Schmelze S gefüllt, wird die Schmelze-Verschlußnadel 30 von dem Antrieb 40 in ihre erste Schließstellung gebracht. Hierbei ragt die Schmelze-Verschlußnadel 30 mit ihrem düsenseitigen Ende 32 soweit in das Formnest 50 hinein, daß der Auslaß 62 für das Fluid F inmitten der Schmelze S liegt (Fig. 3). Der Einlaufkonus 24 in der Düsenspitze 23 und die konisch ausgebildete Angußöffnung 52 sorgen in Verbindung mit der Schmelze S dafür, daß die Schmelze-Verschlußnadel 30 exakt konzentrisch zur Längsachse L geführt wird nicht an der Düse 20 und/oder den Formeinsätzen 54,55 anschlägt.

Sobald die Schmelze-Verschlußnadel 30 ihre Endstellung im Formnest 50 erreicht hat, gibt die Sperrvorrichtung 80 den Antrieb 70 für die Fluid-Verschlußnadel 64 frei. Der Auslaß 62 für das Fluid F wird geöffnet, wobei die Fluid-Verschlußnadel 64 in die Schmelze-Verschlußnadel 30 hineingezogen wird. Das Fluid, beispielsweise ein inertes Gas, kann unter Druck ungehindert in die noch fließfähige Schmelze S einströmen (Fig. 4). Hierbei bildet sich ein Hohlraum H aus, der die Schmelze S von innen gegen die Formnestwandung preßt.

Ist der Hohlraum H vollständig ausgebildet, wird der Fluiddruck entlastet und die Fluid- Verschlußnadel 64 verschlossen. Die Schmelze-Verschlußnadel 30 wird aus dem Formnest 50 herausgezogen, wobei in dem bereits entstandenen Spritzgußartikel A ein Injektionskanal I mit den Abmessungen der Schmelze-Verschlußnadel 30 offen bleibt.

Soll dieser offen bleiben wird, die Schmelze-Verschlußnadel 30 in die zweite Schließ- stellung gebracht und der Spritzgießartikel A ausgeworfen. Ein konturbündiger Abschuß der Verschlußnadel 30 mit dem Spritzgießartikel A oder deren Positionierung an der Formnestgrenze ist nicht zwingend erforderlich.

Soll das Injektionsloch I hingegen verschlossen werden, wird die Schmelze-Verschluß- nadel 30 zum zweiten Mal in ihre Öffnungsstellung gebracht, so daß eine kleine definierte Menge an Schmelze S über die Vorkammer 26 in das Formnest 50 nach- fließen kann (Fig. 5).

Anschließend wird-wie Fig. 6 zeigt-die Schmelze-Verschlußnadel 30 wieder geschlossen, wobei das nachgeflossene Material S durch die Vorkammer 26 und die Angußöffnung 52 hindurch in das Injektionsloch I geschoben wird, bis die Schmelze- Verschlußnadel 30 ihre zweite Schließstellung erreicht hat (Fig. 7). Das Injektionsloch I wird von der nachgebrachten Schmelze S verschlossen, wobei diese mit dem bereits eingebrachten, ebenfalls noch nicht ausgehärteten Material eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Die Verschlußnadel 30 liegt konturbündig an dem Spritzgießartikel A an. Durch die fluchtenden Stirnflächen 34,67 der Verschlußnadeln 30,64 erhält der Spritzgießartikel A eine im wesentlichen glatte Oberfläche. Der fertige Spritzgießartikel A kann ausgeworfen werden.

Sämtliche Antriebe 40,46, 70 sind über eine (nicht dargestellte) elektronische Steue- rung betätigbar, die je nach Anwendungsfall frei programmierbar ist. Einspritzdüse 20 und Auslaß 62 können mithin individuell und unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden. Wichtig ist jedoch, daß das Öffnen und Schließen der Auslaß- öffnung 62 für das Fluid F-je nach Schmeizematerial-weder zu spät noch zu früh erfolgt. Zu diesem Zweck wird das Einbringen des Fluids F in die Schmelze S in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter durchgeführt. Ein solcher Parameter kann der Schmelzedruck im Formnest 50, dessen Temperatur oder eine Zeitvorgabe sein, die mit entsprechenden Meßeinrichtungen erfaßt und an die Steuerung weiter- gegeben werden.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann die Nadelverschlußdüse als Heißkanaldüse oder als Kaltkanaldüse ausgebildet sein, wobei die Einspritzdüse 20 außenbeheizt oder innenbeheizt ist. Ebenso kann man anstelle von Gas auch eine Flüssigkeit in die Schmelze S einbringen. Denkbar ist ferner, daß durch die Verschlußnadel 30 hindurch eine zweite Schmelze injiziert wird.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß der Injektionskanal 60 in einer axial in der Schmelze-Verschlußnadel 30 bewegbaren Hohlnadel ausgebildet ist, die an ihrem düsenseitigen Ende seitlich zwei Auslaßöffnungen 62 für das Fluid F hat. Die Schmelze-Verschlußnadel 30 bildet endseitig einen Dichtsitz für die Hohlnadel, die zum Öffnen der Auslaßöffnungen 62 lediglich ein kurzes Stück weit aus der Schmelze- Verschlußnadel herausgeschoben werden muß.

Die Kopplung der Sperrvorrichtung 80 mit der Bewegung der Schmelze-Verschluß- nadel kann auch elektrisch oder pneumatisch erfolgen, indem die Antriebe 40,70 für die Verschlußnadeln 30,64 entsprechend angesteuert werden. Letztere können, ebenso wie die Distanzstücke 47, auch von einem Elektromotor oder einem Stellmotor bewegt werden, was je nach Anwendungsfall von Vorteil sein kann. Denkbar ist auch die Verwendung eines hydraulischen Antriebs.

In einer weiteren Ausführungsform der Heißkanaldüse 10 ist zwischen der Einspritz- düse 20 und den zwei Formeinsätzen 54,55 ein (nicht dargestellter) Zentrierkörper aus verschleißfestem Material angeordnet, der einen (ebenfalls nicht gezeigten) Einlauf- konus sowie einen Dichtsitz D für die Schmelze-Verschlußnadel 30 aufweist.

Man erkennt, daß die Schmelze-Verschlußnadel 30 eine Einspritzdüse für das Fluid F bildet, die bis in das Formnest 50 und damit bis in die darin eingespritzte Schmelze S eingebracht werden kann. Hierzu hat eine Nadelverschlußdüse 10 für ein Spritzgieß- werkzeug zum Einbringen einer fließfähigen Schmelze S in ein Formnest 50 eine Einspritzdüse 20, die endseitig von einer Verschlußnadel 30 verschließbar ist. In dieser verläuft ein Injektionskanal 60, der zum Einbringen eines Fluids F in die in das Formnest 50 eingebrachte Schmelze S in einem Auslaß 62 mündet. Letzterer ist in der Stirnfläche 34 der Schmelze-Verschlußnadel 30 eingebracht und von einer in der Schmelze-Verschlußnadel 30 axial bewegbaren Fluid-Verschlußnadel 64 verschließ- bar.

Die Schmelze-Verschlußnadel 30 kann mittels eines Antriebs 40 von einer Öffnungs- stellung in eine erste und eine zweite Schließstellung gebracht werden. Dabei greift ein zylindrischer Verschlußteil 33 der Verschlußnadel 30 paßgenau in einen Dichtsitz D ein, der bevorzugt in der Einspritzdüse 20 oder an einer Düsenspitze 23 ausgebildet ist. Für die Fluidinjektion wird die Schmelze-Verschlußnadel 30 in ihre erste Schließ- stellung verbracht, wobei sie mit ihrem düsenseitigen Ende 32 soweit in das Formnest 50 hineinragt, daß der Auslaß 62 für das Fluid F in der in das Formnest 50 einge- brachten Schmelze S liegt. Nach der Fluidinjektion wird durch kurzzeitiges Öffnen der Einspritzdüse 20 bei Bedarf Schmelze S nachgebracht und in das durch die Fluid- injekition bedingte Injektionsloch I eingebracht. Anschließend fährt man die Schmelze- Verschlußnadel 30 in ihre zweite Schließstellung, wobei das Injektionsloch I mit der nachgebrachten Schmelze S verschlossen wird und der Spritzgießartikel A eine im wesentlichen glatte Kontur erhält..

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anord- nungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschieden- sten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste A Spritzgießartikel D Dichtsitz F Fluid H Hohlraum Injektionsloch L Längsachse S Schmelze 10 Nadelverschlußdüse 12 Einlaß 14 Werkzeugplatte 16 Führungsplatte 20 Einspritzdüse 21 Düsenkörper 22 Schmeizekanal 23 Düsenspitze 24 Einlaufkonus 25 Flanschrand 26 Vorkammer 28 zylindrischer Abschnitt 30 Schmelze-Verschlußnadel 32 düsenseitiges Ende 33 Verschlußteil 34 Stirnfläche 36 Hubplatte 38 Führungsbuchse 40 Antrieb 42 Pneumatikzylinder 43 Stellglied 44 Führungsbolzen 45 Haltearm 46 Stellzylinder 47 Distanzstück 50 Formnest 52 Angußöffnung 54 Formeinsatz 55 Formeinsatz 60 Fluid-Injektionskanal 62 Auslaß 63 Verschlußteil 64 Fluid-Verschlußnadel 65 werkzeugseitiges Ende 66 Dichtsitz 67 Stirnfläche 70 Antrieb 72 Führungsbuchse 74 Schlitten 75 Stellglied 76 Pneumatikzylinder 77 Schraube 80 Sperreinrichtung 82 Stift 83 Ausnehmung