DE19956215C2 - Heißkanal-Nadelverschluß-Düse mit einem Antrieb zum Verstellen der Verschlußnadel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißkanal-Nadelverschluss-Düse mit einem Antrieb zum Verstellen der Verschlussnadel in Schließposition und in Öffnungsposition.

Eine derartige Nadelverschluss-Düse ist aus DE 42 06 319 C2 und aus EP 0 558 931 B1 bekannt. Als Antrieb zum Verstellen der Verschlussnadel dient dabei ein Kolbentrieb. Dies hat sich bewährt, weil es sich um einen einfachen und preiswerten Antrieb handelt und ein Druckmedium für einen solchen Kolbentrieb in aller Regel zur Verfügung steht.

Schwierigkeiten können jedoch auftreten, wenn die nicht selten eine beachtliche axiale Länge aufweisende Verschlussnadel von dem eigentlich erwünschten Idealmaß geringfügig abweicht. Ist die Nadel etwas zu lang, ergibt sich an dem Gießteil später ein entsprechender Eindruck, ist sie zu kurz, entsteht an dem Gießteil ein kleiner Noppen.

Es ist deshalb bekannt, solche Abweichungen der Länge der Verschlussnadel von dem Idealmaß durch mehrere Probespritzungen und mit Hilfe von Unterlegscheiben und deren Nachbearbeitung mit wiederum weiteren Probespritzungen zu beseitigen. Dabei muss dies bei praktisch jedem Spritzgießwerkzeug durchgeführt werden, weil immer Wieder entsprechende Fertigungstoleranzen mit entsprechenden Maßabweichungen an den Verschlussnadeln auftreten können.

Auch aus DE 31 40 165 A1 ist eine Nadelverschlussdüse der eingangs genannten Art bekannt, wobei mehrere Düsen durch eine pneumatisch angetriebene Zahnstange über ein Ritzel und eine Buchse jeweils gleichzeitig betätigt werden können. Auch dabei können Maßabweichungen bei der Länge der Verschlussnadeln nur durch Unterlegscheiben oder Nachbearbeitungen beseitigt werden.

Aus DE 195 36 565 C2 ist eine Spritzgießmaschine bekannt, bei welcher eine Verschlussnadel für die Düse der Spritzgießeinheit motorisch verstellbar ist. Dabei handelt es sich um einen Gegenstand anderer Gattung.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Nadelverschlussdüse der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher ein Nacharbeiten der Nadel oder von an ihr angeordneten Unterlegscheiben vermieden werden kann, selbst wenn die Verschlussnadel von dem Idealmaß etwas abweicht.

In Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 ist zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Nadelverschluss-Düse der eingangs genannten Art vorgesehen, dass als Antrieb für die Verstellung der Verschlussnadel ein Servomotor oder Schrittmotor als elektrisch angetriebener Positioniermotor vorgesehen ist. Damit ist es nicht nur möglich, die Öffnungs- und Schließbewegung der Verschlussnadel zu bewirken, wie dies auch mit einem Kolbenantrieb geschieht, sondern die Verschlussnadel kann mit Hilfe dieses Positioniermotors auch in eine jeweils erforderliche präzise Position gebracht und dort festgelegt, also so positioniert werden, dass bei der Fertigung des Werkzeuges, der Verschlussnadel oder der Düse entstandene Toleranzunterschiede mit Hilfe des Positioniermotors ausgeglichen werden können. Aufwendige Nacharbeiten an Unterlegscheiben oder an der Verschlussnadel oder sonstige Nacharbeiten können also auf einfache Weise vermieden werden. Demgemäß kann auch die Anzahl von Probespritzungen erheblich vermindert werden.

Servomotoren oder Schrittmotoren haben sich beim präzisen Positionieren und Verstellen von Maschinenteilen bewährt und stehen deshalb im Handel in unterschiedlichsten Größen und mit unterschiedlichsten Leistungen zur Verfügung, so dass sie preiswert bezogen werden können.

Günstig ist es, wenn der Positioniermotor mit der Verschlussnadel mechanisch, insbesondere über ein Getriebe verbunden ist. Dadurch kann die Antriebsbewegung des Positioniermotors beispielsweise untersetzt und dadurch in eine entsprechend präzise Verstellbewegung umgewandelt werden. Insbesondere lassen sich dadurch auch die an sich schon sehr kleinen Schritte eines als Positioniermotor dienenden Schrittmotors noch weiter verkleinern, so dass eine praktisch kontinuierliche und beliebige Längsverstellung der Verschlussnadel auch mit einem Schrittmotor möglich wird.

Die Verschlussnadel kann einen Spindeltrieb aufweisen, der mit dem Positioniermotor direkt oder über ein Getriebe gekuppelt ist. Dies ermöglicht eine präzise Verstellbewegung auch mit kleinen Wegen, da Spindeltriebe praktisch spielfrei ausgeführt sein können. Gleichzeitig lässt sich auf diese Weise eine entsprechende Untersetzung vorsehen, was die Präzision der Positionierbewegung weiter erhöhen kann.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann dabei darin bestehen, dass an einer mit der Nadel einstückigen oder in koaxialer Richtung verbundenen Spindel eine Spindelmutter angreift, die an ihrer Außenseite als Zahnrad, Kegelrad oder Schneckenrad gestaltet ist, welches mit einem mit dem Positioniermotor verbundenen Getriebegegenstück gekuppelt ist oder kämmt. Somit kann der Positioniermotor seitlich von der Verschlussnadel platzgünstig an der Spritzgießform angeordnet werden.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann dabei darin bestehen, dass die Verschlussnadel mittels ihres elektrischen Antriebes in beliebige Zwischenstellungen innerhalb des größtmöglichen Nadelhubes einstellbar ist.

Üblicherweise ist es mit dem bekannten Verstellsystem mit Hilfe eines Kolbentriebes nur möglich, zwei Endpositionen der Verschlussnadel einzustellen, die über einen Festanschlag begrenzt sein können. Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen präzise arbeitenden elektrischen Positionierantrieb lässt sich durch Festlegung der exakt bestimmbaren Position über einen im Antrieb integrierten, zum Beispiel optischen Impulsgeber jede beliebige Position innerhalb des festgelegten Nadelhubes anfahren. Dadurch ist es auch möglich, Anfahr- beziehungsweise Bremsrampen während der Hubbewegung durchzuführen, wodurch ein sanfteres und entsprechend verschleißärmeres Schließen der Nadelverschluss-Düse ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil der Positioniergenauigkeit besteht darin, dass ein besonders für thermoplastische Elastomere notwendiger Scherspalt innerhalb der Nadelverschluss-Düse oder Heißkanal-Düse hergestellt werden kann. Je nach positionierter Lage der Verschlussnadel ergibt sich ein Ringspalt definierter Größe, der zu einer zusätzlichen Schererwärmung der plastischen Kunststoffmasse während des Einspritzvorganges genutzt werden kann.

Die Erfindung betrifft im Zusammenhang mit der vorbeschriebenen Nadelverschluss-Düse auch eine Spritzgießform mit mehreren Heißkanal-Nadelverschluss-Düsen mit mehreren Nadelverschluss- Düsen der eingangs genannten Art, die zur Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet sein kann, dass mehrere oder alle Ver­ schlussnadeln mit einem gemeinsamen elektrisch angetriebenen Positioniermotor über Getriebe verbunden und gemeinsam verstellbar sind. Somit können mehrere Heißkanal- Nadelverschluss-Düsen mit ihren Verschluss- oder Düsennadeln zusammengefasst werden, um mit einem einzigen Antrieb mehrere Kavitäten einer Mehrfachform anzusteuern.

Dabei ist es günstig, wenn zur Verbindung der einzelnen Ver­ schlussnadeln mit einem gemeinsamen Positioniermotor eine an ihnen angreifende Zahnstange oder ein Zahnriemen vorgesehen ist, dessen quer zur Achse der Heißkanal-Nadelverschluss-Düsen erfolgende Bewegung vorzugsweise in eine Drehbewegung zum Beispiel eines Spindeltriebes umsetzbar ist, wie er dann an den einzelnen Verschlussnadeln angreifen kann.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil schematisierter Darstellung:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Nadelverschluss-Düse, deren Verschlussnadel sich in Schließstellung befindet und einen Spindelantrieb mit einem Positioniermotor aufweist,

Fig. 2 mehrere parallele Nadelverschluss-Düsen für eine Mehrfachform mit Verschlussnadeln, die über einen Zahnriemen mit einem gemeinsamen Positionier- oder Antriebsmotor für ihre Längsverstellung verbunden sind,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, bei welcher der gemeinsame Antriebsmotor mit den Verschlussnadeln und deren Spindeltrieb über eine Zahnstange verbunden ist,

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab die Mündung der Nadelverschluss-Düse mit dem größtmöglichen Nadelhub, wobei sich die Verschlussnadel in Offenstellung befindet und einen größtmöglichen Scherspalt freigibt, der durch eine Verstellung der Verschlussnadel in Richtung zu der Düsenöffnung hin verkleinern lässt, sowie

Fig. 5 ein Bewegungsdiagramm einer Verschlussnadel mit einem elektrischen Positionierantrieb, wobei der Nadelhub über die Zeit aufgetragen ist.

Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Heißkanal-Nadelverschluss- Düse, im Folgenden "Nadelverschlussdüse 1" genannt, befindet sich gemäß Fig. 1 in einer Spritzgießform 2 und wird über einen Heißkanalverteiler 3 und einen darin befindlichen Kanal 4 mit Gießmaterial beschickt. Die Nadelverschluss-Düse 1 weist eine Verschlussnadel 5 auf, die in den Fig. 1 bis 3 jeweils in Schließstellung, in Fig. 4 aber in Offenstellung dargestellt ist. Die Verschlussnadel 5 kann also in eine Schließposition und in eine Öffnungsposition, in welcher das Gießmaterial in eine Kavität einer Form einspritzbar ist, verstellt werden und hat dazu einen Antrieb.

Als Antrieb für diese Verstellung der Verschlussnadel 5 ist ein elektrisch angetriebener Positioniermotor 6 vorgesehen, mit welchem eine sehr präzise Verstellbewegung der Verschlußnadel 5 und auch ein Ausgleich von Längentoleranzen möglich ist, da ein solcher Positioniermotor 6 die Verschlußnadel 5 in beliebige Positionen bringen kann, also sie in etwas zurückgezogener Position halten kann, wenn die Verschlußnadel 5 etwas zu lang wäre, oder sie etwas weiter in Richtung der Düsenmündung verstellen kann, wenn sie etwas zu kurz wäre. Darüber hinaus können beliebige Zwischenpositionen gewählt werden.

Der Positioniermotor 6 ist mit der Verschlußnadel 5 mechanisch über ein Getriebe 7 verbunden, wobei die Verschlußnadeln 5 in allen Ausführungsbeispielen einen Spindelantrieb aufweisen, der das Getriebe 7 bilden oder enthalten kann.

Beispielsweise kann an einer mit der Nadel 5 in deren rückwärtigem, über die Nadelverschlußdüse 1 überstehenden Bereich einstückigen oder fest verbundenen Spindel in nicht näher dargestellter Weise eine Spindelmutter angreifen, die an ihrer Außenseite als Zahnrad, Kegelrad oder Schneckenrad gestaltet ist, welches mit einem mit dem Positioniermotor 6 verbundenen Getriebegegenstück gekuppelt ist oder kämmt, so daß sich also eine Kombination eines Getriebes mit einem Spindeltrieb ergibt. Auf diese Weise kann der Positionier­ motor 6 mit seiner Abtriebswelle quer oder rechtwinklig zu der Längserstreckung der Verschlußnadel 5 platzsparend angeordnet sein, wie es in den Ausführungsbeispielen dargestellt ist, weil er seitlich angeordnet oder sogar etwas eingefügt sein kann.

Der Positioniermotor 6 kann dabei ein Servomotor oder ein Schrittmotor sein, womit jeweils sehr präzise Positionierbewegungen, aber auch genaue Hin- und Herverstellbewegungen zum Öffnen und Schließen der Verschlußnadel 5 möglich sind, so daß entweder in üblicher Weise die Verschlußnadel 5 aus einer Schließposition in eine Offenstellung und wieder in die in Fig. 1 dargestellte Verschlußposition verstellt werden kann, aber auch Zwischenstellungen dazwischen und zwischen der in Fig. 4 dargestellten größtmöglichen Öffnungsposition eingestellt werden können, um den Scherspalt an der Düsenmündung zu variieren.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Mehrfachform mit mehreren Nadelverschluß-Düsen 1 der vorbeschriebenen Art dargestellt, wobei alle Verschlußnadeln 5 mit einem gemeinsamen elektrischen angetriebenen Positioniermotor 6 über Getriebe verbunden und gemeinsam verstellbar sind. Zur Verbindung der einzelnen Ver­ schlußnadeln 5 mit dem gemeinsamen Positioniermotor 6 ist dabei gemäß Fig. 3 eine an diesen Verschlußnadeln 5 und deren Spindeln angreifende Zahnstange 8 oder gemäß Fig. 2 ein Zahnriemen 9 vorgesehen, so daß eine in Querrichtung erfolgende Bewegung der Zahnstange 8 oder des Zahnriemens 9 in eine Drehbewegung des jeweiligen Spindeltriebes 7 umgewandelt werden kann, was dann zu einer gemeinsamen Verstellung der Verschlußnadeln 5 führt. Es genügt somit ein einziger Antriebs- oder Positioniermotor 6, um die Verschlußnadeln 5 einer Mehrfachform gemeinsam zu positionieren, was mit einem pneumatischen oder hydraulischen Kolbentrieb zum Verstellen der Verschlußnadeln nicht möglich ist.

Der Positioniermotor 5 erlaubt eine Verstellung der Verschlußnadel über die Zeit, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, also über eine Öffnungsrampe beziehungsweise über eine Schließrampe, was zu einer schonenden und entsprechend verschleißarmen Verstellbewegung führt.

Die Nadelverschlußdüse 1 für Spritzgießformen 2, die bei einer Mehrfachform auch mehrfach vorhanden sein kann, weist zum Verstellen der Verschlußnadel 5 einen Antrieb aus, der als elektrisch angetriebener Positioniermotor 6 ausgebildet ist und somit Längentoleranzen der Verschlußnadeln 5 bei deren Einstellung in Öffnungs- und vor allem in Schließposition berücksichtigen und auch Zwischenpositionen einstellen und fixieren kann.

Claims (7)

1. Heißkanal-Nadelverschluss-Düse (1) mit einem Antrieb zum Verstellen der Verschlussnadel (5) in Schließposition und in Öffnungsposition, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb für die Verstellung der Verschlussnadel (5) ein Servomotor oder Schrittmotor als elektrisch angetriebener Positioniermotor (6) vorgesehen ist.

2. Heißkanal-Nadelverschluss-Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positioniermotor (6) mit der Verschlussnadel (5) mechanisch, insbesondere über ein Getriebe (7) verbunden ist.

3. Heißkanal-Nadelverschluss-Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussnadel (5) einen Spindeltrieb aufweist, der mit dem Positioniermotor (6) direkt oder über ein Getriebe (7) gekuppelt ist.

4. Heißkanal-Nadelverschluss-Düse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer mit der Nadel (5) einstückigen oder fest verbundenen Spindel eine Spindelmutter angreift, die an ihrer Außenseite als Zahnrad, Kegelrad oder Schneckenrad gestaltet ist, welches mit einem mit dem Positioniermotor (6) verbundenen Getriebegegenstück gekuppelt ist oder kämmt.

5. Heißkanal-Nadelverschluss-Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussnadel (5) mittels ihres elektrischen Antriebes in beliebige Zwischenstellungen innerhalb des größtmöglichen Nadelhubes einstellbar ist.

6. Spritzgießform mit mehreren Heißkanal-Nadelverschluss-- Düsen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle Verschlussnadeln (5) mit einem gemeinsamen elektrisch angetriebenen Positioniermotor (6) über Getriebe (7) verbunden und gemeinsam verstellbar sind.

7. Spritzgießform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der einzelnen Verschlussnadeln (5) mit einem gemeinsamen Positioniermotor (6) eine an ihnen angreifende Zahnstange (8) oder ein Zahnriemen (9) vorgesehen ist, dessen quer zur Achse der Heißkanal- Nadelverschluss-Düsen erfolgende Bewegung vorzugsweise in eine Drehbewegung zum Beispiel eines Spindeltriebes (7) umsetzbar ist.