Heißkanal-Technik (eBook)

Inhaltsverzeichnis 6
Vorwort 10
1 Einleitung 12
1.1 Allgemeine Gesichtspunkte zur Heißkanaltechnik 12
1.2 Aufbau von Heißkanalsystemen und Benennung der Komponenten 17
1.3 Ausführungsarten der Einzelkomponenten von Heißkanalsystemen 19
2 Wärmetechnische Grundlagen 22
2.1 Wärmeübertragung 23
2.1.2 Konvektion 28
2.1.3 Wärmestrahlung 32
2.1.4 Zusammenfassung 37
2.2 Wärmemenge, Heizleistung 38
2.3 Wärmedehnung 39
3 Komponenten von Heißkanalsystemen in Einzeldarstellung 52
3.1 Heißkanal-Verteilerblock 52
3.1.1 Außenbeheizte-Heißkanal-Verteilerblöcke 56
3.1.2 Innenbeheizte Heißkanal-Verteilerblöcke 61
3.1.3 Isolierkanalsystem 64
3.1.4 Rheologische Auslegung 67
3.1.4.1 Natürliche Balancierung 67
3.1.4.2 Rechnerische Balancierung 69
3.2 Reflektor- und Isolierplatten, Oberflächenbeschichtung 72
3.3 Vorkammerbuchse 77
3.4 Zwischenbuchse 79
3.5 Stützscheiben 81
3.6 Verdrehsicherung für den Heißkanal- Verteilerblock 94
3.7 Umlenkstopfen 95
3.8 Angießdüsen 98
3.8.1 Allgemeines 98
3.8.2 Offene Angießdüsen 99
3.8.3 Offene Mehrfachdüsen 106
3.8.3.1 „Vertikale“ Anordnung von Spitzen 106
3.8.3.2 „Schräge“ Anordnung von Spitzen 117
3.8.3.3 „Horizontale“ Anordnung von Spitzen 118
3.8.3.4 „Seitliche“ Anordnung ohne Spitzen 121
3.8.4 Angießdüsen für verschließbare Anschnitte 124
3.8.4.1 Nadelverschlusssysteme 125
3.8.4.1.1 Automatisch wirkende Nadelverschlussdüse 127
3.8.4.1.2 Zwangsgesteuerte Nadelverschlussdüse 129
3.8.4.1.2.1 Nadelverschlussdüse mit konischem Nadelsitz 130
3.8.4.1.2.2 Nadelverschlussdüse mit zylindrischem Nadelsitz 148
3.8.4.1.3 Mechanisch betätigte Nadelverschlussdüse, Düse mit Schiebeverschluss 156
3.8.4.1.4 Sonderdüsen 158
3.8.4.1.4.1 Mehrfach-Verschluss-Düse 158
3.8.4.1.4.2 Schirmanschnitt-Düse 158
3.8.4.2 Thermische Verschlussdüsen 160
4 Beheizung von Heißkanal- Verteilerblöcken 168
4.1 Zylindrische Heizpatrone 169
4.2 Konische Heizpatrone 171
4.3 Gewindeheizpatrone 172
4.4 Rohrheizkörper 173
4.5 Heizplatte 176
4.6 „Dickschicht“-Heizelement 178
4.7 Mittelbare Beheizung mit einem flüssigen Medium (Fluid) 179
4.8 Wärmeleitrohr (Wärmeleitstift, Heatpipe) 180
4.9 Bestimmung der Heizleistung eines außenbeheizten Heißkanal-Verteilerblocks 181
4.9.1 Überschlägige Bestimmung der zu installierenden Heizleistung 181
4.9.2 Rechnerische Bestimmung der zu installierenden Heizleistung für die Aufheizphase 182
5 Beheizung von Angießdüsen 186
5.1 Zylindrische Heizpatrone 186
5.2 Rohrheizkörper 187
5.3 Widerstandsheizung 191
5.4 Wärmeleitrohr (Wärmeleitstift, heatpipe) 194
5.5 Mittelbare Beheizung mit einem flüssigen Medium (Fluid) 195
5.6 Allgemeine Hinweise zur Innenbeheizung („konduktive Beheizung“) 198
5.7 Indirekte Beheizung 202
5.7.1 Wärmeleittorpedo 202
5.7.2 Wärmeleitdüse (Klemmdüse) 207
6 Temperaturmessung, -regelung 214
7 Werkstoffverhalten bei mechanischer Beanspruchung 216
7.1 Kerbwirkung bei statischer Beanspruchung 216
7.2 Kerbwirkung bei dynamischer Beanspruchung 219
8 Korrosion und Verschleiß 222
9 Schraubenverbindungen und Werkstoffauswahl für hohe Temperaturen 228
10 Kunststofftechnische Grundlagen 232
10.1 Fließverhalten, Strukturviskosität, Druckverlust 232
10.2 Thermostabilität 236
10.3 Molekulargewichtsabbau am Beispiel von PBT 238
10.3.1 Thermischer Abbau 238
10.3.2 Mechanischer Abbau 240
10.3.3 Oxidativer Abbau 241
10.3.4 Hydrolytischer Abbau 241
11 Wartung und Lagerung von Heißkanalwerkzeugen 242
12 Konstruktive Ausführung von speziellen Heißkanalsystemen, -werkzeugen 244
12.1 Dreihundertfach-Heißkanalsystem für die Herstellung von Transistorgehäusen aus Polybutylenterephthalat, glasfaserverstärkt 244
12.2 Heißkanal-Verteilerblock für Mehrkomponentenspritzguss 247
12.3 Heißkanalsystem mit geregeltem Füllvorgang 249
12.4 Angießdüsen für kleine Nestabstände 251
Anhang 1 Heißkanalsystem-Lieferanten 254
Anhang 2 Verwendete Abkürzungen 256
Register 258

3.8 Angießdüsen (S. 97-99)
3.8.1 Allgemeines
Die Angießdüse leitet die Schmelze vom Heißkanal-Verteilerblock zum Anschnitt, in dessen Bereich eine scharfe Trennung zwischen „heiß" und „kalt" vorliegen muss. Die notwendige Wärmetrennung setzt gezielte konstruktive, werkstoff- und wärmetechnische Maßnahmen voraus. Notwendigerweise sind Erfahrungen dabei von besonderer Bedeutung. Unterschiedliche Thermoplaste verlangen häufig werkstoffspezifische Besonderheiten in der Auslegung der Angießdüsen und vor allem in der des Anschnittbereichs.

An Angießdüsen werden verschiedene Anforderungen gestellt: • thermische Homogenität, damit auch Vermeiden von Temperaturspitzen,
• keine toten Ecken, keine Stagnationsstellen und damit vollständige Spülung,
• keine thermische Schädigung der Schmelze,
• geringe Wärmeverluste,
• möglichst geringe Druckverluste, um Temperaturerhöhungen durch Dissipation zu minimieren,
• rascher Farbwechsel,
• kein Fadenziehen,
• geringstmöglicher Verschleiß aller mit der Schmelze in Kontakt stehenden Oberflächen,
• korrosionsbeständig, d.h. chemisch inert gegenüber der Schmelze und ggf. gegenüber flüchtigen Substanzen,
• hohe Dauerschwellfestigkeit unter Prozessbedingungen, das gilt im besonderen Maße für Düsen aus Kupfer oder Kupferknetlegierungen,
• hohe Warmfestigkeit,
• Quellfluss muss möglich sein,
• Regelbarkeit der Düsenheizung und
• möglichst kurze Wärmeleitwege.

Um schraubbare Düsenspitzen montieren oder demontieren zu können, müssen die Angießdüsen gegen Verdrehen gesichert werden.

3.8.2 Offene Angießdüsen

Offene Angießdüsen sind durch einen glatten Kanal ohne Strömungshindernisse und/oder Umlenkungen gekennzeichnet. Am Formteil verbleibt je nach Anschnittgestaltung, Viskosität der Schmelze und Art des Kunststoffs (amorph/ teilkristallin, gefüllt/ungefüllt) ein mehr oder minder großer Anschnittrest, der im Extremfall mechanisch abgetrennt werden muss. Nicht zuletzt aus Gründen ihrer relativen Einfachheit und ihres relativ niedrigen Druckverlustes, sollte offenen Düsen nach Möglichkeit der Vorzug gegenüber technisch aufwändigeren, verschließbaren Systemen gegeben werden.

Der in der Literatur gelegentlich für das Wirkprinzip offener Angießdüsen gebrauchte Begriff „Wärmeverschluss" [34] (Verschluss durch Wärme?) wird hier nicht übernommen, sondern in einem anderen Zusammenhang sinngemäß als „thermischer Verschluss" (thermisches Öffnen und Verschließen des Anschnitts, s. Abschnitt 3.8.4.2) verwendet.

Offene Düsen begünstigen das Fadenziehen, wie z.B. bei PP, s. Abschnitt 12.1. Um den Anschnittrest zu minimieren, d.h. die Abrissqualität zu verbessern, bieten sich offene Düsen mit Spitzen an. Für offene Düsen, z.B. mit seitlichen Anschnitten, sind wärmeleitende Spitzen („Torpedos") häufig zum sicheren Vermeiden kalter Pfropfen notwendig, s. Abschnitt 3.8.3.3.

Anschnittdurchmesser bis ca. 3,5 (4) mm sind mit offenen Düsen zu erzielen. Größere geforderte Durchmesser setzen notwendigerweise verschließbare Systeme voraus. Die einzelnen Elemente einer offenen Düse, wie z.B. die Düsenspitze, sollten im Bedarfsfall „in der Maschine" auswechselbar sein. Beispiele offener Angießdüsen zeigt Tabelle 3.7. Unterschiedliche Kunststoffe bedingen verschiedene konstruktive bzw. wärmetechnische Maßnahmen für die Gestaltung der Kontaktfläche der Düse im Anschnittbereich. Tabelle 3.8 sind die minimalen Temperaturdifferenzen Tmin = Massetemperatur minus Schmelztemperatur unterschiedlicher Thermoplaste zu entnehmen. Eine kleine Differenz bedeutet einen geringen Abstand zur Einfrier- oder Schmelztemperatur, eine große Differenz entsprechend umgekehrt. Die praktische Konsequenz besteht darin, dem Anschnittbereich z.B. durch eine Wärmeleitspitze Wärme zuzuführen, um das Einfrieren des Anschnitts zu vermeiden. Dies gilt besonders für teilkristalline Thermoplaste. Demgegenüber muss die Wärmezufuhr für die Verarbeitung amorpher Thermoplaste geringer sein.