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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießvorrichtung mit einem linearen Stellantrieb zum Steuern einer Ventilnadel mit einem Positionssensor und und einen linearen Stellantrieb für ein gesteuertes Ventil einer Spritzgießvorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Das Spritzgießen von Kunststoffteilen ist ein übliches Herstellungsverfahren. Verschiedene Artikel von wirtschaftlicher Bedeutung wie Kunststoffflaschen, Zahnbürsten und Kinderspielzeug werden unter Verwendung gut bekannter Spritzgießtechniken hergestellt. Das Spritzgießen umfasst im Allgemeinen das Schmelzen von Plastik und dann das Einpressen des Schmelzestroms bei hohen Temperaturen und Drücken durch eine oder mehrere Angussöffnungen in einen Formhohlraum. Die Schmelze kühlt sich in der Form des Formhohlraums ab, der geöffnet wird, um die hergestellten Teile auszugeben.
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Spritzgießvorrichtungen mit einer Ventilöffnung sind gut bekannt, wie gezeigt und beschrieben im US-Patent
US 4 380 462 A . Üblicherweise hat eine Ventilnadel eine zylindrische oder kegelförmige Spitze und bewegt sich mittels eines linearen Stellantriebs hin und her zwischen einer zurückgezogenen offenen Position und einer vorgeschobenen geschlossenen Position in der die Spitze in einer Angussöffnung sitzt. In einigen Anwendungen funktioniert die Ventilnadel in der umgedrehten Richtung und verschließt in einer zurückgezogenen Position. Die
CA 2 671 300 A1 eine Spritzgießvorrichtung mit einem beheizten Verteiler und mehreren beheizten Düsen, wobei die Ventilnadeln der Düsen mit einem hydraulisch aktuierten Stellantrieb verbunden sind, um die Strömung der Schmelze in ein oder mehrere Formhohlräume mittels eines Drucksensors zu steuern. Eine weitere ventilbetätigte Spritzvorrichtung ist aus der
EP 1 223 020 A1 bekannt, wobei sich die Ventilnadel von einem oberhalb des Verteilers angeordneten Aktuators durch den Verteiler und den Düsenschmelzekanal zur Angussöffnung erstreckt. Die
DE 38 33 220 C2 betrifft eine weitere ventilbetätigte Spritzgießvorrichtung, bei der die Ventilnadel mittels eines oberhalb des Verteilers angeordneten Aktuators bewegt wird, um die Angussöffnung der Düse zu öffnen und zu schließen, wobei zur Bestimmung der Position des Aktuators ein Induktionssensor vorgesehen ist.
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Mechanismen für Ventilöffnungen sind jedoch typischerweise dazu ausgebildet, die Angussöffnungen in einer binären Weise zu öffnen und zu schließen, d.h. die Angussöffnung ist entweder offen oder geschlossen ohne ein teilweise geöffnetes Szenario zu erlauben, in dem der Durchfluss oder die Menge der Schmelze gesteuert wird. In einigen Herstellungsverfahren ist die Fähigkeit, den Schmelzestrom während der Einspritzung zu steuern, sehr wünschenswert. Beispielsweise in einem Multi-Öffnungssystem, in dem ein einzelner Formhohlraum durch eine Vielzahl von Angussöffnungen mit Schmelze gefüllt wird, wobei ein gemeinsamer Verteiler alle Angussöffnungen versorgt. Jedoch bildet sich eine „Verbindungslinie“ an der Grenzfläche an der die von einer Angussöffnung einströmende Schmelze auf die von einer anderen Angussöffnung einströmende Schmelze trifft. Auch wenn alle Angussöffnungen gemeinsam versorgt werden, würde die Fähigkeit, den Durchfluss durch jede Angussöffnung individuell zu steuern, es dem Konstrukteur ermöglichen, die Anordnung der Verbindungslinie aus strukturellen oder ästhetischen Gründen zu steuern.
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Ein anderes Beispiel, in dem die Steuerung der Strömung des Schmelzestroms wünschenswert ist, ist wenn mehrere Teile gleichzeitig gespritzt werden. Jeder Formhohlraum wird durch eine individuelle Angussöffnung mit Schmelze versorgt. Jedoch sind die Formhohlräume nicht notwendigerweise alle gleich groß, beispielsweise, wenn Komponenten von einem ineinander greifenden Teil gleichzeitig gespritzt werden, wie die Teile eines Gehäuses eines Mobiltelefons oder der Grundkörper und die Abdeckung eines Verpackungssystems. Dabei ist der gemeinsame Schmelzestrom wichtig, so dass die Kunststoffeigenschaften der Teile so gleichförmig wie möglich sind; jedoch wird es üblicherweise länger dauern, eine Form zu füllen als die Anderen, da die Teile keine gleichförmige Größe haben. Wenn der größere Formhohlraum schneller gefüllt werden könnte, dann könnten beide Teile zur gleichen Zeit fertig sein, um aus der Form ausgegeben zu werden.
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Im Stand der Technik existieren verschiedene Methoden, um diese Art der Steuerung des Schmelzestroms zur ermöglichen. Die Angussöffnungen können für jedes neue Produkt individuell weiterbearbeitet werden, aber dies ist teuer und zeitraubend. Das US-Patent
US 5 556 582 A , beschreibt ein System, in dem eine einstellbare Ventilnadel in der Angussöffnung angeordnet ist, die sich in dem Verteiler befindet. Die Ventilnadel kann von einem Computer entsprechend der aufgenommenen Druckdaten an oder in der Nähe des Einspritzpunkts in der Form dynamisch gestellt werden. Die Ventilnadel hat einen kegelförmigen Kopf, während der Schmelzekanal eine entgegengesetzte Geometrie aufweist, so dass der Schmelzestrom bis zu einem letztendlich vollständigen Stillstand verlangsamt wird. Wenn eine Vielzahl von Ventilen genutzt werden, ist jedes unabhängig gesteuert. Eine Heißläuferdüse wird nicht benötigt. Jedoch führt, wenn das System benutzt wird, die wiederholte Bewegung der Ventilnadel zu einem signifikanten Verschleiß der Spitze der Ventilnadel. Dieser Verschleiß, als Ergebnis des wiederholten Auftreffens mit dem Formhohlraum, reduziert schließlich den Querschnittsdurchmesser der Spitze der Ventilnadel. Da die Spitze der Ventilnadel auch zum Zweck der Steuerung der Strömung benutzt wird, wird die Fähigkeit des Systems, die Strömung wirksam zu steuern, über die Zeit vermindert oder verliert sich.
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Ein anderes System ist in der
US 2002 / 0 121 713 A1 beschrieben. In dieser Veröffentlichung befindet sich eine Ventilnadel in einem Verteiler mit einem kegelförmigen Ventilnadelkopf der an dem Einlasspunkt zu einer Heißläuferdüse angeordnet ist. Der Schmelzekanal am Einlasspunkt hat eine, dem kegelförmigen Nadelkopf entsprechende Geometrie, so dass der Schmelzestrom zu einem letztendlichen Stillstand verlangsamt wird.
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Noch ein anderes System ist in
WO 01 / 021 377 A1 A4-beschrieben. In dieser Veröffentlichung umfasst der Verteiler die „Einspritztopf“-Technologie. Ein Teil des Schmelzestroms wird von dem Verteilerschmelzekanal in einen separaten Bereich oder „Loch“ umgelenkt. In diesem Loch ist ein angetriebener Schieber angeordnet, der zum Abdichten der Öffnung des Lochs angeordnet werden kann. In Strömungsrichtung des Lochs ist eine Düse vorhanden. Die Strömung der Schmelze durch eine Angussöffnung ist durch eine angetriebene Ventilnadel gesteuert. Wenn der Schmelzestrom in den Verteilerschmelzekanal eingeleitet wird, sitzt die Ventilnadel in der Angussöffnung, um eine Strömung in einen Formhohlraum zu verhindern. Der Schieber befindet sich in seiner zurückgezogenen Position, so dass eine Menge der Schmelze von der Schmelzeströmung in das Loch umgeleitet und dort gehalten werden kann. Um das Einspritzen zu starten, schließt ein stromaufwärts der Bohrung angeordneter Angussmechanismus den Verteilerschmelzekanal und verhindert dadurch das Einströmen neuer Schmelze in das Loch. Die Ventilnadel wird von der Angussöffnung gelöst und der Schieber wird in einer ersten Geschwindigkeit vorwärts bewegt, um Schmelze in den Formhohlraum zu schieben. Ein System von Drucksensoren misst der Druck in dem System und vergleicht den gemessenen Druck mit einem angestrebten Druckprofil. Wenn ein größerer Druck erforderlich ist, wird die Geschwindigkeit des Schiebers erhöht. Alternativ, wenn geringerer Druck erforderlich ist, wird die Geschwindigkeit des Schieber verlangsamt. Wenn der Schieber seine unterste Position erreicht, ist der Formhohlraum voll und die Angussöffnung wird geschlossen. Durch diese Beeinflussung der Geschwindigkeit des Schiebers kann der Durchfluss des Schmelzestroms gesteuert werden. Diese Steuerung des Schmelzestroms erfordert, einen Teil des Verteilerschmelzekanals vollständig abzusperren, um den Schmelzestrom in einem anderen Teil des Verteilerschmelzekanals zu beeinflussen.
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In vielen Spritzgießvorrichtungen wird das Strömen der Schmelze durch die An-gussöffnung in den Formhohlraum hinein durch eine Ventileinheit gesteuert. Solche Ventileinheiten bestehen üblicherweise aus einem linearen Stellantrieb und einer durch den Heißkanal-Verteiler hindurchgehenden, sich bis in die Angussöffnung erstreckenden Ventilnadel. Zum Öffnen und Schließen der Angussöffnung wird die Ventilnadel durch den linearen Stellantrieb vor- und zurückbewegt. Der Stellantrieb der Ventileinheit ist auf der dem Formhohlraum gegenüberliegenden Seite des Heißkanal-Verteilers, üblicherweise oberhalb des Heißkanal-Verteilers angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Ventilnadel durch einen im Stellantrieb angeordneten Kolben bewegt, wobei der Kolben zumeinst hydraulisch oder pneumatisch angetrieben ist.
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Für das Steuern der Bewegung eines linearen Stellantriebs kann die Position der Ventilnadel gemessen werden, beispielsweise von einem Positionssensor, und an eine Steuereinheit übermittelt werden. In dem Fall, in dem ein kontaktloser Positionssensor verwendet wird, machen die hohen Temperaturen des Heißkanal-Verteilers es schwierig, die Position der Ventilnadel in Bezug auf den Bereich der Angussöffnung genau zu bestimmen. Weiter fallen Positionssensoren häufig bei höheren Temperaturen aus. Zum Beispiel fallen einige Positionssensoren bereits bei niedrigen Temperaturen von ca. 80°C bis ca. 120°C aus. Daher besteht die Notwendigkeit, die in herkömmlichen ventilgesteuerten Spritzgießeinheiten genutzten Positionssensoren vor der durch die Heißkanal-Verteiler erzeugten Wärme zu schützen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spritzgießvorrichtung mit einem linearen Stellantrieb für eine Ventileinheit zu verbessern. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Spritzgießvorrichtung dadurch gelöst, dass der Positionssensor in die Kühlvorrichtung integriert ist. Weiterhin wird die Aufgabe durch einen linearen Stellantrieb für ein gesteuertes Ventil einer Spritzgießvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 gelöst.
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Durch einen linearen Stellantrieb mit einem in die Kühlvorrichtung integrierten Positionssensor entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Belastung des Positionssensors durch hohe Temperaturen reduziert, wodurch sich die Lebensdauer des Positionssensors erhöht. Die Erhöhung der Lebensdauer des Positionssensors führt zu einer verbesserten Betriebssicherheit der Spritzgießvorrichtung mit einer geringeren Ausfallhäufigkeit und geringeren Stillstandszeiten durch den Positionssensor. Durch die Kühlung des Positionssensors können auch temperaturempfindliche Sensoren zum Abfragen der Ventilnadelposition eingesetzt werden.
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In der vorliegenden Erfindung einer Spritzgießvorrichtung ist ein gesteuertes Ventil einschließlich eines Stellantriebs in einem Heißkanal-Verteiler angeordnet. Der Stellantrieb ist eine Zylinder-Kolben-Einheit, wobei eine Kühlvorrichtung, die als eine Kühlplatte ausgebildet ist, zwischen der Zylinder-Kolben-Einheit und dem Heißkanal-Verteiler angeordnet ist. Durch die Integration des Positionssensors zwischen der Zylinder-Kolben-Einheit und der im Verteiler angeordneten Kühlplatte kann die Kühlplatte den Positionssensor kühlen, wodurch auf eine separate Kühlung des Positionssensors verzichtet werden kann. Zum Beispiel kann der Positionssensor für eine optimale Kühlung des Positionssensors durch die Kühlplatte in der Kühlplatte angeordnet sein.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Positionssensor Signale für eine vollständig geöffnete und eine vollständig geschlossene Position des gesteuerten Ventils an eine Steuereinheit überträgt. Die Steuereinheit steuert in Abhängigkeit der übertragenen Positionen den Stellantrieb der Ventileinheit.
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Um eine verbesserte Steuerung des Stellantriebs zu ermöglichen, kann der Positionssensor Zwischenpositionen des gesteuerten Ventils an die Steuereinheit übertragen. Die durch die Übertragung von Zwischenpositionen verbesserte Steuerung des Stellantriebs hilft einen unnötigen pneumatischen oder hydraulischen Druckaufbau für die Bewegung der Ventilnadel zu vermeiden.
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Bevorzugt kann der Positionssensor als induktiver Sensor ausgebildet sein. Induktive Sensoren haben den Vorteil, dass sie keine mechanisch bewegten Teile aufweisen. Weiter können sie sehr robust ausgeführt werden und damit für eine lange Lebensdauer geeignet sein, sowie trotzdem von vielen Herstellern preiswert angeboten werden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die temperaturempfindlichen Sensoren aus der Kühlvorrichtung entfernt und in der Nähe dazu angeordnet, um einen möglichen Kontakt mit der Schmelze zu vermeiden, aber weiterhin nahe genug an der Kühlvorrichtung zu sein, um die von der nahen Kühlvorrichtung bereitgestellte Temperaturregelung auszunutzen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittseitenansicht eines erfindungsgemäßen linearen Stellantriebs für eine ventilgesteuerte Spritzgießvorrichtung in einer geschlossenen Ventilstellung.
- 2 ist eine Schnittseitenansicht des in 1 gezeigten Stellantriebs in einer geöffneten Ventilstellung.
- 3 ist eine perspektivische Seitenansicht eines nicht beanspruchten Stellantriebs in einer geschlossenen Ventilstellung.
- 4 ist eine perspektivische Seitenansicht eines nicht beanspruchten Stellantriebs in einer geschlossenen Ventilstellung.
- 5 ist eine perspektivische Draufsicht des Stellantriebs aus 4.
- 6 ist eine Querschnittsansicht einer Spritzgießvorrichtung mit einem linearen Stellantrieb.
- 7 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Spritzgießvorrichtung mit einem linearen Stellantrieb.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Ein linearer Stellantrieb 1 für eine Ventileinheit ist, wie in 1 gezeigt, oberhalb des Heißkanal-Verteilers 2 einer Spritzgießvorrichtung angeordnet. Die Ventilnadel 3 erstreckt sich vom Stellantrieb 1 durch eine mit dem Heißkanal-Verteiler 2 verbundene Ventilführung 4. Die Ventilnadel 3 setzt sich in den Heißkanal-Verteiler 2 hinein fort und bis zu einer Angussöffnung (nicht gezeigt) der Spritzgießvorrichtung. Die Ventilnadel 3 ist mit einem Ventilkolben 5 verbunden, der in einen Zylinderraum 6 im Stellantrieb 1 beweglich angeordnet ist.
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Der Ventilkolben 5 hat einen scheibenförmigen Kolbenteil 7, der den Zylinderraum 6 senkrecht zur Achse A in einen oberen und einen unteren Teil trennt, sowie einen länglichen Zylinderschaft 8. Dabei ist der Zylinderschaft 8 als mehrstufiger Hohlzylinder ausgebildet, mit sich in Richtung des Heißkanal-Verteilers 2 verjüngenden Innendurchmesser, der Zylinderschaft 8 nimmt in dem auf dem Heißkanal-Verteiler 2 gerichteten Bereich die Ventilnadel 3 auf.
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Ein Distanzstück 9 positioniert die Ventilnadel 3 im Zylinderschaft 8. Das Distanzstück 9 wird durch eine Schraube 10 fest im Zylinderschaft 8 angeordnet. Die Schraube 10 ist durch eine gegenüber dem Zylinderschaft 8 angeordnete Öffnung 11 in dem scheibenförmigen Kolbenteil 7 zugänglich. Die Öffnung 11 ist mit einem Innengewinde versehen, in das eine Schraube 12 eingeschraubt ist, die zusammen mit einem stirnseitig an der Schraube 12 angeordneten Dichtungsring 13 den Zylinderschaft 8 zum Zylinderraum 6 hin abdichtet. Der Kopf der Schraube 12 steht über der Oberkante des scheibenförmigen Kolbenteils 7 über. Die Ventilnadel 3, der Zylinderraum 6, der Ventilkolben 5 mit scheibenförmigem Kolbenteil 7 und länglichem Zylinderschaft 8, das Distanzstück 9 und die Schrauben 10 und 12 sind alle koaxial mit der Achse A angeordnet.
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Der Zylinderraum 6 wird auf der dem Zylinderschaft 8 gegenüberliegenden oberen Stirnseite von einem Zylinderkopf 14 begrenzt. Zwischen der Zylinderwand 15 des Zylinderraums 6 und dem Zylinderkopf 14 dichtet ein Dichtungsring 16 den Zylinderraum 6 zur Umgebung hin ab. Der Dichtungsring 16 ist in einer umlaufenden Nut 28 im Zylinderkopf 14 angeordnet.
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An der unteren Stirnseite des Zylinderraums 6 dichtet eine Zylinderschaftdichtung 17 den Zylinderraum 6 zur Umgebung hin ab. Die Zylinderschaftdichtung 17 wird durch einen sich in einer Nut 29 in der Zylinderschaftdichtung 17 abstützenden Sicherungsring gehalten. Da die Zylinderschaftdichtung 17 und der Sicherungsring 18 einen geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Zylinderraums 6 aufweisen, verjüngt sich der Zylinderraum 6 im Bereich der Zylinderschaftdichtung 17 und des Sicherungsrings 18. Der Zylinderschaft 8 ist in der Zylinderschaftdichtung 17 angeordnet und ist in Bezug auf die Zylinderschaftdichtung 17 axial verschieblich.
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Der scheibenförmige Kolbenteil 7 des Ventilkolbens 5 weist eine auf dem äußeren Umfang umlaufende Nut 30 auf, in der ein Kolbendichtring 19 angeordnet ist, der den oberen und unteren Teil des Zylinderraums 6 voneinander trennt.
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Unterhalb des Bodenteils der Zylinderwand 15 ist äußerlich eine Kühlplatte 20 angeordnet. Die Kühlplatte 20 ist mit einer Öffnung 21 versehen, in der ein Positionssensor 22 angeordnet ist, der über eine Anschlussleitung 23 mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) des Stellantriebs 1 verbunden ist. Der Positionssensor 22 ist in der Öffnung 21 durch eine Madenschraube 24 fixiert, wodurch ein einfacher Ausbau des Positionssensors 22 ohne Demontage des Stellantriebs 1 ermöglicht wird. Die Öffnung 21 erstreckt sich vom Außenumfang der Kühlplatte 20 bis in den mittleren Bereich der Kühlplatte 20, in dem der Zylinderschaft 8 angeordnet ist. Die Kühlplatte 20 weist im mittleren Bereich eine Nase auf, die in eine in axialer Richtung verlaufende Nut 26 im Zylinderschaft 8 eingreift und als Führung für den Zylinderschaft 8 dient.
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In dem Zylinderkopf 14 sind zwei seitliche, mit Innengewinden versehene Anschlussstutzen 31 zum Anschluss von Hydraulik- oder Pneumatikleitungen (nicht gezeigt) eingearbeitet, die über eine Leitung 32 mit dem oberen Teil des Zylinderraums 6 verbunden sind. Ebenso sind an dem unteren Teil der Zylinderwand 15 zwei weitere Anschlussstutzen 33 eingearbeitet, ebenfalls zum Verbinden der Hydraulik- oder Pneumatikleitungen (nicht gezeigt), die über eine Leitung 34 mit dem unteren Teil des Zylinderraums 6 verbunden sind.
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Der Ventilkolben 5 in 1 liegt auf der Schulter 27 auf, die sich im Zylinderraum 6 am Übergang zu dem sich verjüngenden Teil des Zylinderraums 6 ergibt. In dieser Stellung ist die Ventilnadel 3 vollständig ausgefahren. Der obere Teil des Zylinderraums 6 ist mit Hydraulikflüssigkeit oder Luft gefüllt. Das untere Ende des Zylinderschafts 8 ist außerhalb der Kühlplatte 20 platziert und erstreckt sich vollständig in den Bereich nahe des Positionssensors hinein.
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2 zeigt den Stellantrieb 1 mit einer vollständig zurückgezogenen Ventilnadel 3. Die Schraube 12 berührt die innere Stirnfläche des Zylinderkopfs 14. Dabei ist der untere Teil des Zylinderraums 6 vollständig mit einer Hydraulikflüssigkeit oder Luft gefüllt. Das untere Ende des Zylinderschafts 8 befindet sich oberhalb der oberen Kante des Positionssensors 22, so dass der Zylinderschaft 8 nicht in dem vom Positionssensor 22 erfassten Bereich platziert ist.
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Im Folgenden wird näher auf die Funktionsweise des in 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Stellantriebs für ventilgesteuerte Spritzgießvorrichtung eingegangen. Die Position des Stellantriebs 1 beginnt wie in 1 gezeigt mit einer vollständig ausgefahrenen Ventilnadel 3, die in dieser Position üblicherweise die Angussöffnung der Spritzgießvorrichtung verschließt. Über die mit einem der Anschlussstutzen 33 verbundene Hydraulik- oder Pneumatikleitung wird eine Hydraulikflüssigkeit oder Luft in den unteren Teil des Zylinderraums gedrückt. Der den unteren und oberen Teil des Zylinderraums voneinander trennende scheibenförmige Kolbenteil 7 wird durch die unter Druck einströmende Hydraulikflüssigkeit oder Luft nach oben in Richtung des Zylinderkopfes 14 gedrückt. Die sich im oberen Teil des Zylinderraums 6 befindende entspannte Hydraulikflüssigkeit oder Luft wird durch den nach oben drückenden scheibenförmigen Kolbenteil 7 über die Leitung 32 und einen Anschlussstutzen 31 aus dem Zylinderraum 6 gedrückt. Die Aufwärtsbewegung des Ventilkolbens 5 wird durch den Anschlag der Schraube an den Zylinderkopf 14 gestoppt. Zusammen mit dem Ventilkolben 5 bewegt sich auch die Ventilnadel 3 nach oben und öffnet die Angussöffnung in der Spritzgießeinheit. Dabei wird die Position der Ventilnadel 3 von dem Positionssensor 22 erfasst, der die Position über den mit der Ventilnadel 3 verbundenen Zylinderschaft 8 bestimmt.
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Das untere Ende des Zylinderschafts 8 bewegt sich beim Öffnen der Angussöffnung aus dem Empfangsbereich des Positionssensors 22 heraus, und beim Schließen wieder hinein. Zum Ausfahren der Ventilnadel 3, und damit zum Schließen der Angussöffnung, wird zunächst die im unteren Teil des Zylinderraums 6 sich befindende Hydraulikflüssigkeit oder Luft entspannt. Dann wird der obere Teil des Zylinderraums 6 über einen der Anschlussstutzen 31 und die Leitung 32 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit oder Luft gefüllt. Der Ventilkolben 5 wird nach unten gedrückt und drängt dabei die im unteren Teil des Zylinderraums 6 sich befindende Hydraulikflüssigkeit oder Luft durch die Leitung 34 und einen Anschlussstutzen 33 aus dem Stellantrieb 1 hinaus. Der auf der Schulter 27 aufliegende scheibenförmige Kolbenteil 7 begrenzt die Abwärtsbewegung des Ventilkolbens 5. Der obere und untere Teil des Zylinderraums 6 sind durch den scheibenförmigen Kolbenteil 7 mit dem Kolbendichtring 19 hermetisch voneinander getrennt. Dadurch wird ein Überströmen der unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit oder Luft vom oberen in den unteren Teil des Zylinderraums 6 und umgekehrt verhindert.
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Der Positionssensor 22 kann jeder Art Sensor sein, der einem Fachmann bekannt ist. Nicht beschränkende Beispiele solcher Positionssensoren schließen induktive, kapazitive oder mechanische Sensoren ein. Der Fachmann weiß, dass eine Vielzahl von Sensoren geeignet sind, als Positionssensor 22 in der vorliegenden Erfindung benutzt zu werden.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines nicht beanspruchten Stellantriebs 35. Der lineare Stellantrieb 35 umfasst ein Verbindungselement 36. Das Verbindungselement 36 ist an einer Kolbennadelvorrichtung (nicht gezeigt) angeschlossen und bewegt sich entsprechend mit der Kolbennadelvorrichtung. Das Verbindungselement 36 ist auch an einen Arm 37 angeschlossen, der an einem Positionsanzeiger 38 befestigt ist. Da die Kolbennadelvorrichtung und entsprechend der Positionsanzeiger 38 sich auf und ab bewegen, überwachen die Sensoren 39a und 39b die Bewegung des Positionsanzeigers 38, um die Position der Ventilnadel (nicht gezeigt) zu bestimmen. Wenn die Ventilnadel an einer offenen Position ist, ist der Positionsanzeiger 38 an einer oberen Position und nur Sensor 39a identifiziert den Positionsanzeiger 38. Wenn die Ventilnadel in einer geschlossenen Position ist, hat sich der Positionsanzeiger 38 auf eine untere Position bewegt und daher identifizieren beide Sensoren 39a und Sensor 39b den Positionsanzeiger 38. Sensor 39a und 39b sind in direkter Nähe zu der Kühlvorrichtung 40, so dass die Kühlvorrichtung 40 eine Temperaturregelung für die Sensoren 39a und 39b bereitstellt.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Sensoren 39a und 39b justiert werden, um direkt die Position des Kolbens selbst statt der Position des Positionsanzeigers 38 zu bestimmen, wie in 3 gezeigt. Die Sensoren 39a und 39b in 3 sind induktive Sensoren, können aber ebenso gut eine andere Art von Sensoren sein.
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4 stellt eine perspektivische Ansicht des nicht beanspruchten Stellantriebs 41 dar mit einer ähnlichen Ausgestaltung wie die in 3 gezeigte Ausführungsform. Ein Verbindungselement 42 ist mit der Kolbennadelvorrichtung verbunden und bewegt sich dementsprechend mit der Kolbennadelvorrichtung. Das Verbindungselement 42 ist auch mit einem ersten Arm 44 über einen zweiten Arm 43 verbunden. Der erste Arm 44 bewegt sich auch in einer Weise entsprechend der Kolbennadelvorrichtung. Der erste Arm umfasst eine erste und eine zweite Nocke 45a und 45b. Der lineare Stellantrieb 41 umfasst weiter einen Endschalter 46, der in einer fest eingestellten Position in der Nähe der ersten und zweiten Nocke 45a und 45b angeordnet ist. Der Endschalter 46 hat einen leitenden Ausleger 47, der alternativ mit den ersten und zweiten Nocken 45a und 45b in Kontakt kommt, wenn sich der erste Arm 44 in seine höchste und bzw. niedrigste Position bewegt.
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Die ersten und zweiten Nocken 45a und 45b bestehen auch aus einem leitenden Material, so dass sich ein elektrischer Kreis bildet, wenn der leitende Ausleger 47 die erste Nocke 45a berührt, anzeigend, dass der Kolben in einer niedrigen Position und das Ventil in einer geschlossenen Position ist. Alternativ schließt sich ein elektrischer Kreislauf, wenn der leitende Ausleger 47 die zweite Nocke 45b berührt, anzeigend, dass der Kolben in einer erhöhten Position und das Ventil in einer offenen Position ist. Der Endschalter 46 sowie die ersten und zweiten Nocken 45a und 45b formen einen elektromechanischen Sensor, um die relativen Positionen des Kolbens anzuzeigen.
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Sowohl der Endschalter 46 als auch die ersten und zweiten Nocken 45a und 45b sind in der Nähe der Kühlvorrichtung 48 positioniert, die einen Strom einer Kühlflüssigkeit ausnutzt, der durch die Anschlüsse 49a und 49b ein- und ausströmt. Die Kühlvorrichtung steuert die Temperatur, die den elektromechanischen Sensor umgibt, so dass die Temperatur eine Betriebstemperatur von 80°C nicht übersteigt.
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4 stellt weiter erste und zweite Anschlüsse 50a und 50b dar. Anschluss 50a erlaubt den Einlass hydraulischer und pneumatischer Flüssigkeiten in den Stellantrieb, um den Kolben in eine Abwärtsrichtung zu bewegen, die das Ventil schließt. Ebenso erlaubt Anschluss 50b den Einlass hydraulischer oder pneumatischer Flüssigkeiten in den Stellantrieb, um den Kolben in eine Aufwärtsrichtung zu bewegen, die das Ventil öffnet.
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5 ist eine perspektivische Draufsicht des linearen Stellantriebs aus 4, die darstellt, wie der Endschalter 46 an der Außenseite des linearen Stellantriebs 41 befestigt ist und wie der zweite Arm 43 den ersten Arm 44 außerhalb der Kolbennadelvorrichtung festhält, um den Sensor in der Nähe der Kühlvorrichtung 48 zu halten, ohne den Betrieb der Kolbennadelvorrichtung zu stören.
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6 ist eine Querschnittsansicht einer Spritzgießvorrichtung 51 der vorliegenden Erfindung mit einem erfindungsgemäßen linearen Stellantrieb 52. Der lineare Stellantrieb 52 kann jeder der oben in Bezug auf die 1 bis 5 beschriebenen linearen Stellantriebe 52 sein, oder eine für den Fachmann offensichtliche Alternative dazu sein. 6 beschreibt weiter eine Ventilnadel 53 in einer angehobenen Position, so dass die Ventilnadel 53 die Ventilöffnung 54 öffnet. Der lineare Stellantrieb 52 fährt die Ventilnadel 53 durch mindestens einen Heißkanal-Verteiler 55 auf und nieder. Der Heißkanal-Verteiler 55 umfasst mindestens einen Schmelzekanal 56, durch den Schmelze geführt ist. Die Temperatur des Heißkanal-Verteilers 55 wird durch ein Heizelement, sowie eine Heizspirale 55' gesteuert. Der Verteilerschmelzekanal 56 befindet sich in Flüssigkeitsverbindung mit einem Schmelzekanal der Düse 57 und der Ventilöffnung 54. Die Ventilöffnung 54 öffnet sich in einen Formhohlraum 58, der durch eine Formplatte 58' definiert ist. Der Formhohlraum 58 kann in jeder Größe und Form ausgebildet sein und kann mehr als einen Hohlraum umfassen.
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7 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung 59, die mindestens zwei lineare Stellantriebe 60a und 60b umfasst, die jeder der in Bezug auf 1 bis 5 oben beschriebenen linearen Stellantriebe sein können. Eine Anzahl von linearen Stellantrieben zu haben, ermöglicht eine bessere Steuerung der Angussöffnung. 7 stellt auch zumindest zwei Ventilnadeln 61a und 61b dar, die von den Stellantrieben 60a und 60b aufwärts bzw. abwärts bewegt werden. Die Ventilnadeln 61a und 61b öffnen und schließen die Ventilöffnungen 62a bzw. 62b, die untergebracht sind in den Düsen 63a bzw. 63b. Die erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung 59 kann individuell gesteuerte lineare Stellantriebe 60a und 60b aufweisen, so dass die Ventilöffnungen 62a und 62b, wie in 7 gezeigt, individuell geöffnet und geschlossen werden können. In 7 ist die Ventilnadel 61b angehoben, so dass die Ventilöffnung 62b geöffnet ist, der Schmelze 64 das Eintreten in den Formhohlraum 65 nur von der Düse 63b erlaubend. Währenddessen ist die Ventilnadel 61a abgesenkt, so dass die Ventilöffnung 62a geschlossen ist. Daher tritt keine Schmelze von der Düse 63a in den Formhohlraum 65 ein.
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7 stellt weiter einen Heißkanal-Verteiler 66 dar, der einen Schmelzekanal 67 einschließt, der sich in zwei separate Schmelzekanäle 68a und 68b aufteilt, um die Düsen 63a bzw. 63b zu versorgen. Die Temperatur des Heißkanal-Verteilers 66 wird durch eine Wärmequelle, wie Heizspiralen 66', gesteuert. Jedoch können die Wärmequellen auch an anderen Positionen platziert werden, um die Temperatur des Heißkanal-Verteilers 66 zu steuern.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Ventilöffnungen
62a und
62b in einzelne Formhohlräume führen, die eine gleiche oder unterschiedliche Größe haben können. In einer nicht gezeigten anderen Ausführungsform der Erfindung werden die linearen Stellantriebe genutzt, um Verteilerkanalventilmittel zu bewegen, die verwendet werden, um die Strömung des geschmolzenen Materials in dem Heißkanal-Verteiler
66 zu steuern, zum Beispiel in dem Fall, dass in den Schmelzekanälen
68a und
68b unterschiedliches geschmolzenes Material ist. Die Positionssensoren entsprechend der vorliegenden Erfindung, in der die Positionssensoren eingebettet in oder in der Nähe einer Kühlplatte sind, können auch die Position dieser Verteilerkanalventilmittel überwachen. Weiterhin können, um eine verbesserte Genauigkeit zu ermöglichen, die Kühlplatten entsprechend der vorliegenden Erfindung, aber hier nicht gezeigt, einen Temperatursensor aufnehmen. Der Temperatursensor, zum Beispiel ein Thermoelement, wird verwendet, um die Temperatur jedes Positionssensors zu überwachen und eine Überhitzung oder übermäßige Kühlung zu verhindern, die die Genauigkeit der Positionsmessung beeinflussen würden. In einem anderen Aspekt der Erfindung können ein oder mehrere Ventilnadeln mit nicht gezeigten elektrischen Mitteln, wie zum Beispiel einem Elektromotor, bewegt werden, wie in dem US-Patent
US 6 294 122 B1 offenbart, dessen Offenbarung durch die Referenz hierin in ihrer Gesamtheit integriert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- linearer Stellantrieb
- 2
- Heißkanal-Verteiler
- 3
- Ventilnadel
- 4
- Ventilführung
- 5
- Ventilkolben
- 6
- Zylinderraum
- 7
- Kolbenteil
- 8
- Zylinderschaft
- 9
- Distanzstück
- 10
- Schraube
- 11
- Öffnung
- 12
- Schraube
- 13
- Dichtungsring
- 14
- Zylinderkopf
- 15
- Zylinderwand
- 16
- Dichtungsring
- 17
- Zylinderschaftdichtung
- 18
- Sicherungsring
- 19
- Kolbendichtring
- 20
- Kühlplatte
- 21
- Öffnung
- 22
- Positionssensor
- 23
- Anschlussleitung
- 24
- Madenschraube
- 26
- Nut
- 27
- Schulter
- 28
- umlaufende Nut
- 29
- Nut
- 30
- Nut
- 31
- Anschlussstutzen
- 32
- Leitung
- 33
- Anschlussstutzen
- 34
- Leitung
- 35
- linearer Stellantrieb
- 36
- Verbindungselement
- 37
- Arm
- 38
- Positionsanzeiger
- 39a
- Sensor
- 39b
- Sensor
- 40
- Kühlvorrichtung
- 41
- Stellantrieb
- 42
- Verbindungslement
- 43
- zweiter Arm
- 44
- erster Arm
- 45a
- erste Nocke
- 45b
- zweite Nocke
- 46
- endschalter
- 47
- Ausleger
- 48
- Kühlvorrichtung
- 49a
- Anschluss
- 49b
- Anschluss
- 50a
- erster Anschluss
- 50b
- zweiter Anschluss
- 51
- Spritzgießvorrichtung
- 52
- Stellantrieb
- 53
- Ventilnadel
- 54
- Ventilöffnung
- 55
- Heißkanal-Verteiler
- 55'
- Heizspirale
- 56
- Verteilerschmelzekanal
- 57
- Düse
- 58
- Formhohlraum
- 58'
- Formplatte
- 59
- Spritzgießvorrichtung
- 60a
- Stellantrieb
- 60b
- Stellantrieb
- 61a
- Ventilnadel
- 61b
- Ventilnadel
- 62a
- Ventilöffnung
- 62b
- Ventilöffnung
- 63a
- Düse
- 63b
- Düse
- 64
- Schmelze
- 65
- Formhohlraum
- 66
- Heißkanal-Verteiler
- 66'
- Heizspiralen
- 67
- Schmelzekanal
- 68a
- Schmelzekanal
- 68b
- Schmelzekanal