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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich grundsätzlich auf eine Spritzgießvorrichtung
und im Besonderen auf einen Arretiermechanismus für eine Verschlussnadel,
zum Begrenzen des Stroms der Schmelze zu einem ausgewählten Werkzeughohlraum.
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Hintergrund
der Erfindung
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Werkzeuge
mit Mehrfachhohlräumen
sind schon bekannt. Auch beheizte Angusskanaldüsen mit Ventilkörper sind
bekannt. Es wird auf US-Patent 4.698.013 Bezug genommen. Ventilkörperdüsen werden
typischer Weise bei Spritzgießanwendungen eingesetzt,
bei denen die Qualitätsanforderungen
für die
Gießteile
hoch sind, und wenn die Größe des Werkzeuganschnitts über einem
bestimmten Wert liegt.
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Aus
FR-A-2.537.497 ist eine Einspritzdüse mit einem Nadelventil bekannt:
Das Nadelventil wird durch zwei Kolben betätigt, die in einem gestaffelten Aufbau
angeordnet sind. Gewöhnlicher
Weise wird der zweite Kolben dazu benutzt, die Betätigungskraft des
ersten zu erhöhen.
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Um
den Ausstoß eines
Spritzgießsystems
zu erhöhen,
werden Anordnungen von Werkzeughohlräumen in Verbindung mit mehreren
Ventilkörperdüsen benutzt.
Wegen der unstabilen und nicht vorhersehbaren Gießbedingungen
weisen einige Hohlräume
oder Düsen
ein unterschiedliches Verhalten gegenüber den anderen auf. Das bedeutet,
dass die in diesen Hohlräumen
hergestellten Teile bestimmte Kriterien nicht erfüllen. Es
kann auch passieren, dass entweder die Düsen oder die Hohlräume aufgrund von
Montagefehlern stellenweise oder vollständig beschädigt sind. Es kann auch geschehen,
dass an einigen Anschnitten oder Düsen das geschmolzene Material öfter oder
ständig örtlich heraustritt
oder örtlich
leckt. In all diesen Fällen
muss der Gießvorgang in
allen Düsen
und Hohlräumen
angehalten und dann das Problem beseitigt werden. Das bedeutet,
dass während
einer bestimmten Zeitspanne die gesamte Gießform nicht in Betrieb ist,
und dies zu einem vollständigen
Ausfall des Ausstoßes
führt.
Es besteht ein Bedarf, dieses Problem, wann immer es erscheint, wirksamer
zu lösen,
um den Ausfall von Gussteilen zu verringern, wenn ein bestimmter
Hohlraum oder eine bestimmte Düse
ein Problem aufweist.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Arretiermechanismus
für eine
Verschlussnadel bereitzustellen, der wenigsten einen der obigen
Nachteile beseitigt oder abschwächt.
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Übersicht
der Erfindung
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spritzgießvorrichtung
zur Verfügung gestellt,
die umfasst;
- einen Verteiler mit einem Verteilerkanal, der
einen Schmelzestrom aus gießbarem
Material unter Druck aufnimmt und den Schmelzestrom einer Vielzahl
von Düsen
zuführt,
die jeweils einen Düsenkanal
haben, wobei der Düsenkanal
mit einem Auslass des Verteilerkanals in Verbindung steht, um den
Schmelzestrom aufzunehmen;
- einen Werkzeughohlraum, der den Schmelzestrom von der Düse aufnimmt,
wobei der Düsenkanal
mit dem Werkzeughohlraum über
einen Werkzeuganschnitt in Verbindung steht;
- eine Verschlussnadel, die sich durch den Düsenkanal hindurch erstreckt,
wobei die Verschlussnadel von einem Kolben zwischen einer eingefahrenen
Position und einer ausgefahrenen Position bewegt werden kann und
der Werkzeuganschnitt geschlossen ist, wenn sich die Verschlussnadel
in der ausgefahrenen Position befindet; und
- einen Arretiermechanismus, der selektiv betätigt werden kann, um die entsprechende
Düse durch
Blockieren der Verschlussnadel in einer ausgefahrenen Position zu
verschließen,
ohne den Gießvorgang
für die
gesamte Vorrichtung zu unterbrechen.
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Die
vorliegende Erfindung liefert in so weit einen Vorteil, als jede
aus der Vielzahl der Düsen
einer Spritzgießvorrichtung
verschlossen werden kann, ohne den Gießvorgang für die gesamte Vorrichtung zu
unterbrechen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nun
werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen
genauer beschrieben, in denen ähnliche
Bezugszeichen auch ähnliche
Teile darstellen:
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1 ist ein Querschnitt von
einem Teil einer Spritzgießform
mit Mehrfachhohlraum-Ventilkörper nach
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein schematischer
Querschnitt einer weiteren Ausführungsform
eines Spritzgießformsystems
mit Mehrfachhohlraum-Ventilkörper
nach der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts von 1;
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4 ist ein schematischer
Querschnitt einer weiteren Ausführungsform
eines Spritzgießformsystems
mit Mehrfachhohlraum-Ventilkörper
nach der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine schematische
Vorderansicht von Teilen einer weiteren Ausführungsform eines Spritzgießformsystems
mit Mehrfachhohlraum-Ventilkörper
nach der vorliegenden Erfindung; und
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6 ist eine schematische
Seitenansicht der Ausführungsform
von 5.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Mit
Bezug zu 1 werden Teile
einer Spritzgießvorrichtung
mit Mehrfachhohlraum 8 gezeigt, bei der sich ein Verteiler 10 zwischen
einer Formgrundplatte 12 und einer Anzahl von geheizten Düsen 14 erstreckt,
die in einer Hohlraumplatte 16 sitzen. Die Spritzgießvorrichtung
mit Mehrfachhohlraum ist ähnlich
zu der in US-Patent Nr. 4.698.013 offen gelegten. Jede Düse 14 ist
in einem Bohrloch 18 in der Hohlraumplatte 16 durch
einen Fixierhülsenabschnitt 20 angeordnet,
der auf einer Schulter 22 im Bohrloch sitzt. Jede Düse 14 besitzt
eine Mittelbohrung 24 bzw. einen Düsenkanal, der zu einem Anschnitt 26 ausgerichtet
ist, der zu einem Werkzeughohlraum 28 zwischen der Hohlraumplatte 16 und
einer beweglichen Formplatte 30 führt. In dieser Ausführungsform
besitzen die beheizten Düsen 14 ein spiralförmiges elektrisches
Heizelement 32, das in einen Beryllium-Kupfer-Teil 34 zwischen
einem Edelstahlaußenteil 36 und
einem Edelstahlinnenteil eingegossen ist, welches die Mittelbohrung 24 ausbildet.
Die Herstellung dieser Düsen 14 ist
in US-Patent Nr. 4.446.360 für
Gellert, mit dem Titel „Sprue
Bushing Connector Assembly",
das am 1. Mai 1984 veröffentlicht
wurde, näher
beschrieben. Kühlkanäle 25 sind
in der Hohlraumplatte und der Formplatte angeordnet.
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Jede
Düse 14 ist
am Verteiler 10 mittels Schrauben 40 befestigt,
die auch eine Dichtungs- und Haltebuchse 42 an der anderen
Seite des Verteilers befestigen, wie in der Kanadischen Patentanmeldung
des Anmelders Ser. Nr. 520.519 mit dem Titel „Sealing and Retaining Bushing
for Injection Molding",
eingereicht am 17. Okt. 1986, detaillierter beschrieben ist. Die
Dichtungs- und Haltebuchse 42 besitzt einen Kragenabschnitt 44,
der in einer Bohrung 46 im Verteiler sitzt, und einen Außenflanschabschnitt 48,
der während
des Betriebs mit der Formgrundplatte 12 in Kontakt ist.
Die Buchse 42 ist mit ihrer Mittelbohrung 50 in
Flucht mit einem Querbohrabschnitt 52 durch den Verteiler
und mit der Mittelbohrung 24 der Düse angeordnet. Eine längliche
Verschlussnadel 54, die ein geführtes Ende mit einem vergrößerten Kopf 58 und
ein verjüngtes
Vorderteil 60 besitzt, erstreckt sich durch die ausgerichtete
Mittelbohrung 50 der Buchse 42, die Querbohrung 52 durch
den Verteiler 10 und die Mittelbohrung 24 der Düse 14.
Das geführte
Ende der Verschlussnadel 54 ist mit dem in der Grundplatte 12 sitzenden
Betätigungsmechanismus 62 verbunden,
der unten näher beschrieben
wird. Der Betätigungsmechanismus 62 bewegt
die Verschlussnadel 54 zwischen einer eingefahrenen, offenen
Position und einer geschlossenen Position, bei der das Vorderteil 60 in
dem Anschnitt 26 sitzt, hin und her.
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Ein
Schmelzekanal 64 erstreckt sich durch eine beheizte Angussbuchse 65,
die aus einer Schmelzeeinrichtung (nicht gezeigt) unter Druck gesetzte
Schmelze für
den Verteiler 10 erhält,
wo sie sich über
einen Verteilerkanal 66 verzweigt. Die Angussbuchse 65 wird
in dieser Ausführungsform
nach dem Verfahren hergestellt, das in Gellerts kanadischer Patentanmeldung
Ser. Nr. 496.645 mit dem Titel „Manufacturing Method for
Selected Gate Configuration Injection Molding Nozzels", eingereicht am 2.
Dez. 1985, beschrieben ist. Der Verteilerkanal 66 ist mit
einer Querbohrung 52 durch den Verteiler verbunden und
erstreckt sich durch die Querbohrung 52 und durch die Mittelbohrung 24 durch
die Düse
um die Verschlussnadel 54 herum zu dem Anschnitt 26. Ein
bearbeiteter Stopfen 68 ist in den Verteiler 10 hartgelötet, um
zwischen diesen eine weiche Verbindung herzustellen, wie im US-Patent
Nr. 4.609.138 des Anmelders mit dem Titel „Method of Manufactoring Injection
Molding Manifold with Plugs",
veröffentlicht
am 2. Sept. 1986, beschrieben wird.
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Der
Betätigungsmechanismus 62 enthält einen
Kolben 82, der sich in einem Zylinder 84 mit einem
den Kolben aufnehmenden Hohlraum hin- und herbewegt, um die Verschlussnadel 54 anzutreiben. Der
Zylinder 84 sitzt in der Formgrundplatte 12 und wird
durch die Schrauben 86 an Ort und Stelle gehalten. In dieser
Ausführungsform
ist der Betätigungsmechanismus
hydraulisch, jedoch wird es Kennern der Technik einleuchten, dass
auch ein pneumatisch betriebener Betätigungsmechanismus 62 verwendet werden
kann. Hydraulische Flüssigkeitsleitungen 88, 90 erstrecken
sich durch die Formgrundplatte 12 und sind durch Leitungskanäle 92, 94 mit
dem Zylinder 84 an der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 82 verbunden.
Es wird ein geregelter Fluiddruck aufgebracht, um den Kolben und
die Verschlussnadel nach einem vorgegebenen Zyklus auf herkömmliche
Weise hin- und herzubewegen.
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Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steckt ein Arretiermechanismus 100, der
am besten in 3 zu sehen
ist, in einer Aussparung 102, die in der Grundplatte 12 der
Spritzgießvorrichtung 8 vorgesehen
ist. Die Aussparung 102 ist angrenzend an den Kolben 82 des
Betätigungsmechanismus 62 angebracht
und mit diesem in Verbindung. Der Arretiermechanismus 100 enthält einen
Riegel bzw. eine Sperrklinke 104, die durch einen Stift 106 schwenkbar
mit der Grundplatte 12 verbunden ist. Der Riegel 104 besitzt
gewöhnlich
eine rechteckige Gestalt mit runden Enden. Ein entferntes Ende des Riegels 104 liegt
an einer Rückführfläche des
Kolbens 82 an, um den Kolben 82 in einer Stellung
zu halten, in der der Werkzeuganschnitt 26 durch die Verschlussnadel 54 geschlossen
ist.
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Der
Arretiermechanismus 100 kann von Hand durch einen Griff
(nicht gezeigt) betätigt
werden, der mit einer Stange (nicht gezeigt) verbunden ist, die
sich vom Arretiermechanismus 100 bis zum Äußeren der
Spritzgießvorrichtung 8 erstreckt.
Die Stange kann von einer ersten Position, in der der Riegel 104 vollständig innerhalb
der Aussparung 102 untergebracht ist, zu einer zweiten
Position gedreht werden, in der das entfernte Ende des Riegels 104 am
Kolben 82 angrenzt, um den Kolben 82 in einer vollständig ausgefahrenen
Stellung zu halten. Jede Düse 14 besitzt
einen Arretiermechanismus 100, um die Bewegung der jeweiligen Verschlussnadel 54 zu steuern.
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Die
Arretiermechanismen 100 werden bevorzugt von der Vorderseite
oder eher noch von einer der beiden Seiten der Formplatten 30 betätigt. Das gestattet
es dem Bediener, jeden Arretiermechanismus zu betätigen, ohne
die Düsen 14 oder
die Formplatten 30 aus ihren Betriebsstellungen zu entfernen.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist in 2 gezeigt. Die
Ausführungsform
von 2 ist ähnlich zu
der in 1, jedoch wird
der Betätigungsmechanismus 62 pneumatisch
betrieben. Wie aus den gezeigten Teilen des pneumatisch betriebenen
Betätigungsmechanismus 62 zu
sehen ist, tritt über
ein Rohr 210 Luft in den Betätigungsmechanismus 62 ein,
um die Verschlussnadel 54 in die ausgefahrene Stellung
zu bewegen, in der der Werkzeuganschnitt 26 geschlossen
ist. Ferner ist der Arretiermechanismus 200 ähnlich zu
dem Arretiermechanismus 100 von 1, jedoch ist der Riegel 204 innerhalb
des Zylinders 84 des Betätigungsmechanismus 62 angebracht
und Rohr 210 wird zur Betätigung des Arretiermechanismus 100 verwendet.
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Beim
Betrieb wird heiße
Schmelze unter Druck aus einer Schmelzevorrichtung (nicht gezeigt) in
die Angussbuchse 65 eingeleitet und diese strömt durch
den Schmelzeverteilerkanal 66. Ein geregelter hydraulischer
Flüssigkeitsdruck
oder Luftdruck wird auf die Fluidleitungen 88, 90 und
die Leitungskanäle 92, 94 aufgebracht,
um auf herkömmliche
Weise die gleichzeitige Betätigung
der Verschlussnadeln 54 nach einem vorgegebenen Zyklus
zu steuern. Wenn Verschlussnadel 54 sich in eingezogener,
offener Stellung befindet, strömt
die Schmelze durch die Düsenkanäle 24 zu
den Anschnitten 26 und in die Hohlräume 28. Wenn die Hohlräume 28 gefüllt sind,
wird der Druck einen Moment zum Verdichten gehalten. Der hydraulische
Druck wird dann benutzt, um die Verschlussnadeln 54 wieder
in die geschlossene Position zu bewegen, in der jedes vordere Ende 60 in
einem der Anschnitte 26 untergebracht ist. Dann wird der
Einspritzdruck verringert und die Stellung wird für eine kurze
Abkühlzeit
gehalten, bevor sich die Form zum Auswerfen öffnet. Nachdem die Form wieder
geschlossen ist, wird der hydraulische Druck zur Rücknahme
der Verschlussnadeln in die offene Stellung eingesetzt, und der
Schmelzeneinspritzdruck wird wieder aufgebracht, um die Hohlräume erneut
zu füllen.
Dieser Zyklus wird ständig
alle paar Sekunden wiederholt, abhängig von der Größe und Form
der Hohlräume
und der Art des zu gießenden
Materials.
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Während des
oben beschriebenen Zyklus wird die Qualität der gegossenen Produkte per
Augenschein oder durch Einsatz verschiedener automatischer Anzeigeeinrichtungen
gesteuert. An jedem Punkt des Zyklus kann ein Bediener den Arretiermechanis mus 100 auslösen, in
Reaktion auf visuelle oder automatische Qualitätshinweise, die anzeigen, dass
eine oder mehrere Nadelverschlussdüsen 14 oder Werkzeughohlräume 28 sich
auf ungewöhnliche Weise
verhalten. Um den Arretiermechanismus 100 zu betätigen, dreht
der Bediener die mit der betreffenden Düse 14 verbundene Stange.
Der Riegel schwingt um etwa 90 Grad bis zur Anlehnung an den Kolben 82,
um die Verschlussnadel 54 in einer ausgefahrenen Stellung
zu verriegeln, in der der Werkzeuganschnitt 26 geschlossen
ist.
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Der
Fertigungsprozess kann auch fortgesetzt werden, wenn eine oder mehrere
Düsen 14 nicht
arbeiten, was deshalb wichtig ist, weil wegen der kurzen, typischer
Weise einige Sekunden betragenden Zykluszeit ein Unterbrechen des
Gießvorgangs
zu einer spürbaren
Verringerung des Ausstoßes
führen
kann. Sobald ein Fertigungslauf abgeschlossen oder die Spritzgießvorrichtung
abgeschaltet ist, kann das Problem mit der Düse 14 oder dem Hohlraum 28 behoben
werden.
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Alternativ
kann der Arretiermechanismus 100 in Reaktion auf die automatischen
Qualitätshinweise über die
geformten Produkte jedes einzelnen Werkzeughohlraums 28 auch
automatisch betätigt werden.
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In 4 wird eine weitere Ausführungsform einer
Spritzgießvorrichtung 8a gezeigt.
Arretiermechanismus 100a enthält eine Stange 110,
die an einem Rechen 112 befestigt ist. Der Rechen 112 wird durch
Ritzel 114 angetrieben, das wie durch Pfeil 116 angegeben
gedreht werden kann. Die Stange 110 kann in der durch Pfeil 122 bezeichneten
Richtung bewegt werden. Eine Verschlussnadel 54a besitzt eine
durchgehende Bohrung 118. Die Bohrung 118 ist
so bemessen, dass sie Stange 110 aufnehmen kann. Ein Steuerpult 120 ist
mit jedem Arretiermechanismus 100a in Verbindung. Das Steuerpult 120 lenkt das
Ritzel 114 jedes Arretiermechanismus 100a so, dass
es dieses auf der Grundlage des Eingangs von im Steuerpult empfangenen
Qualitätshinweisen
betätigt.
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Wenn
das Steuerpult 120 von einer bestimmten Düse oder
Düsen 14 ungewöhnliche
Eingangshinweise erhält,
sendet das Steuerpult ein Signal zum Arretiermechanismus 100a,
um Ritzel 114 zu betätigen.
Das Ritzel 114 dreht sich dann, um die am Rechen 112 befestigte
Stange 110 zur Verschlussnadel 54a hin zu bewegen.
Wenn sich Verschlussnadel 54a in der vollständig ausgefahrenen
Stellung befindet und der Werkzeuganschnitt 26 geschlossen
ist, ist die Stange 110 mit der Bohrung 118 in
Eingriff und verriegelt die Verschlussnadel 54a in der
geschlossenen Stellung.
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In
einer alternativen Ausführungsform
drückt ein
Bediener auf dem Steuerpult 120 per Hand einen Knopf, um
das Ritzel 114 von Ferne zu betätigen.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
betätigt
ein Bediener das Ritzel 114 direkt, welches von einer Seite
der Form von Hand zugänglich ist.
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Mit
Bezug zu 5 und 6 wird eine weitere Ausführungsform
eines Arretiermechanismus 100b für eine Spritzgießvorrichtung 8b gezeigt.
In dieser Ausführungsform
enthält
eine Verschlussnadel 54b einen sich nach außen erstreckenden
Vorsprung 130. Wie schon zuvor beschrieben wird die Verschlussnadel 54b durch
den Kolben 82b in Richtung von Pfeil 134 betätigt, um
einen Werkzeuganguss (nicht gezeigt) zu verschließen. Der
Kolben 82b enthält
einen O-Ring 136 zur Abdichtung, wenn der Kolben 82b sich
innerhalb des Zylinders 84b bewegt. Ein Stab 110b,
der auf ähnliche
Weise angetrieben werden kann wie zuvor in Verbindung mit 4 beschrieben, kann in der
von Pfeil 122b angegebenen Richtung mit dem Vorsprung 130 in
Kontakt gebracht und wieder getrennt werden.
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Im
Betrieb kann die Stange 110b per Hand oder automatisch
bewegt werden, um die Einfahrbewegung der Verschlussnadel 54b zu
blockieren. Der Vorsprung 130 liegt an der Stange 110b an
und die Verschlussnadel 54b wird im Werkzeuganschnitt 26 gehaltert,
um sie in einer geschlossenen Stellung zu belassen. Die Stange und
der Vorsprung werden beide mit einem Kreisquerschnitt gezeigt, sie
können
jedoch jede geeignete Querschnittsform aufweisen.
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Es
ist von Kennern der Technik einzusehen, dass der Arretiermechanismus 100 jede
mechanische Vorrichtung sein kann, welche die Bewegung einer Verschlussnadel 54 in
einer Spritzgießvorrichtung 8 selektiv
blockieren kann.
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Obwohl
hier nur bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, werden Kenner
der Technik verstehen, dass Veränderungen
und Modifikationen gemacht werden können, ohne den Umfang der Erfindung
zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche bestimmt wird.