DE10138086A1 - Spritzgießmaschine mit elektromagnetisch angesteuertem Düsenventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Spritzgießmaschine mit einer Einspritzeinheit (1, 15, 26) mit einer Einspritzdüse und einem elektrisch angetriebenen Düsenventil. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass das Düsenventil von einem Elektromagneten (5) ansteuerbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Es ist bekannt, bei Spritzgießmaschinen den Spritzvorgang mit einem Düsenventil an der Einspritzdüse zu steuern. Bei den seit ca. 50 Jahren auf dem Markt befindlichen Spritzgießmaschinen werden die Düsenventile entweder hydraulisch oder pneumatisch angesteuert. In der DE 40 21 782 A1 wurde der Gedanke geäußert, dass für die Ventilnadel eines Nadelventils auch andere Antriebsarten, beispielsweise ein elektrischer Antrieb gewählt werden können. Ein elektrischer Antrieb wurde aber bisher nicht verwirklicht, da die Stellkräfte des Düsenventils sehr hoch sind und deshalb ein großer und teuerer Elektromotor oder ein aufwendiges und kostspieliges Getriebe nötig wäre. Bei hydraulisch betriebenen Spritzgießmaschinen steht ein Hydrauliksystem ohnehin zur Verfügung, so daß eine hydraulische Betätigung des Düsenventils einfach und kostengünstig ist. Die hohen Stellkräfte von Nadelventilen werden von Hydraulikzylindern problemlos aufgebracht.
• An Spritzgießmaschinen, die in Reinräumen beispielsweise für medizintechnische Anwendungen betrieben werden sollen, werden in Bezug auf Staub- und Schmutzpartikelemission erhöhte Anforderungen gestellt. Dichtungsabriebpartikel, Öltröpfchen oder Aerosole aus Hydraulik- oder Pneumatiksystemen stellen hierbei ein großes Verunreinigungsproblem dar.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine zu schaffen, bei der die Emission von Staub- und Schmutzpartikeln weitgehendst möglich vermieden wird, und die dennoch kostengünstig ausgestaltet ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Spritzgießmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine bietet den Vorteil, jegliches Hydraulik- oder Pneumatiksystem vermeiden zu können. Die Spritzgießmaschine wird dabei vorzugsweise rein elektrisch betrieben. Die Verwendung eines Elektromagneten bietet den Vorteil einer sehr schnellen und präzisen Ansteuerung und ermöglicht damit eine schnelle Regelung. Ein aufwendiges und kostenintensives Getriebe, wie bei einem Antrieb durch einen Elektromotor notwendig, ist nicht erforderlich.
• Das Düsenventil kann als Nadelventil ausgestaltet sein. Die Geometrie des Nadelventils bietet den Vorteil, dass die Nadel in einfacher Weise durch eine mit dem Anker des Elektromagneten verbundene Steuerstange zum Öffnen und Schließen axial verschoben werden kann.
• Ist die Kraft des Elektromagneten gegenüber der aufzubringenden Stellkraft des Düsenventils zu schwach, die Steillänge des Ankers des Elektromagneten aber größer als die zur Ansteuerung des Düsenventils nötige Stelllänge, kann vorzugsweise das Düsenventil von dem Elektromagneten über einen Hebel betätigt werden.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromagnet an der Einspritzeinheit der Spritzgießmaschine angebracht. Dies bietet den Vorzug eines modularen Aufbaus der Spritzgießmaschine und kurzer Verbindungswege zwischen Elektromotor und Düsenventil.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stellweg des Düsenventils senkrecht zur Richtung des Staudrucks auf das Düsenventil orientiert. Dies bietet den Vorteil, kleine und preiswerte Standard-Elektromagnete einzusetzen, wie sie als Elektromagnete für Hydraulikmagnetventile in großen Stückzahlen kostengünstig gefertigt werden. Bei einem Stellweg des Düsenventil senkrecht zur Richtung des Staudrucks auf das Düsenventil muß der Elektromagnet nicht die Druckkraft auf das Stellelement des Düsenventils beim Öffnen überwinden. Der Elektromagnet muß nur die Reibungskraft des Stellelements im Düsenventil aufbringen.
• Vorzugsweise ist das Düsenventil ein Schiebebolzenventil. Dabei weist der Schiebebolzen eine Durchgangsöffnung auf, die durch axiale Verschiebung des Schiebebolzens mit dem Düsenkanal der Einspritzeinheit zur Deckung gebracht werden kann. Der Schiebebolzen wird senkrecht zur Fließrichtung der Schmelze in der Einspritzdüse der Spritzgießmaschine bewegt. Die durch den Druck der Schmelze bedingte Kraft wirkt radial auf den Zylindermantel des Bolzens und damit senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung des Bolzens beim Einstellen des Düsenventils.
• In einer dazu alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Düsenventil ein Drehbolzenventil. Der Drehbolzen weist ebenso wie ein Schiebebolzen eine Durchgangsöffnung auf, die in diesem Fall durch Drehen des Drehbolzens mit dem Düsenkanal der Einspritzeinheit zur Deckung gebracht werden kann. Der Drehbolzen wird in Umfangsrichtung zum Einstellen des Düsenventils bewegt. Die durch den Druck der Schmelze bedingte Kraft wirkt radial auf den Zylindermantel des Bolzens und damit senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bolzens in Umfangsrichtung beim Einstellen des Düsenventils.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Drehbolzenventil konisch. Dies bietet den Vorteil, dass der Schmelzestrom in der Einspritzdüse der Spritzgießmaschine vollständig abgesperrt werden kann, da der in Sperrrichtung gedrehte Drehbolzen im Konussitz jede Leckage unterbindet.
• In Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Es zeigen:
• Fig. 1 ein Düsenventil für eine Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine in Form eines Schiebebolzenventils, bei dem der Schiebebolzen über einen Hebel von einem Elektromagneten angesteuert wird,
• Fig. 2 ein Düsenventil für eine Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine in Form eines Drehbolzenventils, bei dem der Drehbolzen über einen Hebel von einem Elektromagneten gesteuert wird,
• Fig. 3 ein Düsenventil für eine Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine in Form eines Nadelventils, bei dem die Nadel über einen Hebel von einem Elektromagneten gesteuert wird.
• Fig. 1 zeigt eine Einspritzeinheit 1 einer nicht dargestellten Spritzgießmaschine. Die Einspritzeinheit 1 weist in einem Gehäuse 27 eine Bohrung 28 zur Kanalisierung eines Schmelzestroms auf. Ferner beinhaltet die Einspritzeinheit 1 ein Schiebebolzenventil 2 mit einer Durchgangsöffnung 10, eine Feder 9 zur Vorspannung des Schiebebolzenventils 2, einen Elektromagneten 5 zur Ansteuerung des Schiebebolzenventils 2 und einen Hebel 4 zur verstärkenden Übersetzung der Kraft des Elektromagneten 5 auf den Schiebebolzen 3. Die Einspritzeinheit 1 ist durch das Schiebebolzenventil 2 absperrbar. Dazu wird der Schiebebolzen 3 über einen Hebel 4 von einem Elektromagneten 5 gesteuert. Wird die Spule 6 des Elektromagneten 5 bestromt, so wird der Anker 7 des Elektromagneten 5 in der Darstellung gemäß Fig. 1 nach unten geschoben. Die Ankerstange 8 bewegt den Hebel 4 nach unten, der wiederum mit durch die Hebelwirkung erhöhter Verstellkraft auf den durch eine Feder 9vorgespannten Schiebebolzen 3 drückt. Der Schiebebolzen 3 wird dabei entgegen der Federkraft nach oben verschoben, bis eine Durchgangsöffnung 10 des Schiebebolzens 3 mit dem Düsenkanal 11 der Einspritzeinheit 1 zur Deckung gebracht wird. Das Schiebebolzenventil 2 ist jetzt offen. Wird die Bestromung des Elektromagneten 5 abgeschaltet, drückt die Feder 9 den Schiebebolzen 3 nach unten, die Durchgangsöffnung 10 des Schiebebolzens 3 tritt aus dem Düsenkanal 11 der Einspritzeinheit 1 aus und in das Gehäuse 27 des Schiebebolzenventils 2 ein. Das Schiebebolzenventil 2 - in Fig. 1 offen dargestellt - ist jetzt wieder geschlossen.
• In Fig. 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Erfindung hierzu mit einem Drehbolzenventil 12 dargestellt. Der Drehbolzen 13 wird über einen Hebel 14 von einem Elektromagneten 5 gesteuert. Wird die Spule 6 des Elektromagneten 5 bestromt, so wird der Anker 7 des Elektromagneten 5 in der Darstellung nach Fig. 2 nach links geschoben. Die Ankerstange 8 bewegt den Hebel 14 nach links. Der Drehbolzen 13 wird dabei im Uhrzeigersinn gedreht, bis eine Durchgangsöffnung 16 des Drehbolzens 13 mit dem Düsenkanal 17 der Einspritzeinheit 15 zur Deckung gebracht wird. Das Drehbolzenventil 12 ist jetzt offen. Wird die Bestromung des Elektromagneten 5 abgeschaltet, dreht eine nicht dargestellte Feder den Drehbolzen 13 wieder zurück, so dass die Durchgangsöffnung 16 des Drehbolzens 13 gegen den Düsenkanal 17 der Einspritzeinheit 15 verdreht ist und keine Überdeckung zwischen der Durchgangsöffnung 16 des Drehbolzens 13 und dem Düsenkanal 17 der Einspritzeinheit 15 stattfindet. Das Drehbolzenventil 12 ist jetzt wieder geschlossen.
• In Fig. 3 ist eine weitere Variante der Erfindung aufgezeigt, bei der das Düsenventil der Einspritzeinheit 26 als Nadelventil 18 ausgestaltet ist. Das Nadelventil 18 wird über einen zweiarmigen Hebel 19 von einem Elektromagneten 5 gesteuert. Wird die Spule 6 des Elektromagneten 5 bestromt, so wird der Anker 7 des Elektromagneten 5 in der Darstellung nach Fig. 3 nach rechts gezogen. Die Ankerstange 8 bewegt den Hebel 19, der über eine Achse 20 an dem Gehäuse 21 des Düsenventils gelagert ist. Die Ankerstange 8 greift am Ende des Hebels 19 an einer Achse 22 an. Am gegenüberliegenden Ende des Hebels 19 ist die Ventilnadel 23 mit dem Hebel 19 gelenkig verbunden. Bei bestromtem Elektromagneten 5 wird die Ventilnadel 23 nach links in ihren Sitz 24 geschoben. Das Nadelventil 18 schließt. Die Ventilnadel 23 weist eine Dichtung 29 auf, die verhindert, dass Schmelze aus dem Düsenventil in Richtung Hebel 19 austritt. Das Öffnen des Nadelventils 18 erfolgt bei stromlosem Elektromagneten 5 dadurch, dass der in die Ventilkammer einströmende Schmelzestrom auf eine Konusfläche 25 der Ventilnadel 23 einen hydrostatischen Druck ausübt, der eine Kraft in Öffnungsrichtung auf die Ventilnadel 23 zur Folge hat, da der Konusfläche 25 keine unter dem Druck des Schmelzestroms stehende Fläche gegenübersteht. Das Nadelventil 18 öffnet. Das Nadelventil 18 kann jetzt wieder geschlossen werden, indem der Elektromagnet 5 des Magnetventils erregt wird. Über eine entsprechende Anpassung der Konusfläche 25 kann die gewünschte Stellkraft des Elektromagneten 5, die zum Schließen des Nadelventils 18 nötig ist, eingestellt werden. Durch eine ausgewogene Geometrie des Nadelventils 18 kann die Stellkraft des Elektromagneten 5 klein gehalten werden. Bezugszeichenliste 1 Einspritzeinheit
  2 Schiebebolzenventil
  3 Schiebebolzen
  4 Hebel
  5 Elektromagnet
  6 Spule
  7 Anker
  8 Ankerstange
  9 Feder
  10 Durchgangsöffnung
  11 Düsenkanal
  12 Drehbolzenventil
  13 Drehbolzen
  14 Hebel
  15 Einspritzeinheit
  16 Durchgangsöffnung
  17 Düsenkanal
  18 Nadelventil
  19 Hebel
  20 Achse
  21 Gehäuse
  22 Achse
  23 Ventilnadel
  24 Sitz
  25 Konusfläche
  26 Einspritzeinheit
  27 Gehäuse
  28 Bohrung
  29 Dichtung
  

Claims (8)

1. Spritzgießmaschine mit einer Einspritzeinheit (1, 15, 26) mit einer Einspritzdüse und einem elektrisch angetriebenen Düsenventil, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromagnet (5) vorgesehen ist, von dem das Düsenventil ansteuerbar ist.

2. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenventil ein Nadelventil (18) ist.

3. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenventil von dem Elektromagneten (5) über einen Hebel (4, 14, 19) betätigbar ist.

4. Spritzgießmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (5) an der Einspritzeinheit (1, 15, 26) angebracht ist.

5. Spritzgießmaschine nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg des Düsenventils senkrecht zur Richtung des Staudrucks auf das Düsenventil ist.

6. Spritzgießmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenventil ein Schiebebolzenventil (2) ist.

7. Spritzgießmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenventil ein Drehbolzenventil (12) ist.

8. Spritzgießmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehbolzen des Drehbolzenventil (12) konisch ist.