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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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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.
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In
der
US 5,288,225 A wird
eine Nadelverschlussdüse
offenbart, bei der die Düsennadel
so ausgestaltet sein soll, dass der auf die Vorderseite der Düsennadel
wirkende Druck im wesentlichen gleich dem auf die Rückseite
der Düsennadel
wirkende Druck sein soll. Die Bewegungen zum Öffnen und Schließen der
druckausgeglichenen Düsennadel können über einen
Elektromagneten erfolgen, der auf eine mit der Düsennadel befestigte Verbindungsplatte
einwirkt.
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Die
US 6,240,897 B1 offenbart
ein Einspritzventil für
ein Niederdruck-Kraftstoff-Einspritzsystem nach Art einer Nadelverschlussdüse, bei
dem die Düsennadel
in axialer Verbindung mit dem Anker eines Elektromagneten steht.
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Aus
der
FR1170039 und der
DE 737843 A sind
elektromagnetisch betätigte
Drehbolzenventile für
Einspritzdüsen
von Spritzgießmaschinen
bekannt.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Spritzgießmaschine
mit den Merkmalen des Anspruch 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.
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Der
Stellweg des Düsenventils
ist 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.
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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.
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Das
Düsenventil
kann auch als Nadelventil ausgestaltet sein. Die Geometrie des Nadelventils bietet
den Vorteil, dass die Nadel in einfacher Weise durch einen mit dem
Anker des Elektromagneten verbundenen zweiarmigen Hebel zum Öffnen und Schließen axial
verschoben werden kann.
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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.
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In
der 3 ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung und in 2 der Stand der Technik dargestellt. 1 zeigt
eine elektromagnetisch betätigte Nadelverschlußdüse.
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Es
zeigen:
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1 ein
Düsenventil
für eine
Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine in Form eines Schiebebolzenventils,
bei dem der Schiebebolzen über
einen Hebel von einem Elektromagneten angesteuert wird,
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2 ein
Düsenventil
für eine
Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine in Form eines Drehbolzenventils,
bei dem der Drehbolzen über
einen Hebel von einem Elektromagneten gesteuert wird,
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3 ein
Düsenventil
für eine
Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine in Form eines Nadelventils,
bei dem die Nadel über
einen Hebel von einem Elektromagneten gesteuert wird.
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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 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 9 vorgespannten 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 1 offen
dargestellt – ist
jetzt wieder geschlossen.
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2 zeigt
ein bekanntes Düsenventil
für eine
Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine in Form eines Drehbolzenventils,
bei dem der Drehbolzen über
einen Hebel von einem Elektromagneten gesteuert wird. 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 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.
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Das
in 3 gezeigte Düsenventil
der Einspritzeinheit 26 ist als Nadelventil 18 ausgestaltet. 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 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.