DE102004055599A1 - Kolben für eine Hubkolbenvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenvorrichtung sowie eine Einspritzvorrichtung für eine Spritzgießmaschine und eine Spritzgießmaschine mit einem Kolben. Dabei ist der Kolben derart gestaltet, dass er sich bei einer Druckerhöhung im Arbeitsraum so aufweitet, dass die durch die Druckerhöhung bewirkte Aufweitung des Zylinders im Wesentlichen kompensiert und somit die Abdichtung aufrechterhalten wird. Der Kolben kann z. B. eine konvexe Stirnwand aufweisen, die zu der gewünschten Aufweitung im Bereich des Kolbenkopfes führt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenvorrichtung, insbesondere einen Kolben für eine Einspritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine.
• Hubkolbenvorrichtungen werden für eine Vielzahl von Aufgaben zur Förderung und/oder Kompression von Fluiden verwendet. Insbesondere werden Hubkolbenvorrichtungen auch als Einspritzvorrichtungen in Spritzgießmaschinen verwendet, um Schmelze mit hohem Druck in eine Form einzupressen.
• Eine solche Einspritzvorrichtung als Teil eines Spritzgießcompounders ist in der DE- 101 56 522 A offenbart. Dieser Spritzgießcompounder umfasst als Hauptbestandteile einen Extruder zur Erzeugung von Schmelze, eine Speichereinrichtung und eine Einspritzvorrichtung, die eine Hubkolbenvorrichtung ist. Dabei arbeitet der Extruder kontinuierlich, während die Einspritzvorrichtung diskontinuierlich die in der Kammer der Einspritzvorrichtung vorhandene Schmelze in die Kavität der Werkzeugform einbringt. Der Speicher dient als Puffer, der das ständig vom Extruder nachgelieferte Schmelzmaterial während eines Einspritzvorganges zwischenspeichert. Wird die Einspritzvorrichtung wieder zur Befüllung mit Schmelze freigegeben, wird sowohl aus dem Extruder als auch aus dem Zwischenspeicher Schmelzmaterial in die Einspritzeinrichtung eingeführt. Der Druck in der Einspritzvorrichtung erreicht üblicherweise 500 bis 2.000 bar. Durch diesen Druck weitet sich der Einspritzzylinder, insbesondere bei Einspritzvorrichtungen mit einem großen Einspritzvolumen, um bis zu 0,2 mm. Dadurch verschlechtert sich die Abdichtung des Kolbens insbesondere im Bereich des genau eingepassten Kolbenkopfs, der mit einem Spiel von ± 0,05 mm in den Zylinder eingepasst ist. Die verschlechterte Abdichtung führt zu Leckagen und kann Produktionsausfälle verursachen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben für eine Hubkolbenvorrichtung bereitzustellen, der die Abdichtung auch bei hohen Druck aufrechterhält.
• Diese Aufgabe wird durch einen Kolben nach Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 5 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des Kolbens. Anspruch 6 bezieht sich auf einen Einspritzzylinder für eine Spritzgießmaschine mit einem solchen Kolben, Anspruch 7 auf eine Spritzgießmaschine mit einem solchen Kolben. Gemäß der Erfindung weitet sich der Kolben durch die Druckeinwirkung aufgrund seiner Gestaltung im gleichen Maß auf wie der Zylinder, sodass die Abdichtung aufrechterhalten wird.
• Die Zeichnungen zeigen in
• 1 einen Querschnitt durch einen Einspritzzylinder mit Kolben,
• 2 einen Querschnitt durch einen Zylinder mit einem Kolben, dessen Kopf ausgebohrt ist.
• 1 zeigt, wie der Druck p im Inneren 4 eines Einspritzzylinders 1 gleichmäßig in alle Richtungen wirkt. Der Druck p auf die Zylinderwände bewirkt eine Weitung, die durch die dickeren gekrümmten Linien dargestellt ist. Die dünneren Linien stellen den Zustand bei Normaldruck dar. Die Beschreibung bezieht sich im Folgenden auf einen Zylinder im wörtlichen Sinne, d.h. mit kreisförmigem Querschnitt. Selbstverständlich gilt das gleiche Prinzip für Hubkolbenvorrichtungen mit anderen Querschnitten. Die Aufweitung des Zylinders 1 äußert sich in einem vergrößerten Durchmesser.
• Um die Abdichtung zwischen dem Zylinder 1 und dem Kolbenkopf 3 aufrechtzuerhalten, wird der Druck p auf die Stirnwand des Kolbens ausgenutzt, um den Kolbenkopf 3 so zu verformen, dass sich sein Durchmesser im wesentlichen genauso ändert wie der Durchmesser des Zylinders 1. Somit bleibt das Spiel zwischen Kolbenkopf 3 und Zylinder 1 im wesentlichen gleich, auch wenn der Druck p im Zylinderinneren gegenüber dem Normaldruck stark erhöht wird.
• Um die gewünschte Verformung des Kolbenkopfes unter Druck zu erreichen, muss dieser geeignet geformt sein. Beispielsweise kann der Kolbenkopf abweichend von 1 und 2 U-förmig vertieft sein, sodass die radiale Komponente des Drucks im Einspritzzylinder den überstehenden Rand des Kolbenkopfes in Richtung der Zylinderwände presst, sodass sich der Durchmesser des Kolbenkopfes in der gewünschten Richtung ändert. Geeignete Geometrien und Materialstärken kann der Fachmann beispielsweise durch eine FE-Berechnung erhalten.
• Für einen Kolben in einer Einspritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine ist jedoch eine konvexe, z.B. kegelförmige Form der Stirnwand des Kolbenkopfes günstiger. Ein Querschnitt durch einen Teil einer solchen Einspritzvorrichtung zeigt 2. In diesem Fall läßt sich eine gewünschte Verformung des Kolbenkopfes 3 unter Druck beispielsweise dadurch erreichen, dass der Kolbenkopf 3 innen hohl ist, was sich beispielsweise durch Ausbohren eines massiven Kolbens erreichen läßt (Hohlraum 5). Damit sich unter Druck die gewünschte Verformung ergibt, müssen die Form und Materialstärken sowie das Material des Kolbens geeignet festgelegt werden. Außerdem kann der Kolbenkopf, z.B. als Gleitelement oder zusätzliche Abdichtung, einen oder mehrere Kolbenringe umfassen, bevorzugt aus Bronze.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen Kolben für Hubkolbenvorrichtungen zur Verfügung, die auch bei hohem Druck zuverlässig abdichten, ohne dass aufwändige Zusatzdichtungen nötig sind. Ein solcher Kolben ist insbesondere für Einspritzvorrichtungen für Spritzgießmaschinen geeignet.

Claims (7)

1. Kolben für eine Hubkolbenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2, 3) derart gestaltet ist, dass er sich bei einer Druckerhöhung im Arbeitsraum (4) so aufweitet, dass die durch die Druckerhöhung bewirkte Aufweitung des Zylinders (1) im wesentlichen kompensiert und somit die Abdichtung aufrechterhalten wird.
2. Kolben nach Anspruch 1, dessen Stirnwand in Richtung des Arbeitsraumes (4) konvex ist.
3. Kolben nach Anspruch 2, der innen hohl ist und dessen Stirnwanddicke und Seitenwanddicke so gewählt sind, dass die Verformung bei einer Druckerhöhung zu der gewünschten Aufweitung im Bereich des Kolbenkopfes (3) führt.
4. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem Kolbenring.
5. Kolben nach Anspruch 4, dessen Kolbenring aus Bronze besteht.
6. Einspritzvorrichtung für eine Spritzgießmaschine mit einem Kolben (2, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
7. Spritzgießmaschine mit einem Kolben (2, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.