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QUERVERWEIS
ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht unter
35 U.S.C. § 119
die Priorität
der deutschen Patentanmeldung Nr. 10257474.1, angemeldet am 11.
Oktober 2002.
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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 einer Kühlvorrichtung.
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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 Nr. 4,380,462
von Gellert, das hierin durch den Bezug darauf in seiner Gesamtheit
aufgenommen ist. Üblicherweise
hat eine Ventilnadel eine zylindrische oder kegelförmige Spitze
und bewegt sich 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.
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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 Nr. 5,556,582 von Kazmer et
al., das hierin durch den Bezug darauf in sei ner Gesamtheit aufgenommen
ist, 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-Patentanmeldung
Veröffentlichungsnummer
2002/0121713 von Moss et al. beschrieben, die hierin durch den Bezug
darauf in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. 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 der
internationalen PCT-Veröffentlichung
Nr. W001/21377 von Kazmer et al. beschrieben, die hierin durch den
Bezug darauf in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. 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 Angussöffnung
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 Stellantrieb vor- und zurückbewegt.
Der Stellantrieb der Ventileinheit ist auf der dem Formhohlraum
gegenüberliegenden
Seite des Verteilers, üblicherweise
oberhalb des 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 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, einen Stellantrieb für eine Ventileinheit einer
Spritzgießvorrichtung
zu verbessern. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Stellantrieb dadurch
gelöst,
dass der Positionssensor in die Kühlvorrichtung integriert ist
oder in der Nähe
angeordnet ist.
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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
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 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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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine Schnittseitenansicht eines erfindungsgemäßen Stellantriebs für ventilgesteuerte Spritzgießvorrichtungen
in einer geschlossenen Ventilstellung.
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2 ist
eine Schnittseitenansicht des in 1 gezeigten
Stellantriebs in einer geöffneten Ventilstellung.
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3 ist
eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stellantriebs
in einer geschlossenen Ventilstellung.
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4 ist
eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stellantriebs
in einer geschlossenen Ventilstellung.
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5 ist
eine perspektivische Draufsicht des Stellantriebs aus 4.
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6 ist
eine Querschnittsansicht einer Spritzgießvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen linearen
Stellantrieb.
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7 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren Spritzgießvorrichtung
mit einem erfindungsgemäßen 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 Verteiler 2 verbundene Ventilführung 4.
Die Ventilnadel 3 setzt sich in den 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
Verteilers 2 verjüngenden
Innendurchmesser, der Zylinderschaft 8 nimmt in dem auf
dem 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
18 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 Zylinderwand 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 An schlussstutzen 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 23 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 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 Kolbenanzeigers 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 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 Heißläuferverteiler 55 umfasst mindestens
einen Schmelzekanal 56, durch den Schmelze geführt ist.
Die Temperatur des Heißkanals 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 Angussöftnung. 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 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 Thermoele ment, 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 Nr. 6,294,122
offenbart, dessen Offenbarung durch die Referenz hierin in ihrer
Gesamtheit integriert ist.
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Während
die Erfindung im Besonderen in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben ist, weiß der Fachmann, dass diese
nur als Beispiele gezeigt worden sind und keine Beschränkung bedeuten
und verschiedene Änderungen
in Form und Details dort vorgenommen werden können, ohne sich vom Umfang
der Erfindung zu entfernen.
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Daher sollen die Breite und der Umfang
der vorliegenden Erfindung nicht durch eine der oben beschriebenen
beispielhaften Ausführungsformen
begrenzt werden, sondern nur in Übereinstimmung
mit den folgenden Ansprüchen
und ihrer Äquivalenzen definiert
werden. Außerdem
werden alle hierin zitierten Referenzen, einschließlich veröffentlichter US-Patente
oder alle anderen Referenzen, durch den Bezug hierin in ihrer Gesamtheit
integriert, einschließlich
aller Daten, Tabellen, Figuren und Text dargestellt in den zitierten
Referenzen.
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Die oben stehende Beschreibung der
einzelnen Ausführungsformen
offenbart so vollständig
die allgemeinen Eigenschaften der Erfindung, das Andere durch die
Verwendung des Wissens aus dem Stand der Technik (einschließlich des
Inhalts der hierin zitierten Referenzen), diese speziellen Ausführungsformen
leicht ändern
und/oder für
verschiedene Anwendungen anpassen können, ohne übermäßige Versuche und ohne sich
von dem allgemeinen Konzept der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Daher sind solche Anpassungen und Änderungen bestimmungsgemäß in der
Bedeutung und im Umfang von Äquivalenzen
der offenbarten Ausführungsformen, basierend
auf der hierin präsentierten
Lehre und Anleitung, eingeschlossen. Es ist verständlich,
dass die hierin verwendete Ausdrucksweise oder Terminologie nur
zum Zwecke der Beschreibung und nicht zur Begrenzung dient, so dass
die Terminologie oder Ausdrucksweise der vorliegenden Beschreibung durch
den Fachmann angesichts der vorliegenden Lehren und Anleitung zu
interpretieren ist, in Verbindung mit der Kenntnis des gewöhnlichen
Fachmanns.