DE112011101664T5

DE112011101664T5 - Einspritzeinheit mit einem System der Messung der Kolbenposition

Info

Publication number: DE112011101664T5
Application number: DE112011101664T
Authority: DE
Inventors: Robert D. Schad; Carsten Link; Stephen Mracek
Original assignee: Athena Automation Ltd
Current assignee: MILACRON LLC, BATESVILLE, US
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2013-03-14
Also published as: CN102892565B; US8932040B2; WO2011143745A1; CN102892565A; US20130108725A1

Abstract

Eine Einspritzeinheit umfasst ein Zylindergehäuse mit einer inneren zylindrischen Fläche, die sich entlang einer Achse erstreckt, und einen Kolben, der vom Gehäuse aufgenommen ist und der entlang der Achse bewegbar ist zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position. Der Kolben umfasst eine Kolbenradialfläche, die der inneren zylindrischen Fläche gegenüberliegt; die Kolbenradialfläche hat eine Messerfassungseinrichtung. Eine Sonde ist relativ zum Zylindergehäuse fixiert; die Sonde kommuniziert mit der Messerfassungseinrichtung, wenn der Kolben darin ist und sich zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt, um die Verschiebung des Kolbens zu erfassen.

Description

BEZUGNAHME AUF ÄHNLICHE ANMELDUNGEN
Die Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Provisional-Patentanmeldung Nr. 61/345,406, eingereicht am 17. Mai 2010, auf die in ihrer Gesamtheit hiermit Bezug genommen wird.
GEBIET
Die Anmeldung betrifft Einspritzeinheiten, wie für Spritzgussmaschinen, sowie Vorrichtungen und Verfahren zum Messen der Position eines Kolbens der Einspritzeinheit.
EINFÜHRUNG
Das Folgende ist keine Zustimmung dafür, dass alles nachstehend diskutierte Stand der Technik oder allgemeines Wissen von Fachleuten darstellt.
US 6 484 420 (Arshad et al.) beschreibt einen hydraulischen Aktuator, der einen Zylinder mit einem Kolben aufweist, der durch ein hydraulisches Fluid bewegt wird. Eine Lichtführung an einem Ende des Zylinders richtet einen Laserstrahl in den Zylinder sowie aus dem Zylinder, wo der Strahl reflektiert wird. Dieser Strahl verlässt sodann den Zylinder durch eine zweite Lichtführung. Eine Kontrolleinheit misst die Fortpflanzungszeit des Lichtstrahles und berechnet die Kolbenposition.
US 7 291 297 (Weatherall et al.) beschreibt und handelt ab, dass in der Umgebung einer hin und her gehenden Einspritzeinheit (RS), wie in 1 gezeigt, ein Regler der Einspritzeinheit derart angeordnet ist, dass er die Schnecke während der herkömmlichen Plastifizierungsoperation sowie der Schusseinspritzung kontinuierlich in Umlauf versetzt. Auf diese Weise ist die RS-Einheit effizienter, verbraucht weniger Energie und erzeugt einen höheren Harzausstoß. Die Einspritzeinheit umfasst ein Rückschlagventil nahe einer Düse; das Rückschlagventil ist entweder derart gestaltet, dass es zusammen mit der Schraube umläuft, um Verschleiß zu verringern, oder ist ein kugelförmiges Rückschlagventil. Auf dem Gebiet der Einspritzformung umfasst die umlaufende Schraube Gewindegänge, die es Harzgranulaten erlauben, zu schmelzen und sich in Räumen zwischen einander benachbarten Gewindegängen zu durchmischen. Die Gewindegänge sind jedoch im Wesentlichen derart angeordnet, dass sie ein übermäßiges Verdrängen von Harz um die Gewindegänge verhindern. Ein Schraubenpositionstransducer 20 oder dergleichen, üblicherweise vom Temposonic-Typus, ist vorzugsweise an einem Gehäuse 2 angeordnet, um die Position der Förderschraube 6 in Längsrichtung in Bezug auf den Zylinder 1 zu messen. Da die Förderschraube 6 an das Ende des Einspritzkolbens 5 angeschlossen ist, misst der Positionssensor auch die Position des Einspritzkolbens in Bezug auf das Gehäuse.
ZUSAMMENFASSUNG
Die folgende Zusammenfassung soll es dem Leser ermöglichen, die ins Einzelne gehende Diskussion zu verstehen. Die Zusammenfassung ist nicht dazu da, die Ansprüche zu beschränken oder zu definieren.
Gemäß einem Gedanken der Erfindung umfasst eine Einspritzeinheit: ein Zylindergehäuse, umfassend eine innere zylindrische Fläche, die sich entlang einer Achse erstreckt; einen Kolben, der im Gehäuse angeordnet ist und der entlang der Achse zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position verschiebbar ist, und der eine radiale Kolbenfläche umfasst, die ihrerseits der inneren zylindrischen Fläche zugewandt ist; die Radialfläche des Kolbens umfasst eine Richtung; eine Sonde, die relativ zum Zylindergehäuse feststeht und die mit der Messerfassungseinrichtung dann kommuniziert, wenn sich der Kolben zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt, um die Verschiebung des Kolbens zu messen.
Bei manchen Beispielen kann die Einspritzeinheit eine Druckkammer umfassen, die sich radial zwischen der inneren Fläche erstreckt. Die Druckkammer kann ein Fluid aufweisen, um den Kolben bei Druckbeaufschlagung in die ausgefahrene oder die eingefahrene Position zu verschieben. Bei manchen Beispielen kann sich die Sonde durch das Zylindergehäuse hindurch erstrecken. Bei anderen Beispielen kann das Zylindergehäuse eine Außenfläche aufweisen, die sich radial außerhalb der inneren zylindrischen Fläche befindet sowie ein Hohlraum zwischen diesen beiden, die einander gegenüberliegende offene Enden an der inneren zylindrischen Fläche und der äußeren zylindrischen Fläche aufweist, und es kann wenigstens ein Teil der Sonde von dem Hohlraum aufgenommen werden.
Bei manchen Beispielen kann die Messerfassungseinrichtung eine Mehrzahl von ringförmigen Kolbenzähnen aufweisen, die konzentrisch zur Achse und in axialer Richtung entlang der Kolben-Radialfläche im Abstand zueinander angeordnet sind. Die Sonde kann ein Zahnrad aufweisen, das Zähne aufweist, die sich radial innerhalb der inneren Fläche erstrecken, wobei die Zähne des Zahnrades mit den ringförmigen Kolbenzähnen kämmen, wobei eine Bewegung des Kolbens eine Verdrehung des Zahnrades erzeugt. Die Sonde kann weiterhin eine Welle aufweisen, die radial vom Zahnrad angetrieben ist und die an einen Sensor zum Erfassen des Umlaufes der Welle angeschlossen ist.
Bei manchen Beispielen kann die Messerfassungseinrichtung ein axial sich verjüngendes Teil der Kolben-Radialfläche aufweisen, wobei an einer bestimmten Stelle entlang der Achse des Zylindergehäuses der radiale Abstand zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche sich mit Verschieben des Kolbens ändert. Die Sonde kann einen Abstandssensor umfassen, der den Abstand der Kolben-Radialfläche vom Abstandssensor erfasst.
Bei manchen Beispielen kann die Einspritzeinheit weiterhin einen Drehantrieb umfassen, der an den Kolben angeschlossen ist, um den Kolben selektiv um die Achse zu verdrehen, während sich der Kolben innerhalb des Zylindergehäuses verschiebt. Der Kolben kann relativ zum Zylindergehäuse durch den Drehantrieb angetrieben werden.
Gemäß einigen Gedanken umfasst eine Einspritzeinheit: ein Zylindergehäuse, das eine innere zylindrische Fläche umfasst, die sich entlang einer Achse erstreckt; ein Kolben, der im Gehäuse aufgenommen und entlang der Achse zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position verschiebbar ist; die Kolben-Radialfläche umfasst eine Messerfassungseinrichtung; eine Druckkammer erstreckt sich radial zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche; die Druckkammer kommuniziert mit einer Quelle von Druckfluid zum Drücken des Kolbens in die ausgefahrene oder die eingefahrene Position; und eine Sonde erstreckt sich durch das Zylindergehäuse hindurch und steht mit der Messerfassungseinrichtung in leitender Verbindung, um die Verschiebung des Kolbens dann zu messen, wenn sich dieser zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Einspritzeinheit ferner einen Einschießhohlraum zum Halten einer Einspritzmasse. Das Verschieben des Kolbens in die eingefahrene Position kann begleitet sein vom Befüllen des Einschießhohlraums mit der Einspritzmasse, und das Verschieben in die ausgefahrene Position kann begleitet sein vom Einspritzen der Einspritzmasse aus dem Einschießhohlraum in die Form. Die Druckkammer kann bei Druckbeaufschlagung den Kolben in die eingefahrene Position drücken.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Zylindergehäuse eine Außenfläche aufweisen, die einen radialen Abstand zur inneren zylindrischen Fläche aufweist, wo zwischen sich ein Hohlraum befindet, der einander gegenüberliegende offene Enden an der inneren zylindrischen Fläche und der Außenfläche aufweist, wobei wenigstens ein Teil der Sonde in dem Hohlraum aufgenommen ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Messerfassungseinrichtung eine Mehrzahl von ringförmigen Kolbenzähnen aufweisen, konzentrisch zur Achse und axial entlang der Kolben-Radialfläche in Abständen angeordnet sein. Die Sonde kann ein Zahnrad umfassen mit Zähnen, die sich in die Druckkammer erstrecken, wobei die Zähne mit den Ringkolbenzähnen kämmen, wobei ein Verschieben des Kolbens zu einem Verdrehen des Zahnrades führt. Die Sonde kann weiterhin eine Welle umfassen, die vom Zahnrad in Umlauf versetzt wird, wobei die Welle an einen Sensor zum Erfassen des Umlaufes der Welle angekoppelt ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Messerfassungseinrichtung einen axial sich verjüngenden Teil der Kolben-Radialfläche umfassen; die Sonde kann einen Abstandssensor aufweisen, der den Abstand zwischen der Kolben-Radialfläche und dem Abstandssensor erfasst. Der Kolben kann um die Achse drehbar sein, während er innerhalb des zylindrischen Gehäuses in axialer Richtung wandert.
Gemäß einiger Gedanken umfasst eine Einspritzeinheit: ein Zylindergehäuse, umfassend eine innere zylindrische Fläche, die sich entlang einer Achse erstreckt; einen Kolben, der vom Gehäuse aufgenommen ist und entlang der Achse zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position verschiebbar ist, wobei der Kolben eine Kolben-Radialfläche aufweist, die der inneren zylindrischen Fläche der Kolben-Radialfläche gegenübersteht, umfassend eine Messerfassungseinrichtung; eine Druckkammer, die sich radial zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche erstreckt; die Druckkammer enthält ein Fluid zum Verschieben des Kolbens bei Druckbeaufschlagung; eine Sonde ist relativ zum Zylindergehäuse fixiert und erstreckt sich durch die Druckkammer hindurch; die Sonde kommuniziert mit der Messerfassungseinrichtung, um kontinuierlich die Axialposition des Kolbens relativ zum Gehäuse dann zu erfassen, wenn sich der Kolben zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt.
Gemäß einigen Gedanken umfasst ein Aktuator, der mit dem Verschieben einer Welle in Verbindung steht, ein Zylindergehäuse, umfassend eine innere zylindrische Fläche, die sich entlang einer Achse erstreckt; ein Kolben befindet sich im Gehäuse und ist entlang der Achse zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position verschiebbar; der Kolben umfasst eine Kolben-Radialfläche, die der inneren zylindrischen Fläche der Kolben-Radialfläche gegenübersteht, umfassend eine Messerfassungseinrichtung; eine Druckkammer, die sich radial zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche erstreckt; die Druckkammer enthält ein Fluid zum Verschieben des Kolbens in druckbeaufschlagtem Zustand; eine Sonde ist relativ zum Zylindergehäuse fixiert und erstreckt sich durch die Druckkammer hindurch; die Sonde kommuniziert mit der Messerfassungseinrichtung, um die Axialposition des Kolbens relativ zum Gehäuse kontinuierlich dann zu messen, wenn sich der Kolben zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position befindet. Bei einigen Beispielen umfasst der Aktuator einen Drehantrieb zum Verdrehen des Kolbens relativ zum Zylindergehäuse. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Druckkammer mit hydraulischem Fluid gefüllt.
Gemäß einiger Gedanken umfasst ein Verfahren zum Messen der Position eines Kolbens in einem Zylinder, und/oder zum Erfassen der Richtung eines Kolbens in einem Zylinder die Verfahrensschritte des Bereitstellens einer Messerfassungseinrichtung auf der äußeren Radialfläche eines Kolbens und des Positionierens einer Sonde entlang einer inneren Fläche des Zylinders, der vom Kolben durchlaufen wird, wenn sich dieser zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt, und die Sonde mit der Messerfassungseinrichtung in bekannter und vorhersehbarer Weise zusammenarbeitet. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren das Erfassen der Außenfläche des Kolbens mit einem Drehelement beinhalten, sodass eine Verschiebung des Kolbens eine Verdrehung des Drehelementes bewirkt. Das Verdrehen des Drehelementes lässt sich umsetzen in eine axiale Position des Kolbens unter Verwendung beispielsweise eines Encoders.
ZEICHNUNGEN
Auf die Einzelbeschreibung zu den beigefügten Zeichnungen wird Bezug genommen:
1 ist eine perspektivische Darstellung einer Spritzgussmaschine.
2 ist eine Schnittansicht gemäß der Linie 2-2 in 1.
3 ist eine Schnittansicht gemäß der Linie 3-3 in 1.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Sondenteiles der Struktur gemäß 2.
4A ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4A-4A in 4; und
5 ist eine Schnittansicht eines Teiles eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Spritzgussmaschine; die Schnittansicht entspricht ganz allgemein jener des Ausführungsbeispieles von 2.
6 ist eine Schnittansicht eines Teiles eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Spritzgussmaschine; die Ansicht entspricht ganz allgemein der Ansicht gemäß 3; und
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Sondenteiles der Struktur gemäß 6.
EINZELBESCHREIBUNG
Im Folgenden werden verschiedene Vorrichtungen oder Verfahren beschrieben, um ein Beispiel einer Ausführungsform eines jeden Anspruches wiederzugeben. Keine der unten beschriebenen Ausführungsformen beschränkt jegliche beanspruchte Erfindung, und jegliche beanspruchte Erfindung erfasst die Verfahren oder Vorrichtungen, die nicht nachstehend beschrieben sind. Es ist möglich, dass eine Vorrichtung oder ein Verfahren, so wie unten beschrieben, keine Ausführungsform eines exklusiven Rechtes ist, das mit Erteilen dieses Patentes gewährt wird. Jegliche Erfindung bei einer Vorrichtung oder ein -Verfahren so wie unten beschrieben und wofür ein ausschließliches Recht mit Erteilen dieses Patentes nicht gewährt wird, kann Gegenstand eines weiteren Schutzinstrumentes sein, beispielsweise eine Zusatzanmeldung, und die Anwender, Erfinder oder Inhaber beabsichtigen nicht, auf jegliche solcher Erfindungen durch die Veröffentlichung dieses Dokumentes zu verzichten oder der Öffentlichkeit zu überlassen.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Ausführungsbeispiel einer Spritzgussmaschine 100 ein Fundament 102 mit einer bewegten Platte 104 und einer stationären Platte 106, montiert am Fundament 102 und an Zugstangen 108 angeschlossen. Eine Form ist zwischen den Platten 104 und 106 gebildet. Sie ist wenigstens teilweise definiert von einer ersten Formhälfte, montiert an der beweglichen Platte 104, und einer zweiten Formhälfte, montiert an der stationären Platte 106. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gehört die Spritzgussmaschine 100 zur Zweiplattenvariante. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Spritzgussmaschine mehr als zwei Platten umfassen.
Eine Einspritzeinheit 110 ist am Fundament 102 montiert, um Kunstharz oder eine andere Einspritzmasse in die Form einzuspritzen, um ein Formteil zu formen. Die Einspritzeinheit 110 umfasst ein Gehäuse 112, eine Trommel 114, die sich vom Gehäuse 112 zu den Platten 104, 106 erstreckt. Eine Einspritzschnecke 116 (2) ist von der Trommel 114 aufgenommen, und eine Düse 117 ist an einem Frontende der Trommel 114 angeordnet. Gehäuse 112 kann auf einem fahrbaren Schlitten 118 montiert sein, um die Trommel 114 gegen die Platten 104, 106 zu verfahren, oder von diesen hinweg zu fahren.
Es wird auf 2 Bezug genommen. Die Einspritzeinheit 110 umfasst ein Zylindergehäuse 120 zum gleitenden Führen eines Kolbens 122. Das Zylindergehäuse 120 erstreckt sich entlang einer Zylinderachse 121. Gehäuse 112 im dargestellten Ausführungsbeispiel weist einen ersten (Front-)Teil 112a nahe der Trommel 114 auf, und einen zweiten (rückwärtigen) Teil 112b von der Trommel 114 entfernt. Das Zylindergehäuse 120 kann eine innere zylindrische Fläche 124 umfassen, ganz allgemein zwischen dem Frontteil 112a und dem rückwärtigen Teil 112b angeordnet. Das Zylindergehäuse 120 kann mit dem Gehäuse einteilig sein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die innere zylindrische Fläche 124 des Gehäuses 120 eine innere Fläche des Gehäuses 112 auf. Die zylindrische Fläche 124 hat einen ersten Teil 124a mit einem ersten Bohrungsdurchmesser und einen zweiten Teil 124b mit einem zweiten Bohrungsdurchmesser. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Bohrungsdurchmesser größer als der zweite Bohrungsdurchmesser.
Kolben 122 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an einem ersten (Front-)Ende an die Einspritzschraube 116 angeschlossen. Ein Verfahren und Verdrehen des Kolbens 122 führt im dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem entsprechenden Verfahren und Verdrehen der Einspritzschraube 116. Kolben 122 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kolbenkopf 128 mit axialen und zweiten Flächen 130, 132, wobei die erste Fläche 130 rückwärtig von der zweiten Fläche 132 angeordnet ist. Wenigstens ein Teil einer radial äußeren Fläche erstreckt sich zwischen der ersten und der zweiten Fläche 130, 132 und definiert ein erstes Dichtungslager 134. Das erste Dichtungslager 134 unterteilt ganz allgemein ein Innenvolumen des zylindrischen Gehäuses 120 in eine erste Druckkammer 136 (auf der rückwärtigen Seite der ersten Fläche des Kolbenkopfes 128) und eine zweite Druckkammer 138 (auf der zweiten frontseitigen Fläche des Kolbenkopfes 128).
Kolben 122 umfasst weiterhin einen im Wesentlichen zylindrischen Körperteil 140 (mit einer radial äußeren Fläche 141), der sich axial von der zweiten Fläche 132 des Kolbenkopfes 128 von der ersten Fläche 130 hinweg erstreckt. Der zylindrische Kolbenkörper 140 verläuft koaxial mit und weist einen kleineren Durchmesser des ersten Dichtungslagers 134 auf, sodass die zweite (Front)-Fläche 132 des Kolbenkopfes eine Ringfläche aufweist, die sich radial zwischen der äußeren radialen Fläche 141 des Kolbenkörpers 140 und dem äußeren Durchmesser des ersten Dichtungslagers 134 erstreckt. Ein zweites Dichtungslager 142 ist nahe eines Frontendes des Kolbenkörpers 140 vom ersten Dichtungslager 134.
Die erste Druckkammer 136 erstreckt sich axial zwischen der ersten (rückwärtigen) Fläche 130 des Kolbenkopfes 134 und einer Endkappe 150, montiert nahe dem rückwärtigen Teil 112b des Gehäuses 112. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die Endkappe 150 drehbar eine genutete Welle 152, die zum vorderen Teil 112a des Gehäuses 112 vorragt. Die genutete Welle 152 wird von einem Drehantrieb 154 angetrieben, der im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Hydraulikmotor umfasst. Die genutete Welle 152 weist eine Außenfläche mit Längszähnen 156 auf (splines), die sich parallel zur Zylinderachse 121 erstrecken. Die erste Druckkammer 136 erstreckt sich radial im Allgemeinen zwischen der Außenfläche der genuteten Welle 152 und der ersten inneren Fläche 124a des ersten Teiles des Zylindergehäuses.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die zweite Druckkammer 138 axial zwischen der zweiten Fläche 132 des ersten Dichtungslagers 144 und einer Frontwand 158 nahe dem zweiten Dichtungslager 142. Die zweite Druckkammer 138 erstreckt sich radial zwischen der radialen Fläche 141 des Kolbenkörpers 140 und der zweiten inneren Fläche 124b des Zylindergehäuses. Diese zweite innere Fläche 124b arbeitet zusammen mit dem zweiten Dichtungslager 142, wenn sich Kolben 126 zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt.
Die ringförmige zweite Fläche 132 und die Frontwand 158 der zweiten Druckkammer 148, die axial beim dargestellten Ausführungsbeispiel einander gegenüberliegen, sind jeweils relativ zum Kolbenkörper 140 fest. Der wirksame Flächenbereich der zweiten Fläche 132 ist größer, als die wirksame Fläche der Frontwand 158, sodass dann, wenn die zweite Druckkammer 148 mit Fluid druckbeaufschlagt wird, eine Nettokraft auf die eingefahrene Position beaufschlagt wird (gegen Zylinderkappe 150). Beim dargestellten Ausführungsbeispiel haben die zweite Fläche 132 und die Frontwand 158 eine gemeinsame radial innere Erstreckung, definiert durch die Außenfläche 141 des Kolbenkörpers 140. Die zweite Fläche 132 weist eine radial äußere Erstreckung auf, die im Wesentlichen gleich dem ersten Bohrungsdurchmesser ist, und die Frontwand 158 weist eine radiale Außenerstreckung auf, die im Wesentlichen gleich dem zweiten Bohrungsdurchmesser ist, und der erste Bohrungsdurchmesser ist größer, als der zweite Bohrungsdurchmesser.
Kolbenkörper 140 ist weiterhin mit einem inneren Hohlraum 160 ausgestattet, die eine axiale Öffnung 162 am rückwärtigen Ende des Kolbenkörpers zur Aufnahme der genuteten Welle aufweist. Der Hohlraum 160 weist eine axiale Erstreckung auf, die im Wesentlichen lang genug ist, um die Länge des Schaftes 152 dann aufzunehmen, wenn sich der Kolben von der ausgefahrenen in die eingefahrene Position bewegt. Eine Nut 164 kann an der inneren radialen Fläche der Öffnung am rückwärtigen Ende des Kolbenhohlraums vorgesehen werden. Nut 164 kann separat am Kolbenkörper 140 vorgesehen werden, oder mit Kolbenkörper 140 eine integrale einteilige Konstruktion bilden. Nut 164 kann ein weibliches Spline-Profil aufweisen, das mit den Nuten 156 der Welle 152 bei einem axial gleitenden aber drehfesten Eingriff zusammenwirkt. Die Nut braucht einen axialen Fluidfluss durch die Nut nicht zu verhindern. So kann beispielsweise Fluid axial von einer Seite der Nut 156 zur anderen strömen und sich durch diesen Weg zwischen dem inneren und dem äußeren Spline-Profil hindurch zu arbeiten. Zusätzlich oder außerdem können axiale Strömungskanäle in der Nut 164 vorgesehen werden, um die Strömung von Fluid durch die Nut zu erleichtern. Ein Arbeiten in einer fluidgefüllten Umgebung kann einen sanften und langdauernden Betreib der Nut und der Welle 152 erleichtern.
Es kann eine Fluidverbindung mit der ersten und der zweiten Druckkammer 136, 138 mit geeigneten Fluideinlässen und -Kanälen vorgesehen werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich eine erste Fluidöffnung 170 durch das Gehäuse 112 und sorgt für eine Fluidverbindung zur ersten Druckkammer 136 über einen Radialkanal 172a nahe dem rückwärtigen Ende der Welle 152; ein Axialkanal 172b erstreckt sich zwischen Radialkanal 172a und dem Hohlraum 160 im Kolbenkörper sowie durch die Nut 164, die dem Hohlraum 160 von der ersten Druckkammer 136 trennt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich eine zweite Fluidöffnung 176 durch Gehäuse 112 in einer Position nahe der ersten Öffnung 170 (zum Erleichtern des Verschließens) und kommuniziert mit der zweiten Druckkammer über einen Axialkanal 176a und einen Radialkanal 176b.
Die Einspritzeinheit 110 kann weiterhin mit einem Kolbenpositions-Messsystem zum Messen der axialen Position des Kolbens relativ zu dem Zylindergehäuse ausgestattet sein, wenn sich der Kolben zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt. Ein genaues Führen der Bewegung des Kolbens kann beispielsweise zuverlässig und reproduzierbar das gewünschte Volumen der Masse in die Form während eines jeden Maschinenzyklus erleichtern.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die äußere Kolben-Radialfläche 141 eine Messerfassungseinrichtung 178. Eine Sonde 180 ist vom Zylindergehäuse 120 getragen und kommuniziert mit der Messerfassungseinrichtung 170, um kontinuierlich die Axialposition des Kolbens 122 dann zu erfassen, wenn sich dieser zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Messerfassungseinrichtung 178 eine Mehrzahl von ringförmigen Kolbenzähnen 182 konzentrisch zur Achse 121 und axial im Abstand entlang der Kolben-Radialfläche 141 angeordnet. Sonde 180 umfasst ein Zahnrad 184, das um eine Zahnradachse 186 drehbar ist, im Allgemeinen senkrecht zur Zylinderachse 121 ausgerichtet. Zahnrad 184 ist mit Zähnen 188 ausgestattet, die mit den ringförmigen Kolbenzähnen 182 kämmen, sodass die Bewegung des Kolbens 122 eine Verdrehung des Zahnrades 184 bewirkt. Die Zähne 188 verbleiben im Eingriff mit den ringförmigen Kolbenzähnen 182, ungeachtet der Axialposition des Kolbens 122 entlang seiner Achse 121. Der Eingriff der Zähne 188 in die ringförmigen Kolbenzähne 182 ermöglicht auch das Verdrehen des Kolbens 122 um die Zylinderachse 121, gleich, ob Kolben 122 sich axial bewegt oder feststeht.
Es soll auf die 3 und 4A eingegangen werden. Sonde 180 kann weiterhin eine Welle 190 umfassen, die mit dem Zahnrad 184 fest ist und die von Zahnrad 184 verdreht wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Welle 190 innerhalb eines Sondengehäuses 192 aufgenommen und drehbar innerhalb des Gehäuses 192 durch eine Mehrzahl von Lagern 194 gelagert. Welle 190 kann an einen Sensor 196 zum Erfassen des Verdrehens der Welle 190 angeschlossen sein. Sensor 196 kann beispielsweise einen Encoder umfassen. Durch Prozesssignale vom Sensor 190 lässt sich der Umlauf des Zahnrades 184 umwandeln in eine genaue Bestimmung der entsprechenden Verschiebung von Kolben 122.
Sonde 180 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel vom Zylindergehäuse 120 getragen. Weiterhin unter Bezugnahme auf 3 sieht man im gezeigten Ausführungsbeispiel, dass sich die Sonde 180 durch das Zylindergehäuse 116 erstreckt. Das Zylindergehäuse 120 weist eine äußere Fläche 200 auf, die radial nach außen einen Abstand zur inneren zylindrischen Fläche 124 aufweist; zwischen diesen beiden befindet sich ein Hohlraum 202. Der Hohlraum 202 weist ein inneres und ein äußeres Ende 204 auf; eine Hohlraum-Seitenwand 208 erstreckt sich zwischen den Enden 204, 206. Wenigstens ein Teil der Sonde 180 ist von Hohlraum 202 aufgenommen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umgibt eine Dichtung 210 die Mantelfläche des Sondengehäuses 192 und liegt im Presssitz an der Hohlraum-Seitenwand 208 nahe dem äußeren offenen Ende 206 an.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Sonde 180 in die zweite Druckkammer 138, die in druckbeaufschlagtem Zustand den Kolben 122 von der ausgefahrenen in die eingefahrene Position drückt. Während des Betriebes ist der Maximaldruck in der zweiten Druckkammer 138 im Wesentlichen geringer, als der Maximaldruck, der in der ersten Druckkammer 136 erreicht wird. Das Platzieren der Sonde 180 in der zweiten Druckkammer 138 kann dazu beitragen, das Risiko einer Ölleckage zu verringern und/oder die Dichtungsanordnung der Sonde 180 zu vereinfachen. Das Kämmen der Zähne 182, 188 miteinander in einer ölgefüllten Kammer kann den Betrieb der Sonde 180 verbessern und den Verschleiß verringern.
Es soll auf 5 eingegangen werden. Dort sind Teile einer weiteren Ausführungsform einer Spritzgussmaschine 300 gezeigt. Die Spritzgussmaschine 500 ist in manchem ähnlich der Maschine 100. Gleiche Merkmale sind mit denselben Bezugszeichen versehen, hochnummeriert auf 400. Maschine 500 umfasst eine Messerfassungseinrichtung 578 mit einem sich axial verjüngenden Teil 633 der Kolben-Radialfläche 541. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngt sich die Kolben-Radialfläche 541 (radial nach innen) von einem größeren Durchmesser im Bereich des zweiten (rückwärtigen) Endes des Kolbens 522 zu einem kleineren Durchmesser im Bereich des ersten (Front-)Endes des Kolbens 522. Bewegt sich Kolben 522, so ändern sich der radiale Abstand zwischen der Kolbenradialfläche 541 und der inneren zylindrischen Fläche 536 an einer bestimmten Stelle entlang der axialen Länge der inneren zylindrischen Fläche 524 (Teil 524b im gezeigten Ausführungsbeispiel). Die Sonde 580 umfasst einen Abstandssensor 635, der von Zylindergehäuse 520 getragen ist. Abstandssensor 635 erfasst die Änderung des Abstandes zwischen dem festen Teil des Sensors 635 zum sich verjüngenden Teil 633 der Kolben-Radialfläche 541. Abstandssensor 635 kann berührungsfrei (kontaktloser Sensor) oder eine Kontakteinrichtung sein (das heißt ein Bewegungstransducer). Die Sonde kann eine Verdrahtung umfassen, die den Abstandssensor 635 an eine Prozesseinheit anschließt. Die Prozesseinheit kann derart konfiguriert sein, dass sie die Axialposition des Kolbens 522 innerhalb des Zylindergehäuses 520 erfasst, basierend auf dem von Sensor 635 gemessenen Abstand. Sonde 580 ist bei der gezeigten Ausführungsform von einem Hohlraum des Zylindergehäuses 520 aufgenommen und hierin eingedichtet, und erstreckt sich durch das Zylindergehäuse 520 hindurch.
Bei der Ausführungsform gemäß 5 erstreckt sich der Abstandssensor 635 der Sonde 580 durch das Zylindergehäuse 520 hindurch. Die Verdrahtung der Sonde 580 kann außerhalb des Zylindergehäuses 520 liegen. Bei alternativen Ausführungsformen kann ein Abstandssensor einer Sonde an der inneren zylindrischen Fläche des Zylindergehäuses angeordnet sein, und die Verdrahtung der Sonde kann sich durch das Zylindergehäuse hindurch erstrecken.
Es soll auf 6 Bezug genommen werden. Teile einer Einspritzeinheit 710 einer Einspritzmaschine 700 sind dargestellt. Maschine 700 ist in manchem gleich der Maschine 100; gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, hochnummeriert um 600. Die Einspritzeinheit 710 umfasst ein Zylindergehäuse 720 mit einem hierin gleitend gelagerten Kolben 722. Die Einspritzeinheit umfasst ein Kolbenpositions-Messsystem mit einer Messerfassungseinrichtung 778 und einer Sonde 780, die mit der Messerfassungseinrichtung 778 kommuniziert, um kontinuierlich die Axialposition des Kolbens 722 bei dessen Bewegung zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position zu messen.
Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Messerfassungseinrichtung 778 eine Mehrzahl von Ringkolbenzähnen 782 konzentrisch zur Achse 721 und in axialen Abständen entlang der Kolben-Radialfläche 741. Sonde 780 umfasst ein Zahnrad 784, das um eine Zahnradachse 786 drehbar ist, im Wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse 721. Bei der gezeigten Ausführungsform verläuft die Zahnradachse 786 allgemein vertikal (statt der allgemein horizontalen Zahnradachse 186). Zahnrad 786 weist Zähne 788 auf, die mit den ringförmigen Kolbenzähnen 782 kämmen, sodass ein Verschieben von Kolben 722 zu einem Verdrehen von Zahnrad 784 führt. Die Zähne 788 des Zahnrades verbleiben mit den ringförmigen Kolbenzähnen 782 in Eingriff, ungeachtet der Axialposition von Kolben 722 entlang seiner Achse 721. Der Eingriff der Zähne 788 mit den ringförmigen Kolbenzähnen 782 führt auch zu einem Verdrehen des Kolbens 722 um die Zylinderachse 721, ungeachtet dessen, ob sich Kolben 722 axial bewegt, oder stationär ist.
Es soll auf 7 eingegangen werden. Sonde 780 kann weiterhin eine Welle 790 umfassen, die mit dem Zahnrad 784 fest verbunden und von diesem angetrieben ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Welle 790 innerhalb des Sondengehäuses 792 angeordnet und drehbar innerhalb des Gehäuses 792 mittels einer Mehrzahl von Lagern 794 getragen. Welle 790 kann an einen Sensor 796 zum Erfassen der Verdrehung der Welle 790 angeschlossen sein. Sensor 796 kann beispielsweise einen Encoder umfassen. Der Umlauf des Zahnradgetriebes 784 kann durch Prozesssignale von Sensor 796 umgewandelt werden in eine genaue Bestimmung der entsprechenden Verschiebung von Kolben 722.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6484420 [0004]
US 7291297 [0005]

Claims

Einspritzeinheit, umfassend a) ein Zylindergehäuse, das eine innere zylindrische Fläche umfasst und sich entlang einer Achse erstreckt; b) einen Kolben, der im Gehäuse angeordnet und entlang der Achse zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position bewegbar ist, und der eine Kolben-Radialfläche aufweist, die der inneren zylindrischen Fläche gegenüberliegt, wobei die Kolben-Radialfläche eine Messerfassungseinrichtung aufweist; c) eine Sonde, die relativ zum Zylindergehäuse feststeht und die mit der Messerfassungseinrichtung dann kommuniziert, wenn sich der Kolben zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt, um die Verschiebung des Kolbens zu erfassen.
Einspritzeinheit nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Druckkammer, die sich radial zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche erstreckt.
Einspritzeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer ein Fluid umfasst, um den Kolben bei Druckbeaufschlagung zur ausgefahrenen oder zur eingefahrenen Position verschiebt.
Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Sonde durch das Zylindergehäuse erstreckt.
Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Zylindergehäuse eine Außenfläche aufweist, die radial nach außen zur inneren zylindrischen Fläche einen Abstand aufweist und wobei ein Hohlraum zwischen diesen besteht, wobei der Hohlraum einander gegenüberliegende offene Enden an der inneren zylindrischen Fläche beziehungsweise der Außenfläche aufweist, und wobei wenigstens ein Teil der Sonde innerhalb des Hohlraumes aufgenommen ist.
Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Messerfassungseinrichtung eine Mehrzahl von ringförmigen Kolbenzähnen aufweist, die konzentrisch zur Achse verlaufen und axial in Abständen entlang der Kolben-Radialfläche.
Einspritzeinheit nach Anspruch 6, wobei die Sonde ein Zahnrad umfasst, das Zähne hat, die sich radial innerhalb der inneren Fläche erstrecken und die mit den ringförmigen Kolbenzähnen kämmen, wobei die Verschiebung des Kolbens eine Verdrehung des Kolbens nach sich zieht.
Einspritzeinheit nach Anspruch 7, wobei die Sonde weiterhin eine vom Zahnrad angetriebene Welle aufweist, die an einen Sensor zum Erfassen des Umlaufes der Welle angekoppelt ist.
Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Messerfassungseinrichtung einen axial sich verjüngenden Teil der Kolben-Radialfläche umfasst, wobei an einer bestimmten Stelle entlang der Achse des Zylindergehäuses der radiale Abstand zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche mit Verschieben des Kolbens sich ändert.
Einspritzeinheit nach Anspruch 9, wobei die Sonde einen Abstandssensor umfasst, der den Abstand zwischen der Kolben-Radialfläche und dem Abstandssensor erfasst.
Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin umfassend einen Drehantrieb, der an dem Kolben angeschlossen ist, um den Kolben selektiv um die Achse zu verdrehen, während dieser sich innerhalb des Zylindergehäuses verschiebt.
Einspritzeinheit nach Anspruch 11, wobei der Kolben relativ zum Zylinder durch den Drehantrieb verdreht wird.
Einspritzeinheit, umfassend a) ein Zylindergehäuse, das eine innere zylindrische Fläche aufweist und sich entlang einer Achse erstreckt; b) einen Kolben, angeordnet im Gehäuse und verschiebbar entlang der Achse zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position, wobei der Kolben eine Kolben-Radialfläche aufweist, die der inneren zylindrischen Fläche gegenüberliegt; die Kolben-Radialfläche umfasst eine Messerfassungseinrichtung; c) eine Druckkammer, die sich radial zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche erstreckt und die mit einer Druckfluidquelle kommuniziert, um den Kolben in die ausgefahrene oder die eingefahrene Position zu verschieben; und d) eine Sonde, die sich durch das Zylindergehäuse hindurch erstreckt und mit der Messerfassungseinrichtung kommuniziert, um das Verschieben des Kolbens dann zu erfassen, wenn sich dieser zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt.
Einspritzeinheit nach Anspruch 13, weiterhin umfassend einen Schusshohlraum zum Halten einer Einspritzmasse, wobei das Verschieben des Kolbens in die zurückgefahrene Position einhergeht mit dem Füllen des Schutzhohlraumes mit Einspritzmasse, und die Verschiebung zur ausgefahrenen Position einhergeht mit dem Einspritzen der Einspritzmasse aus dem Schusshohlraum in die Form, und wobei die Druckkammer den Kolben bei Druckbeaufschlagung in die eingefahrene Position drückt.
Einspritzeinheit nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Zylindergehäuse eine Außenfläche aufweist, die radial außerhalb in einem Abstand zur inneren zylindrischen Fläche angeordnet ist mit einem zwischen dieser befindlichen Hohlraum, wobei der Hohlraum einander gegenüberliegende offene Enden der inneren zylindrischen Fläche beziehungsweise der Außenfläche aufweist, und wobei wenigstens ein Teil der Sonde sich im Hohlraum befindet.
Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Messerfassungseinrichtung eine Mehrzahl von ringförmigen Kolbenzähnen aufweist, die konzentrisch zur Achse verlaufen und sich axial in Abständen entlang der Kolbenradialfläche erstrecken.
Einspritzeinheit nach Anspruch 16, wobei die Sonde ein Zahnrad aufweist, das Zähne umfasst, die sich in die Druckkammer hinein erstrecken, und die mit zylindrischen Kolbenzähnen kämmen, wobei eine Verschiebung des Kolbens zu einem Umlauf des Zahnrades führt.
Einspritzeinheit nach Anspruch 17, wobei die Sonde weiterhin eine Welle umfasst, die vom Zahnrad in Umlauf versetzt wird, und die an einen Sensor zum Erfassen des Umlaufes der Welle angeschlossen ist.
Einspritzeinheit nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Messerfassungseinrichtung einen axial sich verjüngenden Teil der Kolben-Radialfläche umfasst, und wobei die Sonde einen Abstandssensor zum Erfassen des Abstandes der Kolben-Radialfläche vom Abstandssensor aufweist.
Einspritzeinheit nach Anspruch 11, wobei der Kolben um die Achse drehbar ist, während er sich radial innerhalb des Zylindergehäuses verschiebt.
Einspritzeinheit, umfassend: a) ein Zylindergehäuse, das eine innere zylindrische Fläche umfasst und sich entlang einer Achse erstreckt; b) einen Kolben, der vom Gehäuse aufgenommen und entlang der Achse bewegbar ist zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position, und der eine Kolben-Radialfläche aufweist, die der inneren zylindrischen Fläche gegenüberliegt, und wobei die Kolben-Radialfläche eine Messerfassungseinrichtung umfasst; c) eine Druckkammer, die sich radial zwischen der inneren zylindrischen Fläche und der Kolben-Radialfläche erstreckt und die ein Fluid zum Verschieben des Kolbens bei Druckbeaufschlagung umfasst; und d) eine Sonde, die relativ zum Zylindergehäuse feststeht und sich durch die Druckkammer hindurch erstreckt; die Sonde kommuniziert mit der Messerfassungseinrichtung, um kontinuierlich die Axialposition des Kolbens relativ zum Gehäuse zu erfassen, wenn sich der Kolben zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt.
Verfahren zum Messen der Verschiebung eines Kolbens in einen Zylinder, umfassend: a) es wird eine Messerfassungseinrichtung entlang einer äußeren radialen Fläche eines Kolbens bereitgestellt, wobei die Messerfassungseinrichtung relativ zum Kolben feststeht; b) es wird eine Sonde bereitgestellt, die radial innerhalb einer inneren Seitenwand eines Zylindergehäuses hervorragt, wobei die Sonde kontinuierlich mit der Messerfassungseinrichtung in Eingriff steht, wenn sich der Kolben zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position bewegt, wobei die Sonde relativ zum Zylindergehäuse axial fixiert ist, und die Sonde ein Ausgangssignal abgibt, das von außerhalb des Zylindergehäuses zugänglich ist.