-
Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem eines Fluidstellantriebs, der einen Verschluss eines Einspritzsystems geschmolzenen Materials steuert, insbesondere ein System zum Regulieren/Verändern des Hubs und der Geschwindigkeit eines Kolbens, der in dem Fluidstellantrieb enthalten ist.
-
Spritzgussmaschinen spritzen das geschmolzene Material durch Einspritzdüsen in eine heiße Kammer ein, deren Öffnen und Schließen durch einen von einem Stellantrieb gesteuerten Nadelverschluss reguliert wird. Gegenwärtig werden die Verschlüsse für das Formen wertvoller Produkte durch elektrische Stellantriebe angetrieben (da sie eine breite Palette von Regulierungen und Steuerungen ermöglichen), die jedoch komplexe und teure Steuervorrichtungen erfordern (eine elektronische Steuereinheit + entsprechende Software + Sensoren + komplexe Verkabelung + Fachpersonal). Der Einsatz von Fluidstellantrieben ist daher praktischer und vor allem den Anwendern für gewisse Anwendungen vertraut.
-
1 zeigt ein typisches hydraulisches System, das für die Handhabung der Verschlüsse einer Warmkammer verwendet wird. Das System besteht aus einer Leitung von einer Fluidpumpe 90 (z. B. Öl) und einer Leitung T zu einem Ablauf 92. Die Richtung der Fluidströmung (Öffnen oder Schließen des Verschlusses) wird durch ein 2-Wege-Magnetventil 22 geändert, das zwei Leitungen 10, 12 speist.
-
In den Leitungen 10, 12 sind ein oder mehrere Hydraulikventile 16 installiert, um den von der Pumpe 90 geförderten Ölstrom zu modulieren. Diese Strömung speist einen Stellantrieb 18, um einen Kolben 20 hin und her zu verstellen, der bekanntlich mit einem Verschluss 26 (Stift) für eine Einspritzklappe (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Klappe wird durch Zurückziehen des Kolbens 20 in den Stellantrieb 18 geöffnet und in umgekehrter Richtung geschlossen.
-
In der Ruhestellung (die in den Figuren dargestellte Position) drückt das unter Druck stehende Öl in den Kanälen 10, P den Kolben 20 aus dem Stellantrieb 18 heraus und hält den Verschluss 26 geschlossen, sodass kein Kunststoff durch die Klappe austreten kann.
-
Der so genannte sequentielle Einspritzmodus, bei dem mehrere Einspritzdüsen zu unterschiedlichen Zeitpunkten oder bei Erreichen bestimmter Positionen (die von geeigneten Sensoren bekannten Typs erfasst werden) durch die anderen Einspritzdüsen geöffnet werden, ist derzeit das am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung von Qualitätsprodukten. Zu diesem Zweck wird jedes Stellglied durch ein unabhängiges Hydrauliksystem gesteuert (wie in den Figuren), und alle Stellantriebe sind mit einer einzigen Druckleitung P (mit einer einzigen Pumpe) und mit einer einzigen Ablaufleitung T verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Pumpe zur Steuerung aller Stellantriebe zu verwenden, was das System beträchtlich vereinfacht und die Kosten senkt. Häufig wird die bereits in den Pressen vorhandene Pumpe verwendet.
-
Es kann dann vorkommen, dass wenn der Verschluss in der geschlossenen Position ist, es einen ungewollten Druckmangel in den Leitungen 10, P gibt (z. B. durch plötzlichen Stillstand der Pumpe 90). Infolgedessen kann der Restdruck des Polymers in der Warmkammer den Verschluss 26 zurückdrücken, was die Öffnung der Klappe und einen gefährlichen Rücklauf von geschmolzenem Kunststoff zulässt. Der Stillstand der Pumpe 90 für eine gewöhnliche oder außergewöhnliche Handhabung der Form kann zu einer gefährlichen Situation werden, auch für den Bediener.
-
Um das Problem zu lösen, ist es bekannt, ein (Einweg-)Rückschlagventil 24 in die T-Leitung zu installieren. Wie experimentelle Tests gezeigt haben, garantiert das Ventil 24 jedoch nicht, dass der Stift in der geschlossenen Position arretiert wird.
-
Das Hauptziel der Erfindung ist es, diesen Stand der Technik zu verbessern.
-
Ein weiterer Zweck ist die Erhöhung der Sicherheit des Systems, insbesondere durch Stabilisieren der Position des Ventils in der geschlossenen Position im Fall eines Stromausfalls oder eines plötzlichen Druckabfalls in dem Hydraulikkreislauf.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein System, umfassend:
- einen Stellantrieb, der mit einem Kolben versehen ist, der beweglich montiert ist, um linear durch den Druck eines Fluids in zwei separate Kammern des Kolbens bewegt zu werden,
- einen Nadelverschluss (Stift), der mit dem Kolben verbunden ist, um den Einspritzfluss von geschmolzenem Kunststoffmaterial von einer Düse (Klappe) zu einer Form zu regulieren,
- damit der Verschluss von einer geschlossenen Position, in der es keinen Durchgang von geschmolzenem Material durch die Düse gibt, in eine offene Position, in der es einen Durchgang von geschmolzenem Material durch die Düse gibt, übergehen kann,
- einen Zufuhrkreislauf zum Lenken des unter Druck stehenden Fluids in die Kammern mit einer Strömungsrichtung und einer entgegengesetzten Richtung zu den zwei Strömungsrichtungen des Fluids, die jeweils einem Ausfahren und einem Zurückziehen des Kolbens entsprechen, der Kreislauf umfassend
- einen Strömungsablenker, um die Fluidströmung in dem Kreislauf umzukehren,
- eine Leitung zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids zu einem Einlass des Ablenkers und eine zweite Leitung zum Ablaufen eines Fluids von einem Auslass des Ablenkers zu einem Ablauf;
- ein Einwegventil, das in der ersten Leitung (stromaufwärts von dem Strömungsablenker) installiert ist, um eine invertierte Strömung von Fluid in der ersten Leitung zu verhindern.
-
Das Einwegventil, das in der ersten Leitung installiert ist, löst das Problem eines Rücklaufs von geschmolzenem Material.
-
Das Vorhandensein eines Einwegventils in der zweiten Leitung erbringt nicht dasselbe Resultat, und sein Vorhandensein hat keinen Einfluss auf die Vorgänge in der ersten Leitung. Der Grund für diese überraschenden Wirkung liegt in den Drücken, die in den Leitungen des Kreislaufs herrschen, siehe 1 und 2. Wenn der Stift 26 gedrückt und geschlossen ist, drückt die Pumpe 90 unter Druck stehendes Öl in die Leitungen 10, P, während die Leitungen 12, T drucklos sind. Auf diese Weise gibt es keinen zusätzlichen Widerstand für den Ablauf des Öls entlang der Leitungen. Aus Sicherheitsgründen ist die Pumpe 90 derart konfiguriert, dass sie bei einem Stromausfall die Leitungen 10, P entleert. In diesem Fall verursacht der Druck, der im Innern der Form und/oder in der heißen Kammer vorhanden ist, die Öffnung, wenn auch nur teilweise, des Verschlusses 26 (Stifts), mit der Folge eines Rücklaufs von Kunststoffmaterial. Daraus folgt, dass der Druck in der Leitung P für das System entscheidend ist, während ein Rückschlagventil in der Leitung T keinen Nutzen bringt.
-
Mit dem Kolben können eine Vielzahl von Nadelverschlüssen verbunden sein, die von dem Kolben 20 synchron verstellt werden. Wenn eine Vielzahl von Stellantrieben 18 aus der Leitung P gespeist wird, hat ein System gemäß der Erfindung den Vorteil, dass alle Stellantriebe geschützt sind. Wenn eine Vielzahl von Stellantrieben 18 nacheinander von derselben Pumpe 90 gesteuert und gespeist werden, hat ein System gemäß der Erfindung den Vorteil, dass alle Stellantriebe geschützt sind.
-
Vorzugsweise umfasst der Strömungsablenker ein Magnetventil oder besteht daraus, das konfiguriert ist, um eine Fluidströmung in entgegengesetzte Richtungen in dem Zufuhrkreislauf zu ermöglichen.
-
Das Magnetventil kann unterschiedlicher Art sein, es kann insbesondere mindestens zwei Positionen umfassen:
- eine erste Position, in der es eine Fluidverbindung zwischen den Kammern und der Pumpe zulässt, indem es eine Strömungsrichtung in dem Zufuhrkreislauf vorgibt, sodass das Fluid den Kolben in die Schließung drückt (geschlossene Klappe - verhindert die Strömung des geschmolzenen Materials zu der Form), und
- eine zweite Position, in der es eine Fluidverbindung zwischen den Kammern und der Pumpe zulässt, indem es in dem Zufuhrkreislauf eine Strömungsrichtung vorgibt, die der in der ersten Position erlangbaren entgegengesetzt ist, um den Kolben in die Öffnung zu drücken (Tür offen - kontrolliertes Austreten von Kunststoffmaterial ist erlaubt).
-
Insbesondere ist die Ruhestellung des Magnetventils die erste.
-
Insbesondere ist die Pumpe elektrisch und ist konfiguriert, um bei fehlender Stromversorgung die erste Leitung in eine Fluidablufposition oder in einen Zustand von niedrigerem Druck oder gleich null zu bringen.
-
Das Fluid kann z. B. eine Fluid, wie z. B. Öl, oder Druckluft sein.
-
Die Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung eines bevorzugten Systems noch deutlicher, wobei auf die angehängte Zeichnung Bezug genommen wird, in der
- 1 ein bekanntes Systemdiagramm zeigt,
- 2 ein Systemdiagramm gemäß der Erfindung zeigt.
-
Das System MC1 in 2 teilt die gleiche Struktur von 1; in den Figuren sind gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
-
Der Stellantrieb 18 ist auf einer Halterung, z. B. einer Warmammer (Rohrleitung) oder einer Platte oder Form oder einer anderen Komponente, befestigt und dient dazu, mindestens einen Nadelverschluss 26 für eine Einspritzdüse (Klappe, nicht dargestellt), das mit einem Kolben 20 verbunden ist, zu bewegen (direkt oder indirekt über zwischengeschaltete Bewegungsumwandlungsmechanismen - nicht dargestellt). Der Kolben 20 ist im Innern eines Hohlraums linear beweglich, der durch die Hülle des Stellantriebs 18 begrenzt wird. Der Hohlraum ist durch den Kolben 20 in eine erste Kammer 60, die mit einer Klappe 62 verbunden ist, und eine zweite Kammer 64, die mit einer Klappe 66 verbunden ist, unterteilt. Durch die Fluidklappen oder -einlässe 62, 66 kann Fluid, z. B. Öl oder Druckluft, in die Kammer 60 bzw. 64 auf beiden Seiten des Kolbens 20 eingespritzt bzw. aus dieser entnommen werden, sodass er linear in entgegengesetzte Richtungen verstellt werden kann, wodurch der Verschluss 26 verstellt wird. Die Bewegung dieses letzteren bestimmt das Öffnen oder Schließen der Düse und damit den Durchfluss oder den Verschluss des geschmolzenen Materials.
-
Das Öffnen und Schließen der Düse und damit die Bewegung des Verschlusses 26 kann in einer einzigen Bewegung in die zwei Richtungen erfolgen, oder sie kann vielfache und differenzierte Zwischenhalts umfassen (Bewegungspausen nach vorbestimmten Parametern, nach denen die Bewegung nach den vorherigen Parametern wie Geschwindigkeit, Druck, Durchflussmenge usw. oder nach geänderten Parametern fortgesetzt wird). Während der Öffnungs- oder Schließbewegung können an unendlich vielen Stellen Bewegungspausen ausgeführt werden.
-
Ein Fluidkreislauf ermöglicht einen Transfer von Fluid zu und von den Kammern 60, 64 durch Pumpen von einer externen Versorgung (nicht dargestellt, z. B. einem Tank) über die Pumpe 90. Der Kreislauf umfasst ein Magnetventil 50, das an einem Einlass von der Leitung P unter Druck stehendes Fluid aufnimmt und an einem Auslass Fluid in eine Leitung T zum Ablauf 92 abgibt. Das Magnetventil 50 ist auch mit den Leitungen 10, 12 verbunden, die jeweils zu den zwei Kammern 60 bzw. 64 des Stellantriebs 18 führen.
-
Ferner sind optionale Durchflussregler 16 in den Kreislauf eingefügt, die neben einer gleichförmigen Bewegung auch ein Regulieren unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeiten des Kolbens 20 entlang seines Hubs ermöglichen. Die Durchflussregler 16 können manuell oder automatisch aktiviert werden. Im letzteren Fall können sie abhängig von vorbestimmten Positionen oder basierend auf Positionsrückmeldungen, die von geeigneten Positionsgebern des Verschlusses oder des Kolbens (nicht dargestellt) erhalten werden, reguliert werden.
-
Das Magnetventil 50 ist mit einem beweglichen Schieber versehen, der bei jedem vollständigen Zyklus die Richtung der Fluidströmung in den Leitungen 10, 12 umkehrt. Die Strömungsrichtung bestimmt die Bewegungsrichtung des Kolbens 20 und damit des Verschlusses 26, entweder offen oder geschlossen.
-
Zu diesem Zweck kann das Magnetventil 50 in zwei verschiedene Positionen geschaltet werden, in denen es den Durchfluss von Fluid aus dem Vorratsbehälter zu dem Stellantrieb 18 zulässt:
- - in einer Position kann das von der Pumpe 90 gedrückte Fluid durch die Leitungen P, 10 zu der Kammer 60 fließen, während das von dem Kolben 20 gedrückte Fluid durch die Leitungen 12, T aus der Kammer 64 austreten kann (der Verschluss 26 wird in die geschlossene Position verstellt), und
- - in der anderen Position kann das von der Pumpe 90 gedrückte Fluid durch die Leitungen P, 12 zu der Kammer 64 fließen, während das von dem Kolben 20 gedrückte Fluid durch die Leitungen 10, T aus der Kammer 60 austreten kann (der Verschluss 26 wird in die offene Position verstellt).
-
In Ruhezustand (nicht aktiv) bleibt das Magnetventil 50 in der ersten Position.
-
Das Magnetventil 50 ist z. B. ein handelsübliches Ventil mit Erregerspulen und Rückholfedern. Sie kann auch andere und/oder zusätzliche Positionen als wie veranschaulicht aufweisen.
-
In der Leitung P, stromaufwärts von dem Magnetventil 50 und stromabwärts von der Pumpe 90, ist ein Rückschlagventil 70 installiert, um ein Fluidrücklauf zu der Pumpe 90 zu verhindern.
-
Bei einem zufälligen Ausfall der Spannung und/oder unter Notfallbedingungen sperrt das Ventil 70 eine zu der Pumpe 90 gerichtete Fluidströmung. Wenn dann der Druck des geschmolzenen Kunststoffs versucht, den Verschluss 26 und den Kolben 20 in die Leitungen 10 und P zurückzudrücken, widersetzt sich das Ventil 70, und der Kolben 20 kann nicht zurückgezogen werden.
-
Die Wirksamkeit der Lösung wurde während der Testphase überprüft und garantiert die Schließung des Verschlusses auch bei hohem Druck in der Warmkammer (z.B. ca. 2000 bar), der typisch für den Einspritzprozess ist.
-
In einer Ausführungsform werden zwei Rückschlagventile verwendet, wovon eines als Ventil 70 und das andere als Ventil 24 installiert ist. Auf diese Weise werden alle Leitungen 10, P und 12, T isoliert und gesperrt.
-
Die beschriebene Erfindung ist anwendbar in hydraulisch oder pneumatisch gesteuerten Warmkammer-Einspritzsystemen, in denen es dank der geeigneten Handhabung der Öffnungs- oder Schließpositionen der Kolbenzufuhrkreisläufe, der verschiedenen Positionen der Magnetventile und der möglichen Regulierung der Durchflussregler möglich ist, eines oder mehrere der in den folgenden Dokumenten beschriebenen und dargestellten Öffnungs- und/oder Schließprofile zu schaffen/umzusetzen:
- PCT/IB2019/053936, IT102017000037002, IT102016000080198, IT102016000055364, IT102015000008368, ITTO2014A001030, ITTO2014A001021, ITTO2014A000701, WO2012/074879A1 , WO2012/087491A1 , WO2018/020177A1 .
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2012/074879 A1 [0034]
- WO 2012/087491 A1 [0034]
- WO 2018020177 A1 [0034]
