-
Vorrichtung zum Steuern der Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine
Zusatz zu Patent ......... (Patentanmeldung P 20 20 054.6-16) Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Steuern der Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine zur Verarbeitung
insbesondere Zellen bildender Eungtstoffe, mit einem Spritzzylinder und einem ein
Verdrangerelement im Spritzzylinder antreibenden Arbeitskolben, dessen Spritzdruokseite
von einem Druckmittel aus einem Druckspeicher, insbesondere Gasdruckspeicher, und
dessen Rfickdruokseite zur Rückwärtsbewegung des Arbeitskolbens gegen den Druck
im Druckspeicher von einem insbesondere hydraulischen Druck mittel beauischlagt
ist, wobei der RUokdruck derart gesteuert wird, daß die Differenz beider Drücke
konstant gehalten wird.
-
Um den Differenzdruck konstant zu halten, iat nach dem Hauptpatent
ein Druckmeßgerät vorgesehen, das den Druck eui der Spritzdruckseite des Arbeitskolben
und damit
den Druck im Druckspeicher mißt und entsprechend diesem
Druck den Rückdruck steuert. Diese unmittelbare Erfassung des Druckes im lruckspeioher
erfordert ein sowohl bei niedrigen Druckwerten als auoh beim ISximaldruck im Druckspeicher
gleich genau arbeitendes, d.h. stets auf die Differenz von nur einigen Atmosphären
ansprechendes Druckmeßgerät, Beim Maximaldruck im Druckspeicher ist somit etwa eine
Genauigkeit von 0,1 ß notwendig. Sofern wie meistens ein Gasdruckspeicher und als
Rtlokdruckmedium 1 vorgesehen werden, muß außerdem dafür Sorge getragen werden,
daß beide Medien im Druckmeßgerät streng voneinander getrennt bleiben.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese beiden
Nachteile zu vermeiden und eine ausreichende Steuergenauigkeit bei kleinerem Aufwand
zu erreichen.
-
Erfindungsgemß wird eine den auf das Verdrängerelement wirkenden Druck
im Spritzzylinder gegentiber dem Druck aus dem Druckspeicher messende und den Rttckdruck
entsprechend steuernde Einrichtung vorgeschlagen. Diese Maßnahme vermeidet die unmittelbare
Messung des Druckes im Druckspeicher und ersetzt diese durch eine indirekte Messung
des Druckes des Druckspeichers, nämlich durch die Messung des unmittelbaren Differenzdruckes.
Da dieser im weoentliohen dem Plastifizierdruck entspricht, kann als Meßkriterium
der
auf das Verdrängerelement wirkende Plastifizierdruck genommen werden. Das hat den
Vorteil, daß gegendber dem Maimaldruck des Druckspeichers zeine Drücke gemessen
werden und daß der Druckwertbereich stets der gleiche ist, und zwar sowohl bei kleinem
als auch bei großem Druck im Druckspeicher.
-
Es ist zwar bereits aus der DT-PS 1 196 356 bekannt, den Druck im
Plastifizierzylinder zu messen und danach den Rückdruck zu steuern. Abgesehen davon,
daß diese Steuerung bezweckt, den Plastifizierdruck insbesondere dann niedrig zu
halten, wenn durch ein "eingefrorenes" Verdrängerelement die Gefahr besteht, daß.
der Plastifizierdruck schädliche hohe Werte erreichen kann - eine Gefahr, die sich
im übrigen inzwischen als nicht gegeben herausgestellt hat und abgesehen davon,
daß dort das Problem. des Rückdruckes gegen einen während des Rückhubes stark wachsenden
Druck im Druckspeicher nicht vorliegt, wird dort der Druck im mit plastifiziertem
Kunststoff gefüllten Spritzzylinder selbst gemessen, was erhebliche technische Schwierigkeiten
bereitet.
-
Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten dadurch, daß die Druckmessung
nicht im Spritzzylinder erfolgt, sondern an einem Teil, nämlich dem Verdrängerelement,
das
schon von Hause aus die Aufgabe hat, sich im Spritzzylinder
hin und her zu bewegen, und das also den Plastifizierdruck sicher und ohne besonderen
Aufwand anzeigt.
-
Die Erfindung kann in mehrfacher Weise ausgestaltet werden. Eine zweckmäßige
Ausführung besteht darin, daß die Steuereinrichtung eine die Zusammendrückung (Stauchung)
des Verdrängerelements oder-dessen Verbindung mit dem Arbeitskolben messende Vorrichtung,
s.B. in Form von Dehneßstreifen, aufweist.
-
Bei einer anderen Ausgestaltung wird der Arbeitskolben mit dem Verdrängerelement
über ein Federglied, z.B. Tellerfedern, in Wirkverbindung gebracht, wobei die Steuereinrichtung
auf das Maß der Zusammendrückung des Federgliedes, d.h. auf die gegenseitige Lage
des Arbeitskolbens und des Verdrängerelements, anspricht. Die Federkraft wird hierbei
so bomeasen, daß das Verdrängerelement dann, wenn der Plastifizierdruck einen bestimmten
Wert überschreitet und das Federglied hierbei auf Grund des entgegen£esetzt gerichteten
Druckes im Druckspeicher entsprechend belastet wird, auf Grund des zurückgelegten
Federwegen einen Schieber betätigt, der Druckmittel auf die RUckdruckseite des Arbeitakolbens
strömen läßt und diesen gegen den steigenden Druck des Druckspeichers so lange
bewegt,
bis die Federkraft auf ihren frUheren, dem Plastifizierdruck entsprechenden Wert
gesunken ist.
-
Zur Verwirklichung dieser Naßnahie wird zweckmäßigerweise die Steuereinriohtung
als Nachlaufsteuerung ausgebildet, bei der ein Kolben-Zyli nder-Aggrgst mit ein
einen Teil mit dem Verdrängerelement und mit seinem anderen Teil mit dem Arbeitskolben
fest verbunden ist, wobei der Kolben je nach seiner Stellung zum Zylinder über Steuorkanten
mehr oder weniger den Druckmittelfluß zur Rückdruckseite des Arbeitakolbens freigibt.
Binde derartige Steuerung ist stufenlos und daher ftlr eine feinfühlige Regelung
gut geeignet. Statt der Tellerfedern kennen auch andere Federarten oder eine Luftfederung
vorgesehen werden.
-
Eine weitere Ausführungsvariante besteht in der Verwendung eines hydraulischen
Drukkissens, das zwischen dem Verdrängerelement und dem Arbeitskolben vorgesehen
ist und in einem an das Drukkissen angeschlossenes Druckeinstellgerät, wobei die
Steuereinrichtung auf die gegenseitige Lage des Arbeitskolbens und des Verdrängerelements
ansrricht. Hierbei kann vorteilhafterweise das den Rückdruck aufbringende Druckmedium
auch das Druokkissen erzeugen und den Druckkissenkolben beaufschlagen.
-
Das wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß der Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregats
unmittelbar neben dem Druckkissenkolben angeordnet ist, mit diesem fluchtet und
zur Weiterleitung des Druckmediums zum Druckkissen Längs-und Querbohrungen aufweist.
Diese Bau.art erfordert verhältnismäßig wenig Platz und ist auch herstellungsmäßig
nicht aufwendig. B*Qnder Vorteile werden dann erreicht, wenn der Kolben als gesonderter
Teil (d.h. getrennt vom Verdrängerelement bzw. Arbeitskolben) ausgebildet und schwimmend
gelagert ist und mit seinem einen Ende an dem Druckkissenkolben anliegt und mit
seinem anderen Ende vom Druckklosen beaufschlagt ist. In diesem Fall kann der eigentliche
Druckkissenkolben entsprechend kleiner ausgeführt werden.
-
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Brfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 und 2 eine Auaftthrung der Steuereinrichtung mit Tellerfedern, Fig.
3 eine solche mit Dehnmeßstreifen und Fig 4 eine solche mit einem hydraulischen
Druckkissen, und zwar jeweils in einem Långschnitt durch eine Spritzeinheit bzw.
-
einen Teil derselben.
-
Bin in einem Spritzzylinder 1 gelagertes Verdrngerelement 2 (Spritskolben)
ist gemäß den Fig. 1 und 2 Über ein Verbindungsstück 3, Tellerfedern 4, eine Steuerbüchse
5 und eine Kolbenstange 6 mit einem Arbeitskolbon 7 verbunden. Dessen Spritzdruckseite
7a wird über eine Leitung 8 von dem gasförmigen Medium aus einem geschlosenen Druckspeicher
9 besufsohlagt. Die Rückdruckseite 7b wird von einem flüssigen Medium beaufschlagt,
das von einer Pumpenanlage 10 über eine Leitung 11 zu einer oteuereinrichtung 12
und von dort über eine Leitung 13 geleitet wird.
-
Die Steuereinrichtung 12 weist einen auf dem Verbindungsstück 3 befestigten
Kolben 14 und einen in der Steuerbüchse eingearbeiteten Zylinder 15 mit einer Steuerkante
16 auf, zu deren beiden Seiten Je eine Bohrung 17 bzw. 18 angeordnet ist, wobei
die Bohrung 17 an die Pumpendruckzuleitung 11 und die Bohrung '18 an die zur Rückdruckseite
7b des Arbeitakolbens 7 führende Leitung 13 angeschlossen ist.
-
Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist folgende: Zu Beginn des Plastifiziervorgangs
wird von einer Vorplastifiziereinrichtung 19 der plastifizierte Kunststoff über
eine ein Rückschlagventil 20 aufweisende Leitung 21 in den Zylinderraum 22 gedrückt.
Da hierbei die Spritzdüse 23
geschlossen ist (nicht dargestellt),
muX das Verdrängerelement 2 nach rechte ausweichen. Hierbei werden die Tellerfedern
4 zusammengedrückt, weil von der Spritzdruokseite 7a des Arbeitskolbens 7 der Druck
des Druckspeichers 9 wirkt. Sobald die Zusemmendrückung der Tellerfedern 4 ein bestimmtes
Maß erreicht hat, was einem bestimmten Druck im Zylinderraum 22 entspricht, wird
die Steuerkante 16 von dem linken Ende des Kolbens 14 freigegeben, so daß die Druckflüssigkeit
aus der Leitung 11 in die Leitung 13 und auf die Rückdruckseite 7b des Arbeitskolbens
7 strdmen kann und diesen gegen den Druck des Druckspeichers 9 nach rechts verschiebt.
Durch diese Verschiebung bewegt sich die Steuerkante 16 auf den Kolben 14 zu, so
daß sich ein entsprechender Spalt 27 (vgl. Fig.2) zwischen diesen einstellt.
-
Ist die rechte Endetellung des Verdrängerelements 2 und des Arbeitskolbens
7 erreicht, wird die Vorplastifiziereinrichtung 19 abgestellt. Während der Jetzt
eintretenden Standzeit wird die Kunststoffmasse im Zylinderraum 22 durch die Steuereinrichtung
12 unter dem eingestellten Druck gehalten. Bei dem nun folgenden Einspritzvorgang
wird ein s.baperrhahn 24 in der Leitung 13, der beim Rückhut des Verdrängerelements
2 geschlossen war, geöffnet.
-
Das auf der Rückdruckeeite 7b befindliche Druokmedium kann hierbei
über eine Leitung 26 entweichen, so daß der
hohe Druck des Druckspeichers
9 den Arbeitskolben 7 und damit das Verdrängereleent 2 stoßartig nach links drückt
und dabei den im Zylinderraum 22 befindlichen Kunststoff über die Spritzdüse 23
in die nicht dargestellte Form drückt. Hierbei werden die Tellerfedern 4 so zusammengedrückt,
daß das linke Ende des Verbindugsstückes sich an einen Bund 25 des Verdrängerelements
2 anlegt.
-
a Die Druckhöhe im Zylinderraum 22 wird durch die Kraft der Tellerfedern
4 und durch die Länge des Kolbens 14 bestimmt. Man kann daher an sich bekannte Maßnahmen
vorsehen, um sowohl die Vorspannung der Tellerfedern 4 und die Lag. des Kolbens
14 zu verändern. Da sich nicht nur die Steuerbüchse 5 gegenüber dem Spritzzylinder
1, dessen Gehäuse als Lagerung auch für die Steuerbüchse 5 und den Arbeitskolben
7 dient, sondern auch der Spritzzylinder 1 gegenüber der Porm beim Spritzvorgang
bewegen, werden die Leitungen 11 und 13 über Schläuche 11a und 13a an die Steuerbüchse
angeschlossen.
-
Die Ausführung nach Fig. 3 hat den grundsätzlichen Aufbau des Spritzzylinders
1, des Verdrängerelsents 2, die Kolbenstange 6 und des Arbeitskolbens 7 wie nach
Fig.1, weist aber eine starre Verbindung der drei letztgenannten Teile und einen
D.hnmeßstreifen 30 auf, der an der Kolbenstange 6 zwischen dem Verdrängerelement
2 und dem Arbeitokolben 7
angebracht und mit einem Meßgerät 32
verbunden ist.
-
Dieses steuert über eine Verbindung 33 die hydraulische Nachlaufsteuerungseinrichtung
34, wie sie bereits zu Fig. 1 beschrieben worden ist, Erleidet die Kolbenstange
6 eine Stauchung bestimmer Größe auf Grund des Druckes im Zylinderraum 22, registriert
der Dehnmeßstreifen 30 dies und gibt z an das Meßgerät 32 weiter, das seinerseits
die Leitung 35 der Pumpenanlage 36 mit der zur Rückdruckseite 7b führenden Leitung
37 freigibt, so daß der Arbeitakolben 7 gegen den Druck in der Leitung 8 und im
nicht dargestellten Druckspeicher nach rechts gedrückt wird.
-
Während des Binzpritzeorgange, d.h., während der Druck im Druckspeicher
das Verdrängerelement 2 nach links drückt, fließt die an der Rückdruckseite 7b des
Arbeitkolbens 7 befindliche Flüssigkeit über die Leitungen 37 und 38 ab.
-
Um die Anlage feinfühliger zu machen, kann der Durchmesser der Kolbenstange
6 verkleinert werden; die Stelle, an der der Dehnmeßstreifen 30 angeordnet ist,
kann aber auch als federndes Brückenglied od.dgl. ausgebildet werden.
-
In Fig.4 ist von dem Spritzteil lediglich ein im Betrieb gemäß Pfeil
39 hin- und hergehender Ausschnitt zu sehen, nämlich der Bereich zwischen dem im
Spritzzylinder geftlhfr ten Vedrängerelement 2 und der Kolbenstange 6 des Arbeitskolbens
7.
Das rechte Ende des Yerdräng.relementu 2 ist als Kolben fur ein hydraulisches Druckkissen,
nämlich als Druckkissenkolben 40 ausgebildet, des in dem als Druckkissensylinder
41 ausgebildeten linken Ende der Kolbenstange 6 geführt ist. Die hydraulische Naohlauisteuerung
ist grundsätzlich wie nach Fig.1 susgeffihrt.
-
Sie weist einen Kolben 42 auf, der im Druckkissenzylinder 41 schwimmend
gelagert ist. Seine Lage ist links begrenzt durch den Druckkissenkolben 40, rechts
durch eine Feder 43, die am Ende der Kolbenbohrung 44 anliegt.
-
Eine Pumpenanlage 45 fördert über ein. Leitung 46 und ein Schlauchstück
46a Druckflüssigkeit in einen Raum 47.
-
Die Lage der Steuerkante 49 des Kolbens 42 und der Steuerkante 50
eines benachbarten mit der Rückdruckseite des Arbeitskolbens silber ein Schlauchstück
58a und eine Leitung 58 verbundenen Raumes 48 liegen nach der Darstellung in Fig.4
so, daß der Arbeitskolben nicht beaufschlagt wird. Dagegen gelangt die Druckflüssigkeit
über Querbohrungen 51 und 52 und eine Längsbohrung 53 im Kolben 42 in die lruckkisaenräume
54 und 55 und baut das Druckkissen auf, dessen Druck dem Plastifizierdruok im Spritzzylinder
entspricht, der durch das mit dem Druckkissenraum 55 über eine Leitung 56 verbundene
Druckeinstellgerät 57 einstellbar ist.
-
Steigt der Plastifizierdruck an und wird der am Druckeinstellgerät
57 eingestellte Druck in den Druckkissenräumen 54 und 55 Überschritten, öffnet sich
das Ventil des Druckeinstellgeräts 57. Hierbei bewegt sich der Druckkissenkolben
nach rechts und nimmt dabei den Kolben 42 mit. Dabei verschiebt sich die Steuerkante
49 bis zur Stellung rechts von der Steuerkante 50, wodurch die gegenseitige Verbindung
der Räume 47 und 48 und damit deren Verbindung mit der RUckdruckseite des Arbeitskolbens
über die Leitung 58 zustandekommt. Da der erforderliche Druck zum RUckwärtsbewegen
des Ärbeitskolbens gegen den Druck im Druckspeicher zumindest gegen Sunde des Rückhubes
viel größer ist als der Plastifisierdruck, ist die Bohrung 51 als DÜse ausgebildet.
-
Damit der Arbeitskolben unabhängig vom Plastifizierdruck zurückechiebbar
ist, ist zwischen den Leitungen 46 und 58 ein zu diesem Zweck zu öffnender Lbsperrhahn
59 vorgesehen.
-
Ferner ist zur Druckentlastung der Steuereinrichtung in der Leitung
58 ein Rückschlagventil 60 vorgesehen. Diese beiden Einrichtungen sind bei den liusfUhrungsbeispielen
nach den Fig.1 und 5 ebenfalls möglich.