DE2317360A1

DE2317360A1 - Kombiniertes ventil zum absperren und zur mengenregelung von duesen

Info

Publication number: DE2317360A1
Application number: DE2317360A
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Geist
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1973-10-18
Also published as: FR2179215A1; US3780764A; CA976212A; FR2179215B1; JPS4910252A; IT982737B; NL7304840A; BE797880A; SE394263B; GB1423727A; JPS5244345B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ventile zum Absperren und zur Mengenregelung von Düsen. Diese werden in Maschinen zum Spritz- und Blasformen von thermoplastischen Stoffen verwendet. Die gebräuchlichen Ventile zum Absperren und zur Mengenregelung von Düsen sind voneinander getrennte Einheiten. Es besteht ein Bedarf für eine kompaktere Anordnung, bei der die voneinander getrennten Ventile zum Absperren und zur Mengenregelung von Düsen in einer kompakteren Einheit mit einer besseren Strömungsform kombiniert werden.

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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein kombiniertes Ventil zum Absperren und zur Mengenregelung von Düsen vorgesehen. Es ist zum Gebrauch an einer Gasmaschine für Kunststoffe bestimmt und umfaßt einen Ventilkörper mit einer Bohrung, die mit einem Auslaßkanal verbunden ist. Der Auslaßkanal hat einen verkleinerten Durohmesser und fluchtet achsial mit der Bohrung und einem radialen * Einlaßkanal. Es umfaßt um einen Ventilschaft mit einem inneren .achsialen Durchflußkanal, der sich achsrecht in der Bohrung befindet. Der Ventilschaft .

kam sich in der Bohrung achsial

verschieben. " * Ein Stab für das Düsenventil befindet sich verschiebbar in dem inneren achsiaHen Durchflußkanal des Ventilschaftes. Er ist so ausgerichtet, daß er in den Durcls.·=- flußkanal hineinpaßt und so das Verschließen des Ausflußkanals bewirkt. Die unteren Oberflächen der Bohrung und des Ventilschaftes haben parallele ringförmige Oberflächen und bilden einen Zwischenraum, der in der Breite variabel ist, so daß auf diese Weise durch das Ventil eine Mengenkontrolle bewirkt wird.

In dem Ventil nach der vorliegenden Erfindung fließt das Fluid zwischen zwei parallelen oder fast parallelen Oberflächen, die jeweils einen Reibungswiderstand auf das Fluid ausüben. Das Ausmaß, in dem der Widerstand den Durchfluß des Fluids einschränkt, hängt von der Länge der Oberfläche und von dem Abstand zwischen den Oberflächen ab. Zusätzlich zu diesen Einwirkungen auf das Fluid wurde die Durchflußöffnung für das Fluid verkleinert. Wenn ein Fluid über eine Oberfläche fließt, ist anzunehmen, _r daß das mit der Oberfläche in Kontakt befindliche Fluid still steht. Es soll in einigen Fällen ein

Schlupf an der Oberfläche feststellbar gewesen sein, aber diese Fälle waren die Ausnahme von der Regel. Es wird vorausgesetzt, daß sich an beiden parallelen Oberflächen des Ventils ein still stehendes Fluid befindet. Obwohl die

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Geschwindigkeit an der Oberfläche gleich Null ist, steigert sich diese mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche. Im Falle des Ventils nach der Erfindung befindet sich die Höchstgeschwindigkeit in der Mitte zwischen beiden parallelen Oberflächen. Wenn die Oberflächen enger zusammengebracht werden, wird die Durchschnittsgeschwindigkeit verringert.

Das Volumen des Fluids, das zwischen beiden Oberflächen hindurchgehen kann, ist eine Funktion von der Fläche, die sich senkrecht zu der Strömung befindet, durch die das Fluid fließt, und eine Funktion von der Durchschnittsgeschwindigkeit des Fluids. Wenn beide Oberflächen enger zusammengebracht werden, verkleinert sich die Fläche, durch die das Fluid fließen muß, und ebenso verringert sich die Durchschnittsgeschwindigkeit. Deshalb fließt in der gleichen Zeit weniger Fluid zwischen den Oberflächen hindurch.

Dieses ist von Bedeutung, wenn beim Struktur -Schaumstoff-Spritzguß gleichzeitig mehr als eine Düse mit Ventil benutzt wird. Die Düsen-Ventilkombinationen werden in paralleler Anordnung miteinander verbunden, so daß sie aus einer gemeinsamen Zufuhrleitung beliefert werden können. Bei dieser Anordnung ist nicht die Zeit von Bedeutung, sondern die Tatsache, daß eine Düsen-Ventilkombination auf die Strömung einer größere Beschränkung ausübt als eine andere. Dies bewirkt, daß reiner Schaumstoff aus der Düse mit der geringeren Begrenzung austritt. So ist es zum Beispiel möglich, daß ein Teil von ' 1,0 Kg. . aus der einen Düse gepreßt wird, während gleichzeitig ein Teil von 4»5 Kg._ aus einer anderen Düse gepreßt wird. Bei früheren Versuchen, eine kompakte Einheit zu bilden, wie in der Einheit nach dem U.S. -Patent 3 561 062, wird nur die Größe der Öffnung, durch die das Fluid aus dem Anschlußstück in die Düse gehen muß, begrenzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus der sich weitere wich—tige Merkmale ergeben. Es zeigt:

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Pig. 1 eine Schnittansicht durch, ein Ventil nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansieht einer anderen Ausführungsform von dem Ventil nach der Erfindung;

Fig. 3 eine 'Kurvenschar-j, - die die Mengenregelung durch das Tentil nach der Erfindung in Vergleich mit der leistung eines vorbekannten Ventils darstellt.

In der Ausführungsform des Ventils nach Pig. 1 enthält ein / Verteiler oder '

/ Anschlußstüek 10 eine gewöhnliche Zufuhrleitung 12. Eine gebräuchliche Düse 13 hat einen kreisförmigen Düsenkanal Die Düse "besteht aus einem Axial-Ventilschaft 16, der sich , in einer geschlossenen Bohrung in dem Ventilkörper befindet und der ein ringförmiges, vorstehendes Teil 18 aufweist. Eine parallele, ringförmige, vorstehende Oberfläche 20 ist auch in den Ventilkörper eingearbeitet. Durch das Verstellen des Ventilschaftes 16 nach oaer unten, wie z. B. durch Drehen auf Gewlndestücfe oder ähnliches kann die Breite des Zwischenraumes variabel verstellt werden. Die beiden parallelen Oberflächen 18 und 20 sind schon vorher bei der Erläuterung des Verfahrens erwähnt worden. Ein Düsenstab 24 geht durch den Ventilschaft hindurch und ist mit diesem konzentrisch angeordnet. Durch äußere Mittel angetrieben, gleitet der Düsenstab 24 in den Ventilschaft 16. Er wird in der geschlossenen Position gezeigt, in der die Masse nicht durch den Düsenkanal 14 strömen kann. Durch Zurückziehen des Stabes aus dem Düsenkanal 14 wird das Strömen der Masse eingeleitet und die Düse ist dann offen. .

Während des Arbeitsvorganges, wenn der Düsenstab 24 aus dem Düsenkanal zurückgezogen ist, strömt die Masse aus der Zufuhrleitung 12 des Anschlußstückes durch den Einlaßkanal 26 und in die ringförmige Kammer 28 in dem Ventilkörper. Die Masse verteilt sich um den Ventilschaft 16 und geht durch den

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Zwischenraum 22 hindurch, in welchem das Drosseln oder das Regeln der Masse vorgenommen wird. Die Masse geht dann durch den Diisenkanal 14, durch die (nicht gezeigte) Düse und in die Gußform. Wenn die gewünschte Menge der Masse in die Gußform eingespritzt ist, wird der Düsenstab in den Kanal 14 eingeführt, wodurch die Düse geschlossen wird. Wenn der Ventilschaft einmal auf die richtige Mengenregelung eingestellt ist, "bleibt er in dieser Position und wird nicht für jeden Einspritzzyklus geändert. Im Gegensatz dazu bewegt sich der Düsenstab bei jedem Einspritzzyklus in den Düsenkanal hinein und wieder heraus. Durch das Einstellen des Ventilschaftes kann die Größe des Zwischenraumes 22 zwischen den parallelen Oberflächen 18 und 20 verändert werden, und der Strom durch das Ventil kann abgewandelt werden.

Der Winkel des vorspringenden Teils des Ventilschaftes und der parallelen Oberfläche des Ventilkörpers wird für unkritisch gehalten. Bei einer vorgegebenen Abmessung für die Veränderung des Zwischenraumes erfordert ein großer Winkel eine geringere Bewegung des Ventilschaftes als ein kleiner Winkel. Bei gleicher Länge des vorspringenden Teils ergibt sich aus einem flachen Winkel ein nicht zu massiger Ventilschaft und eine nicht zu massige Ventilanordnung. Der Anteil, um den das Volumen verringert wird, ist klein. Bei gleicher Länge des vorspringenden Teils verringert ein flacher Winkel das Verhältnis des Einlaßraumes zu dem des Auslaßraumes der Ventile.

In der in Fig. 2 der Zeichnung gezeigten Ausführungsform gehen der Düsenstab 24 und der Ventilschaft 16 durch die gemeinsame Zufuhrleitung 12 des Anschlußstückes hindurch. Es wird angenommen, daß diese Ausführungsform die bessere Strömungsform bietet. Im übrigen gleicht der Aufbau und die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 1.

Obwohl aas Struktur-Schaum-Spritzgußverfahren keine Vielfachdüsen erfordert, werden sie in der typischen Struktur-Schaum-

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stoff maschine, wie sie in den U.S. Patenten 3 268 636 und 3 436 446 beschrieben werden, benutzt, um Schaumstoff in Gußformen einzuspritzen. Diese Busen werden in mindestens einem Anschlußstück gruppiert. Dieses Anschlußstück enthält eine Leitung, die den Düsen den Kunststoff zuführt, und die Düsen zweigen von dieser Zuführleitung ab. In der Praxis werden Drosselventile zwischen die Zufuhrleitung des Ahschlußstückes und jede Düse gesetzt. Wenn mehr als eine Düse benötigt wird, werden die Drosselventile dazu benutzt, die Menge der Masse, die aus Jeder benutzten Düse strömt, zu regulieren. Wenn ein Teil oder Teile mit einem Gesamtgewicht von -10 lbs (=4,5 kg) gegossen werden sollen, können die Ventile" so eingestellt werden, daß aus einer Düse 2 lbs (= 3,0 kg austreten, 3 lbs (= 1,5 kg)· aus einer anderen und 5 lbs (= 2,5 Kg) aus einer dritten. Die Anzahl der Düsen, die benutzt werden können, ist unbegrenzt. Das Anschlußstück wird von einem Akkumulator beliefert, der seinerseits durch einen Extruder mit Schaumstoff beliefert wird. Der Akkumulator verdrängt eine einstell bare geregelte Menge des Materials. Wenn die Ventile nicht vollständig geschlossen,'wird der Akkumulator ohne Rücksicht auf die Einstellung der Drosselventile dieselbe Menge Schaumstoff aus der Maschine pressen. Das Einstellen der Drosselventile verändert die Verteilung des Schaumstoffes, jedoch, nicht die gegossene Gesamtmenge.

Wie in den Kurven nach Fig. 5 gezeigt wird, wird das Verhältnis zwischen der. prozentualen Änderung in der Strömung -^-JL.

für die entsprechende prozentuale Änderung in den Einstellungen gezeigt. Die Kurven A und C zeigen das Verhältnis

für ein Ventil nach der Erfindung, während die Kurven B und D das Verhältnis für die vorbefcannte Anordnung zeigen, bei der Düse und Drosselventil voneinander getrennt sind. Diese vergleichenden Tests entsprechen Leistungskurven für diese beiden Ventiltypen, die den völlig geöffneten Zwischenraum, der zur

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Erreichung ähnlicher Ergebnisse "benötigt wird, miteinander vergleichen sollen. Bei den Tests wurde Polyäthylen von hoher Dichte als Kunststoffschmelzmasse verwendet, und es ergaben sich folgende Daten:

Kurve Zwischenraum

A 7,140 mm (0.278 in.)

B 4,361 mm (0.166 in.)

C 12,700 mm (0.500 in.)

D 8,329 mm (0.333 in.)

Diese Meßwerte zeigen, daß hei gleicher Strömung die größeren Zwischenräume des Ventils nach der Erfindung eine weniger feinstufigere Einregelung zulassen als die kleineren Zwischenräume der vorgenannten Ventile. Daher erbringt das Ventil nach der Erfindung eine stärkere Drosseisteuerung.

In einem Beispiel von der Arbeitsweise des kombinierten Ventils zum Absperren und zur Mengenregelung von Düsen wurde ein Ventil nach Pig. 1 dazu benutzt, die Strömung einer Kunststoffschmelzmasse in einer Struktur-Schaum-Spritzgußmaschine zu steuern. Die Schmelzmasse war hochstoßfestes Polystyrol das ein schäumendes Reaktionsmittel enthielt und das bei

einem Druck von 190 kg/cm (2700 p.s.i.) und einer Temperatur von 248,89° C (480° F) gehalten wurde. Ein Schmelz-Einfüllgewicht von insgesamt 0,45359 kg (one pound) wurde durch ein Ventil auf zwei Einspritzdüsen verteilt. Die beiden Einspritzdüsen waren von der Einstellung der ringförmigen Zwischenräume der beiden Düsenventile abhängig. Die Zwischenräume wurden mit Hilfe der drehbaren Einstellvorrichtung durch Schrauben an den Ventilschaften eingestellt.

Die länge des vorstehenden Teils an der Drosseloberfläche an "beiden Ventilscliäften betrug 25,4 mm (one inch). Die Fläche des vorstehenden Teils bildete einen Winkel von

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mit dem Ventilschaft. Der Durchmesser der Schräge "betrug an ihrer weitesten Ausdehnung 50,8 mm (two inches), an ihrer kleinsten Ausdehnung 15»875 mm (0.6255 inches). Dies war auch der Durchmesser des Durcgangskanals in dem Ventilschaft, durch den der Düsenstab hindurchgeht. Der Durchmesser der Kammer des Ventilkörpers betrug insgesamt 63,5 mm (2.5 inches), die Strecke von dem oberen Teil des Ventilkörpers bis zu dem Beginn der abgeschrägten Fläche von 45° betrug 35»114 mm (1-9/16 inches). Der Düsenstab hatte einen Durchmesser von 15,874 mm (0,6245 inches), und der Durchmesser des Durchgangskanals betrug 0,655 inch (=16,644 mm) .Der Durchmesser der Zuleitung in dem Anschlußstück betrug 38,100 mm (1.5 inches), und der Zuleitungskanal, der das Anschlußstück mit den Ventilkammern verbindet, hatte einen Durchmesser von 19,050 mm (3/4 inches). Das Anschlußstück und der Ventilschaft waren aus Stahl, während der obere Ventilkörper und der Düsenstab aus einer Bronzelegierung bestanden.

In anderen Anwendungsformen wurde das Ventil dazu benutzt, die Strömung von Polyäthylen und anderen Kunststoff-Schmelz- ' massen zu steuern.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

Kombiniertes Ventil zum Absperren und zur Mengenregelung von Düsen zur Verwendung mit einer Kunststoff -»Formmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilkörper mit einer Bohrung versehen ist, die in Verbindung zu einem Auslaßkanal mit verkleinertem Durchmesser steht, ferney,daß der Ventilkörper mit seiner Achse mit der Bohrung lind einem kreisförmigen Einlaßkanal (12) achsial fluchtet, daß sich ein Ventilschaft (16),der in seinem Inneren einen axialen Durchgangskanal (14) hat, achsial in der Bohrung (14) befindet, wobei er sich in ihr achsial bewegen kann, daß sich ein Düsen-Ventilstab (24)verschieb-/in dem inneren, axialen Durchgangskanal (14) des Ventilschaftes (16) befindet, wobei er mit dem Durchgangskanal (14) auf einer Linie ausgerichtet ist, so daß er diesen verschließen

kann, und - daß untere Oberflächen (18,

20) der Bohrung (14) und des Ventilschaftes (16) parallele, ringförmige Oberflächen haben, die einen Zwischenraum (22) mit variabler Breite bilden, so daß durch das Ventil eine Mengenregelung bewirkt wird.
2. Düsenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine ringförmige Kammer (28) zwischen der Bohrung in dem Ventilkörper und dem Ventilschaft (16) befindet, die mit dem kreisförmigen Einlaßkanal (12) und dem Zwischenraum (22) mit variabler Breite in Verbindung steht.

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3. Düsenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Einlaßkanal (I2^jg einer ringförmigen Sammelkammer enrdet, die/zwischen der Bohrung in dem Ventilkörper und dem Ventilschaft (16) stromauf der ringförmigen Kammer (28) befindet.

Der Patentanwalt:

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