DE2414668C3

DE2414668C3 - Hydraulischer Arbeitszylinder für die Formschließvorrichtung einer Kunststoff-Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE2414668C3
Application number: DE2414668A
Authority: DE
Inventors: Karl 72290 Loßburg Hehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-27
Filing date: 1974-03-27
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE2424781C2; DE2414668B2; DE2414668A1; DE2424781A1

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Arbeitszylinder mit Bewegungs- und Krafthub für die Formschließvorrichtung c'iner Kunststoff-Spritzgießmaschine. entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Arbeitszylinder dieser Art ist die Ventilhülse prinzipiell nur in einer Richtung über eine Axialbohrung der Kolbenstange aus demjenigen Zylinderraum heraus beaufschlagbar, der beim Krafthub mit dem Hochdruckraum eine hydraulische Einheit bildet und insoweit Hochdruckraum ist. Dabei wird notwendigerweise die Ventilkammer t^r den Schließhub unter Beaufschlagung der Ventilhülse aus dem Hochdruckraum benützt. Aus diesem Grunde folgt wiederum der Zwang, die gegensätzliche Verschiebung der Ventilhülse mit Hilfe einer Schraubenfeder durchzuführen, was eine stufenförmige Ausbildung der Kolbenstange im Bereich der Ventilhülse zur Folge hat. Letzteres ist nachteilig für die Serienfertigung (DE-PS 22 36 094).

Bei einem anderen bekannten Arbeitszylinder vergleichbarer Art werden zwar die Überströmventile ebenfalls ausschließlich durch hydraulische Einrichtungen auf- und zusteuert, wobei das Drucköl für diese hydraulischen Einrichtungen über Kanäle in der massiven Kolbenstange zugeführt wird. Dabei dient jedoch der Kraftkolben selbst als Ventilkörper. Der Sitz für diesen als Ventilkörper dienenden Kraftkolben ist durch einen Radialflansch der Kolbenstange gebildet. Dieser ist in einer Ringkammer des Kraftkolbens angeordnet, in welche die Überströmkanäle münden.

Beim Schließen und öffnen der Überströmkanäle wird der Kraftkolben selbst in bestimmten Grenzen relativ zur Kolbenstange axial bewegt. Er bildet insoweit zusammen mit dem Flansch der Kolbenstange das Ventil zum Schließen und Öffnen der Überströmkanäle. Bei einer solche Gestaltung des Ventils ergibt sich zwar ein einfacher mit Bezug auf die Achse des Druckzylinder? radialsymmetrischer Aufbau des Ventils. Fertigungstechnisch bereitet jedoch die Herstellung sowohl der Kolbenstange mit Flansch als auch der Kraftkolben mit einer inneren Ringkammer gewisse

Schwierigkeiten. Darüberhinaus ist die Masse des als Ventilkörpe·· dienenden Kraftkolbens relativ groß, wodurch die Reaktionsfähigkeit des Ventils eingeschränkt und der Aufschlag des Ventilkörpers auf seinen Sitz bei jedem Schaltvorgang relativ hart ist (DE-OS 17 78 952. Rg. 11-13).

Bei einer weiteren an sick bekannten, vergleichbaren Antriebsvorrichtung ist das Ventil als Sitzventil (Cartridge) ausgebildet, das jedoch exzentrisch im Kraftkolben angeordnet ist. Ein solches Ventil ist zwar sehr reagibel. Aufgrund seines asymmetrischen Aufbaues sind seine fertigungstechnischen Voraussetzungen indessen unbefriedigend (DE-GM 73 11 337).

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne Beeinträchtigung des Gesamt-Durchfluß-Querschnittes und damit der Durchflußgeschwindigkeit des Drucköls durch den Kraftkoiben das die Oberströmkanäle Heuernde Ventil so auszubilden, daß es bei günstigeren Voraussetzungen für eine Serienfertigung schneller reagiert und für eine wesentlich vergrößerte Skala unterschiedlicher Spritzprogramme geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilhülse einenends in einen bei geschlossenem Ventil an der Ringschulter des Kraftkolbens anliegenden Flansch ausläuft, im Bereich dieses Flansches den Hochdruckraum unmittelbar begrenzt und dort von diesem aus für einen hydraulischen Hub beaufschlagbar ist und daß das flanschfreie Ende der Ventilhülse die Ringkammer begrenzt, die vom Hochdruckraum abgedichtet und über die Axialbohrung mit Druckmedium beschickbar ist.

Bei einem solchen Aufbau, der eine beidseitige hydraulische Steuerung bei tragbarem baulichen Aufwand sicherstellt, läßt das Ventil eine weit größere Skala von Spritzprogrammen zu. weil das öffnen und Schließen des Ventils vom Anfang und Ende des Krafthubes und des Bewegungshubes unabhängig ist. Der Öffnungs- bzw. Schließhub der Ventilhülse erfolgt immer dann, wenn nach eingestelltem Programm eine entsprechende Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckraum und der Ringkammer besteht. Diese Druckdifferenz kann zeitlich willkürlich gesetzt werden. Dies ist für moderne Spritzverfahren von Bedeutung, die zum Beispiel bei Sonderprograpimen zunehmend ·*5 eine größere Variabilität und eine höhere Geschwindigkeit beim Öffnen und Schließen der Überströmkanäle verlangen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Formschließvorrichtung mit seinen Arbeitszylindern teilweise im Längsschnitt.

Fig. 2 u. 3 einen längsgeschnittenen Kraftkolben eines Arbeitszylinders mit in Offen- und Schließstellung befindlichen Ventil,

F i g. 4 den Kraftkolben gemäß F i g. 5 in Stirnansicht (vom Niederdruckraum aus gesehen),

Fig.5 die Variante des Kraftkolbens gemäß Fig.4 im Längsschnitt bei Schließstellung des Ventils,

Fig.6 ein anderes Ausführungsbeispiel der Formschließvorrichtung mit seinen Arbeitszylindern in einer Darstellung gemäß F i g. 1 und ί·5

F i g. 7 u. 8 einen Ausschnitt aus der Formschließvorrichtung gemäß F i g. 6 im Bereich des Kraftkolbens bei geschlossenem und geöffnetem Ventil.

Wie aus den Fig. 1—3 ersichtlich, sind die hydraulischen Arbeitszylinder Bestandteile der Formschließvorrichtung einer Kunststoff-Spritzgießmaschine.

Die eine Hälfte der Spritzgießform 13 ist an einem blockartigen Gußformstück 10 abgestützt, das als stationäre Aufspannplatte für diese Gießformhälfte dient In Bohrungen bei 75, 76 des Gußformstückes 10 sind Kraftkolben 24 axial verschiebbar gelagert. Die Kraftkolben 24 sitzen auf den Kolbenstangen 15 und 16. weiche aus dem Gußformstück 10 herausragen una an ihren freien Enden die Aufspannplatte 12 für die andere Hälfte der Spritzgießform 13 aufnehmen. Rückseitig überragen die Kolbenstangen 15,16 in Abschnitten 15', 16' (Fig. 1) bzw. 70 (Fig. 6) das Gußformstück 10. In den Abschnitten 15' bzw. 16' bzw. 70 sind die Kolbenstangen 24 von Hilfszylindern 11 unter Bildung von Zylinderräumen 80, 81 umschlossen die koaxial zu den die Druckzylinder bildenden Bohrungen bei 75, 76 angeordnet sind. Die Kolbenstangen 24 sind in je einer Führungsbuchse I7bzw. 18 des Gußfe-.¹ViStUCkS 10sowie in einem flanschartigen Anschlußteil des .iilfszylinders 11 geführt. Das rückwärtige Ende einer oder mehrerer Kolbenstangen 15, 15' kann als Kolben 14 ausgebildet sein.

Der \ .τ dem Kraftkolben 24 liegende Hochdruckraum 75 ist über die Zylinderöffnung 19. der hinter dem Druckkolben liegende Niederdruckraum 76 über die Zylinderöffnung 20 mit der Drucköiquelle bzw. je nach Stellung des Steuerschiebers mit dem Tankraum verbunden. Dasselbe gilt für die Zylinderräume 80, 82 bzw. 81 der Hilfszylinder 11 mit ihren Zylinderöffnungen 21,22 bzw. 23.

Der Zylinderraum 81 (Fig. I) steht über eine als Steuerkanal dienende Axialbohrung 31' im Abschnitt Ib der Kolbenstange 16 mit der an die Ventilhülse 25 angrenzenden Ringkammer 29 im Kraftkolben 24 und über einen weiteren Steuerkanal bei 31 in der Kolbenstange 16, über eine Verbindungsleiiung 8S und eine Steuerleitung in der Kolbenstange 15 mit der Ringkammer 29 des anderen Kraftkolbens 24 der Antiiebsvorrichtung in Verbindung.

Wie insbesondere aus den F i g. 2 und 3 erkennbar, ist der Ventiikörper eine auf der zylindrischen Mantelfläche der Kolbenstange 15 bzw. 16 geführte, diese Kolbenstange konzentrisch umschließende, vom Hochdruckraum 75 her beaufschlagbare Ventilhülse 25. die mn einer äußeren, mit Dichtungsring 36 versehenen Mantelfläche auf einer inneren zylindrischen Führungsfläche des Kraftkolbens 24 gleitbar gelagert ist. Bei geschlossenem Ventil liegt die Ventilhülse 25 an einer als Ventilsitz dienenden Ringschulter 30 des mitte'"-eines /weiteiligen Ringes 27 auf der Kolbenstange 16 brfes:gt:n Kraftkolbens 24 dichtend an (Fig. 3). Der Öffnungsweg der über die Steuerleitung bei 31 und die Ringkammer 29 bcaufschlagbaren Ventilhüise 25 ist durch einen Seegerring als Sicherungsring 26 begrenzt. In dem mit Gleitring 34 und Dichtung 35 versehenen Kraftkolben 24 sind die Überströmkanäle 28 auf einer Kreislinie angeordnet, wie aus Fig.4 ersichtlich. Sie münden in eine kreisförmige Ausnehmung 28', die über die Ringschulter 30 in die dem Hochdruckraum 75 zugewandte Stirnfläche des Kraftkolbens 24 übergeht.

Die kreisförmige, plane Sitzfläche des Flansches 25' der Ventilhülse 25 und die Ringschulter 30 des Kraftkolbens 24 sind um einen Winkel von etwa 45° gegen die Ventilachse a-a geneigt. Der Flansch des Ringkolbens erstreckt sich in radialer Richtung etwa bis zur Mittellinie b-b der Überströmkanäle 28, die parallel

zur Venlilachse verlaufen.

Der hydraulische Arbeitszylinder gemäß den Fig. 1—3 arbeitet ausgehend von einer geschlossenen Spritzgießform wie folgt: Zum Öffnen der Spritzgießform 13 wird der Zylinderraum 81 des Hilfszylinders 11 über die Zylinderöffnung 22 mit Drucköl beschickt. Dadurch werden der als als Kolben dienende Kolbenstangenabschnitt 16' der Kolbenstange 16, 16' und gleichzeitig über die Leitung bei 31', 31 und die Ringkammern 29 die Ventilhülsen 25 beaufschlagt und aus ihrer Schließstellung gemäß F i g. 3 in die Offenstellung gemäß F i g. 2 überführt. Anschließend wird die aus den Kolbenstangen 15, 16, den Kraftkolbcn 24. der Aufspannplatte 12 und die zugehörige Gießformhälfte gebildete Bewegungseinheit nach links gefahren und damit die Spritzgießform 13 geöffnet. Dabei fließt das im druckfreien Hochdruckraum 75 befindliche Drucköl ganz oder teilweise über die Überströmkanäle 28, 28' in

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Niederdruckraumes 76 kleiner als das des Hochdruckraumes 75. so wird eine gewisse Restmenge des Drucköls über die Zylinderöffnung verdrängt.

Zum Schließen der Spritzgießform 13 wird der Zylinderraum 80 des Hilfszylinders Il über die Zylinderöffnung 21 mit Drucköl beschickt. Durch Beaufschlagung des Kolbens 14 schließt sich die Spritzgießform 13 bei druckfreiem Zylinderraum 81. aus welchem das Drucköl ebenso verdrängt wird, wie die Luft aus dem Zylinderraum 82. Bei dieser Schließbewegung wandert das in den Niederdruckräumen 76 befindliche Drucköl über die Überströmkanäle 28, 28' der Kraftkolben 24 in die Hochdruckräume 75

Nach Schließen der Spritzgießform 13 wird in den Hochdruckräumen 75 der Hochdruck aufgebaut. Mit ansteigendem Druck werden die Ventilhülsen 25 in Schließstellung überführt und somit die Zuhaltekraft an der Spritzgießform 13 entsprechend dem Hochdruck in den Hochdruckräumen 75 aufgebaut.

Im Ausführungsbeispie¹ der Fig. 1—3 ist die Ventilhülse 25 mit ihrer gesamten inneren Mantelfläche auf der Mantelfläche der zugehörigen Kolbenstange 15 bzw. 16 und mit ihrer äußeren Mantelfläche am Kraftkolben 24 geführt. Die Ventilhülse 25 ist während der Dauer des Zuhaltedruckes für die Spritzgießform 13 aus dem Hochdruckraum 75 in Schließstellung gehalten. Bei Beginn der Öffnungs- und Schließbewegung wird die Ventilhülse 25 durch zeitgerechte, gesonderte, gegensätzliche hydraulische Beaufschlagung (Fig. 2. 3) in Offenstellung gesteuert.

Im Gegensatz hierzu wird die Ventilhülse 61 in den Ausführungsbeispielcti der Fig. 4 —8 während der Öffnungs- bzw. Schließbewegung infolge Beaufschlagung aus dem nicht unter Hochdruck stehenden Hochdruckraum 75 in Offenstellung gehalten und bei Beginn des Zuhaltedrucks für die Spritzgießform 13 durch eine zeitgerechte, gegensätzliche Beaufschlagung in Schließstellung gesteuert. Der Flansch 6Γ der Ventilhülse 61 ist nach innen gerichtet und auf der Mantelfläche der Kolbenstange 15 bzw. 16 geführt. Die Ventilhülse 61 arbeitet mit ihrer Sitzfläche mit der Ringschulter 62 des Kraftkolbens 72 zusammen.

In allen Ausführungsbeispicicn wird zur /eilgerechten, gesonderten, gegensätzlichen Beaufschlagung der Ventilhiilsc 25 bzw. 61 die Ringkammer 29 b/v . 64 b/w. 77 über eine durch die Kolbenstange 15 bzw. 16 gehende Bohrung bei 31 mil Druckmedium beschickt.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 4. 5 gehen von einer ringförmigen, den Mantel der Kolbenstange 16 begrenzenden Ausnehmung 28' radiale F.ndabscnnitte 28'" der Kanäle aus. die in einer die Ventilhülse 61 umschließenden Hülse 45' des Kraftkolbens 45 angeordnet sind. Die über die Steuerleitung bei 31 bescliickbare Ringkammer 64 ist gegenüber dem Hochdruckraum 75 mit I lilfc einer Ringplatte 63 abgeschlossen.

Im Ausführtingsbeispicl der Fig. b —8 ist die mit der Ringschulter 62 des Kraftkolbens 72 zusammenarbeitende Ventilhülse 61 in einen gesonderten Zylinder 71 geführt, der über seinen Innenflansch im Hochdruckraum 75 mit Hilfe der Sicherungsringe 26, 74 mit der Ko!bcri',!r;n"c !5 b/v.· ^ft f"" v""^u··"''"" ·" ··■"' '*'·"*- konzentrisch unter Bildung der Ringkammer 77 umschließt.

Die linearen Überströmkanäle 73 im Kraftkolben 72 sind gegen die Ventilachse geneigt und münden in eine an den Mantel der Kolbenstange 15 bzw. 16 angrenzende ringförmige Ausnehmung 73 .

Während in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 — 5 die Kolbenstange 15 bzw. 16 durchgehend den gleichen Durchmes'.r aufweist, ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 6-8 der in die Hilfszylinder 11 ragende Abschnitt 70 der Kolbenstange 16,15 von größerem Durchmesser. Demzufolge sind auch die vorderseitigen und die rückseitigen Beaufschlagungsfläche-ii dieser Druckkolben unterschiedlich groß. Auf Grund der Flächendifferenz ist es daher möglich, die Spritzgießform 13 während der Bewegungsperiode ausschließlich durch Beschickung der Druckzylinder, bei offenem Ventil im Kraftkolben, zu schließen. Der Kraftkolben 45 bzw. 72 ist an der am Übergang zum Abschnitt 16' bzw. 70 der Kolbenstange 16 gebildeten Ringschulter 62 gegen axiale Verschiebung gesichert. Aufgrund dieser Gestaltung der Kolbenstangen 16, 15 ist die von der Seite des Hochdruckraumes 75 beaufschlaebare Fläche des Kraftkolbens 45 größer als die von aus dem Niederdruckraum 76 her beaufschlagbare Fläche. Infolgedessen schließt sich die Spritzgießform 13 sobald ein Druck im Hochdruckraum bei nicht zugesteuertem Ventil aufgebaut wird. Die Öffnung der Spritzgießform 13 erfolgt durch Beaufschlagung der als Kolben dienenden Abschnittes 70 der Kolbenstange 15 bzw. 16 aus dem Zylinderraum 81. Während der öffnungs- bzw. Schließbewegung herrscht in beiden Zylinderräumen Γ5 und 76 ungefähr gleicher Druck.

Zweckmäßigerweise ist das Fassungsvermögen des Hoch- und Niederdruckraumes 75 und 76 ungleich, so daß nicht das gesamte öl in den Zylindern verbleibt, sondern stets ein gewisser Ölaustausch durch Verdrängung aus dem Raum kleinerer Kapazität stattfindet Die jeweils verdrängte Ölmenge gelangt in den Kühlkreislauf der Spritzgießmaschine. Durch die entsprechende Einspeisung gekühlten Öls in die Zylinder wird eine zu große Erwärmung verhindert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Arbeitszylinder mit Bewegungsund Krafthub für die Formschließvorrichtung einer Kunststoff-Spritzgießmaschine, mit einer den Arbeitszylinder durchdringenden Kolbenstange, an der ein Kraftkolben und ein von diesem getrennt hydraulisch beaufschlagbarer Bewegungskolben fest angeordnet sind, mit im Kraftkolben angeordneten, seine beiden Kolbenseiten verbindenden Ober-Strömkanälen, die einenends in einen Hochdruckraum und anderenends in einen Niederdruckraum münden, und mit einer auf der Seite des Hochdruckraumes angeordneten und von diesem her beaufschlagbaren, die Kolbenstange konzentrisch umge- benden und auf dieser axial verschiebbaren Ventilhülse, die durch Einwirken eines Hydraulikdruckes mit einer äußeren Ringfläche gegen eine innere Ringschulter des Kraftkolbens unter Absperren der Überströmte oäle abdichtend andrückbar ist. sowie mit einer von einer Radialfläche der Ventilhülse begrenzten, gegenüber der Hochdruckseite des Kraftkolbens abgedichteten Ringkammer, die über eine Radialbohrung und eine Axialbohrung in der Kolbenstange mit Druckmedium beschickbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (25 in F i g. 1 — 3: 61 in F i g. 5—8) einenends in einen bei geschlossenem Ventil an der Ringschulter (30 in F i g. 1 -3; 62 in F i g. 6-8) des Kraftkolbens (24 in Fig. 1-3; 45 in Fig. 5: 72 in Fig.6-8) anliegenden · ,ansch (25'; 61') ausläuft, im Bereich dieses Flansches den H<~chdruc'.raum (75) unmittelbar begrenzt und dort von diesem aus für einen hydraulischen Hub (Hochdruck-aum-Hub) beaufschlagbar ist und daß das flanschartige Ende der Ventilhülse (25; 61) die Ringkammer (29 in Fig. I — 3; 64 in F ig. 5, 77 in Fig. 7,8) begrenzt, die vom Hochdruckraum (75) abgedichtet und über die Axialbohrung (31) mit Druckmedium beschickbar ist.

2. Arbeitszylinder nach Patentanspruch I. dadurch *0 gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (25) mil ihrer gesamten inneren Mantelfläche auf der Kolbenvtan ge (15, 15' bzw. 16,16') geführt ist, die im Abschnitt (15 bzw. 16) des Hochdruckraumes (75) gleichen Durchmesser aufweist(Fig. 1—3).

3. Arbeitszylinder nach Patentanspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülsc (25) im flanschfreien Bereich mit ihrer äußeren Mantelfläche an einer inneren Mantelfläche des Kraftkolbens (24)geführt ist(F ig 1-3).

4. Arbeitszylinder nach Patentanspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (61') der Ventilhülse (61) nach innen gerichtete und auf der Mantelfläche der Kolbenstange (15 bzw 16) geführt ist (F ig. b-8).

5 Arbeitszylinder nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (61) in einem Zylinder (71) geführt ist. der mittels Innenflansch im Hochdruckraum (75) mit der Kolbenstange (15 b/w. 16) verbunden ist und diese konzentrisch unter &⁰ Bildung einer Ringkammer (77) umschließt (F ig. 6-8).

6. Arbeitszylinder nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckraum (75) einen Abschnitt (75') geringerer lichter Weite aufweist, in den der Zylinder (71) der Ventilhülse (61) bei geöffneter Formschließvorrichtung eintaucht (F ig. 6).

7. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (25; 61) bei offenem Ventil an einem Seegering als Sicherungsring (26, 74) der Kolbenstange (15 bzw. 16) anliegt (F i g. 1 -3; 6-8).

8. Arbeitszylinder nach einem der Patentansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (25) während des Krafthubes infolge Beaufschlagung aus dem Hochdruckraum (75) in Schließstellung gehalten und bei Beginn des Bewegungshubes durch zeitgerechte, gesonderte, gegensätzliche hydraulische Beaufschlagung aus der Ringkammer (29) in Offenstellung s reuerbar ist (F i g. 1 — 3).

9. Arbeitszylinder nach einem der Patentansprüche 4—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (61) während des Bewegungshubes infolge Beaufschlagung aus dem nicht unter Hochdruck stehenden Hochdruckraum (75) in Offenstellung gehalten, bei Beginn des Krafthubes durch zeitgerechte, gesonderte, gegensätzliche hydraulische Beaufschlagung aus der Ringkammer (64 in F1 g. 5; 77 in Fi g. 7, 8) in Schließstellung steuerbar ist (F ig. 4-8).