DE2419975C3 - Hydraulische Steuervorrichtung für eine Einspritzeinheit einer Kunststoff-Spritzgießmaschine zum Steuern unterschiedlicher Hydraulikdrücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuervorrichtung für eine Einspritzeinheit einer Kunststoff-Spritzgießmaschine zum Steuern unterschiedlicher Hydraulikdrücke entsprechend dem Oberbegriff des

Patentanspruchs!.

Die Einspritzeinheit einer Kunststoff-Spritzgießmaschine besteht im allgemeinen aus einer in dem Spritzzylinder geführten Plastifizier- und Einspritzschnecke, die durch einen Antrieb in Rotation versetzt werden kann und die mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders verbunden ist

Der Spritzzylinder weist einen Zugabgabetrichier für das zu bearbeitende Kunststoffgranulat auf und steht über die Angußbohrung mit dem Hohlraum der

Spritzgießform in Verbindung.

Die Lange der Plastifizier- und Einspritzschnecke ist so bemessen, daß sie sich in ihrer EndstelJung nach dem Herstellen eines Spntzlings mit ihrer Stirnfläche in einem vorgegebenen Abstand vor der Angußbohrung befindet, von der sie durch das sogenannte Massepolster getrennt ist.

Zur Einleitung des nächsten Spritzvorganges wird der in Rotation versetzten Plastifizier- und Einspritzschnekke Kunststoffgranulat zugeführt, das von ihr plastifiziert und in den Raum zwischen der Angußbohrung und der Stirnfläche der genannten Schnecke, den sogenannten Plastifizierraum, transportiert wird. Hierbei wird die Schnecke in ihre andere Endstellung verschoben, wobei aus dem Hydraulikzylinder das Arbeitsmittel verdrängt wird. Diese Phase verläuft unter είκ.τί als Staudruck bezeichneten Druck ab.

Zur Herstellung des Spritzlings wird der Kolben des Hydraulikzylinders mit dem Spritzdruck und kurz vor Erreichen seiner Endstellung mit dem Nachdruck beaufschlagt.

Hydraulische Sk uervorrichtungen der eingangs erwähnten Gattung sind jn sich bekannt (DEOS 15 54 807) und dienen dazu, um mittels Drehtischautomaten im gleichen Arbeitstak' verschieden große Teile zu spritzen. Hierbei sind an mindestens einer Formstation in einem Zylinder verschiebbare, Nocken betätigende Kolben vorgesehen, die auf Druckminderventile und/oder Mengenregelventile einwirken, und zwar derart, daß sowohl Teile von geringem Gewicht als auch von großem Gewicht und komplizierter Form in annähernd gleichen Zeiten hergestellt werden können. Hierbei wird der Druck so geführt, daß auf die Teile zunächst ein großer Spritzdruck und anschließend ein abgestufter Spritzdruck einwirkt.

Versucht man derartige Einrichtungen bei Kunststoff-Spritzgießmaschinen einzusetzen, deren Spritzdruck, Nachdruck und Staudruck programmiert vorgegeben ist, so stellt man fest, daß ein exaktes Abfahren eines derartigen programmierten Druckes mit einer derarti-

f", gen Vorrichtung nicht möglich ist. Der Grund liegt darin, daß zwar die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten einer derartigen Vorrichtung exakt und verzögerungsfrei ansprechen und die gespeicherten

Werte als entsprechende Steuersignale an die hydraulischen Komponenten abgeben. In diesen hydraulischen Komponenten treten jedoch beim Umschalten von einer Druckstufe auf eine andere Unstetigkeiten im tatsächlichen Druckverlauf gegenüber dem vorprogrammierten Druckverlauf auf, deren Ursache in den aus der Ruhestellung in die Arbeitsstellung zu schaltenden Ventile liegt. Es treten infolge der dynamischen Vorgänge in der Hydraulikflüssigkeit Stoßwellen auf, die sich in Unstetigkeiten im tatsächlichen Druckverlauf äußern. Zur Herstellung maßgenauer und fehlerfreier Spritzlinge ist der zeitliche Spritz- und Nachdruckverlauf einer der wichtigsten Parameter, wobei Maß- und Gewichtsstreuungen im wesentlichen vom Einspritzdruck und der Einspritzzeit, d. h. von ihrer genauen Einhaltung, bestimmt werden.

Vorrichtungen zur hydraulischen Steuerung des Spritzdrucks, Nachdrucks und Staudrucks sind ebenfalls an sich bekannt (DT-Gbm 19 89 596). denen ebenfalls diese Nachteile anhaften.

Es ist weiterhin bekannt (Kunststofftechnik, 11 (1972), Nr. 7/8, Seite 204, Abbildung 10 bzw. 11) mittels Mengenregler stufenlos einen ölstrom zu rege!:;, wobei zwar eine unabhängige Mengenregelung, jedoch keine unabhängige Druckvorgabe möglich ist. Es ist auch nicht möglich, mittels eines elektrisch angesteuerten Druckbegrenzungsventils eine mehrfach abgestufte Druckstufung ohne Druckunstetigkeiten bei Pumpenbetrieb durchzuführen. Das vorbekannte Druckbegrenzungsventil ist nicht für eine hydraulische Steuerung mit Speicherbetrieb geeignet und erlaubt nicht ohne weiteres eine Staudruckeinstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Vorrichtungen der eingangs erwähnten Gattung derart auszubilden, daß die bisher auftretenden Unstetigkeiten im vorgegebenen Druckverlauf vermieden werden, d. h„ die beim Umschalten von einer Druckstufe auf eine andere auftretenden Un^tetigkeiten im tatsächlichen Druckverlauf gegenüber dem durch ein Programm vorgegebenen Druckverlauf zu vermeiden.

Diese Aufg ibe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Durch diese Maßnahme ergibt sich ein geringer Strömungswiderstand, sowie ein schnelles und genaues Ansprechen der Steuervorrichtung auf das das Druckeinstellventi! für den Spritzdruck, Nachdruck und Staudruck steuernde in einem Speicher eingegebene Programm.

Hierbei steht in sämtlichen Schaltstellungen das hydraulische Arbeitsmitte'· jnter dem vollen Druck am Zufluß des Druckminderventils für den Spritzdruck und Nachdruck in. Beim Einleiten des Spritzvorganges verbindet das 4/2-Wegeventil den Zufluß mit dem Abfluß und den Steuerleitungen des Druckminder-, Druckbegrenzungs- und des Dmcksteuerventils, so daß das Druckminderventil öffnet.

Zu Beginn der Staudruckphase schaltet das 4/2-Wegeventil um, so daß lediglich der Abfluß des Druckminderventils für den Spritz- und Nachdruck, der Zufluß des Druckbegrenzungsventils für den Staudruck zusammen mit der Abflußleitung, den Steuerleitungen und dem Zufluß des Dmcksteuerventils verbunden sind, das auf den Staudruck durch das Programm umgeschaltet wird.

Zum genauen Abfahren eines gespeicherten Druckverlaufes ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Drucksteuerventil für den Spritzdruck, Nachdruck und Staudruck ein -nittels eines Regelmagneten gesteuertes Druckbegrenzungsventil, wobei sein Regelmagnet durch ein gespeichertes Druckprogramm gesteuert ist.

In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an die Steuerleitungen ein weiteres 4/2-Wegeventil angeschlossen, durch das in der Staudruckphase die Steuerleitungen direkt mit dem Tank verbindbar sind. Durch diese Maßnahme wird

ίο während der Staudruckphase der am Drucksteuerventil anstehende untere Druckwert (technisch bedingt. Federkraft) möglichst schnell auf Druck 0 reduziert (Staudruck 0).

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen

dem zweiten Abzweig und dem ersten 4/2-Wegeventil ein Stromventil angeordnet Hierdurch wird die Menge an hydraulischem Arbeitsmittel für die Steuerung der beiden Druckbegrenzungsventile en isprechend den Betriebsbedingungen möglichst gering gehalten.

In einer noch weiteren vorteilhaften Weiterführung der Erfindung ist das Druckmindr /entil für den Spritzdruck und den Nachdruck zusamrren mit dem Druckbegrenzungsventil für den Staudruck entsprechend dem Unteranspruch 5 zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine korroakte Baueinheit mit geringem Strömungswiderstand, die schnell und exakt auf die Steuerbefehle anspricht.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispie-

len in der Zeichnung näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 das Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuervorrichtung in schematischer Darstellung:

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der zu einer Baueinheit zusammengesetzten Druckbegrenzungsventile für den Spritzdruck, den Nachdruck und den Staudruck im Längsschnitt für die Vorrichtung nach F i g. 1.

In F i g. 1 ist zusätzlich die Einspritzvorrichtung einer Spritzgießmaschine schematisch dargestellt Sie besteht aus einem Spritzzylinder 1 nit einer in ihr gefügten Plastifiziert und Einspritzschnecke 2, die über eine Kolbenstange 3 mit einem Hydraulikkolben 4 verbunden : .t. Der Hydraulikkolben 4 ist in einem Hydraulikzylinder 5 geführt Der Spritzzylinder weist eine Bohrung 6 auf, die mit der Angußbohrung der nirht dargestellten Spritzgießform der Spritzgießmaschine in Vei bindung steht. Nach Herstellung eines Spritzlings befindet sich die Schnecke 2 in einem vorgegebenen Abstand zur Bohrung 6 und steht gegen ein Restmassepolster an. In dieser Stellung der Schnecke 2 wird dem Spritzzylinder über den Trichter 7 Granulat zugeführt, das von der Schnecke 2, die von einem nicht dargestellten Antrieb in Rotation versetzt ist plastifiziert und in den sogenannten Plastifizierraum zwischen der Bohrung 6 und der Stirnfläche der Schnecke 2 transportiert wird. Während

SS dieses Vorganges wird durch den sich aufbauenden Staudruck die Schnecke 2 einschließlich des Hydraulikkolbens 4 in axialer Richtung von der Bohrung 6 wegbewegt wobei das hydraulische Arbeitsmittel aus dem Druckraum des Hydraulikzylinders S über die Steuervorrichtung . 1 den Tank 18 abfließt Sobald die Schnecke 2 ihre Endstellung nach Beendigung der Staudruckphase erreicht hat, wird der Druckraum des Hydraulikzylinders S mittels der hydraulischen Steuervorrichtung mit dem Spritzdruck beaufschlagt, so daß die Schnecke 2 eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung ausführt und gleichzeitig das plastifizierte Material in die Form einspritzt Vor dem Erreichen der Endstellune wird auf den Nachdruck umgeschaltet.

unter dem sich die Schnecke 2 in ihre andere Endstellung bewegt.

Die Steuervorrichtung besteht aus einem hydraulischen Block 11 mit einer mit 12, 13 bezeichneten ZufluQleitung, die mit einer nicht dargestellten Pumpe bzw. mit einem Pumpensatz für das hydraulische Arbeitsmittel verbunden ist, der als Abflußleitung bezeichnete Abschnitt 13 ist mit dem Hydraulikzylinder S verbunden. In der Leitung 12, 13 ist das steuerbare Druckminderventil 14 für den Spritzdruck und den Nachdruck angeordnet. In der Zuflußleitung 12, 13 ist nach dem Druckminderventil 14 und vor der Kolben-Zylinder-Einheit 4,5 ein Abzweig 50 angeordnet. In dem hydraulischen Block ist weiterhin das Druckbegrenzungsventil 15 für den Staudruck mit seinem Zufluß 16 an dem Abzweig 50 angeordnet, während sein Abfluß 17' mit dem Tank 18 für das hydraulische Arbeitsmittel in Verbindung steht. Die Steuerleitungen 19 bzw. 20 des Druckminderventils 14 bzw. des Druckbegrenzungsventils 15 sind mit dem Zufluß 2V des steuerbaren Drucksteuerventils 21 für den Spritzdruck. Nachdruck und Staudruck verbunden, dessen Abfluß 22 ebenfalls mit dem Tank 18 verbunden ist. Dieses Drucksteuerventil 21 ist ein mittels eines Regelmagneten gesteuertes Druckbegrenzungsventil. Der Regelmagnet wird durch ein Programm, das in einem nicht dargestellten Speicher eingegeben ist, gesteuert. Der hydraulische Block 11 weist weiterhin ein 4/2-Wegeventil 23 auf, dessen erster Zufluß 24 mit der Zuflußleitung 12 und dessen zweiter Zufluß 25 mit dem Abfluß 17, dem Zufluß 16 und der Abflußleitung 13 verbunden, während sein erster Abfluß 26 mit den Stouerleitungen 19, 20,2Γ verbunden ist und sein zweiter Abfluß 27 gesperrt ist. In dem hydraulischen Block 11 ist weiterhin ein weiteres 4/2-Wegeventil 30 für die Staudruckentlastung angeordnet, dessen erster Abfluß 32 gegenüber der Pumpe gesperrt ist. dessen zweiter Abfluß 31 mit dem Tank 18 verbunden ist, und dessen erster Zufluß 3Γ gesperrt und dessen zweiter Zufluß 32' mit den Steuerleitungen 19, 20. dem Abfluß 26 und dem Zufluß 24 verbindbar ist.

Zwischen der Zuflußleitung 12 und dem Zufluß 24 des 4/2-Wegeventils 23 ist das Stromventil 29 angeordnet.

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In Fig. 1 ist die Stellung der Ventile während des Plastifizierens des Kunststoffgranulats dargestellt. Sobald das Plastifizieren beendet ist, befindet sich der Hydraulik-Kolben 4 in dem Hydraulikzylinder 5 in der Ruhestellung. Das ⁴/₂-Wegeventil 23 wird betätigt, so daß das Arbeitsmittel nunmehr als Steueröl über das Stromventil 29 den Zufluß 24 und den Abfluß 26 in die Steuerleitungen 19, 20, 2Γ strömt und gleichzeitig der volle Druck an u'em Druckminderventil 14 ansteht. Aufgrund des dem Drucksteuerventil 21 vorgegebenen Spritzdrucks öffnet das Druckminderventil 14 entspre chend und der Hydraulikzylinder 5 wird mit dem vorgegebenen Spritzdruck, und zwar nach der oben erläuterten Zeitverzögerung, beaufschlagt Der überschüssige Steuerdruck wird hierbei über das Drucksteu erventil 21 zum Tank 18 entlastet Kurz bevor die Schnecke 2 ihre Endstellung vor der Bohrung 6 erreicht hat schaltet das Drucksteuerventil 21 auf den Nachdruck um. Das Druckminderventil 14 wird entsprechend verstellt und der überschüssige Druck fließt über das Druckbegrenzungsventil 15 in den Tank 18 ab, weil das Druckminderventil 14 und das Druckbegrenzungsventil 15 zusammen vom Drucksteu erventil 21 gesteuert werden, und somit als 3-Wege- Druckminderventil wirken. Die Zeit für die Vorgabe des Spritzdrucks und des Nachdrucks sowie deren Werte sind entsprechend programmiert und werden in an sich bekannter Weise dem Drucksteuerventil 21 Ober einen nicht dargestellten Speicher vorgegeben. Nach Ablauf der Zeit für die Nachdruckphase nimmt das 4/2-Wegeventil 23 seine in der Fig. 1 dargestellte Stellung ein. wobei gleichzeitig das Drucksteuerventil 21 auf den Staudruck umschaltet.

Hierbei strömt das hydraulische Arbeitsmittel aus dem Hydraulikzylinder 5 in die Abflußleitung 13, steht gegen das Druckbegrenzungsventil 15 an. wobei ein Teil davon (Steueröl) über den Zufluß 25. Abfluß 26 des i/2-Wegeventils 23 zu den Steuerleitungen 19, 20 und den Zufluß 2Γ des Drucksteuervenlils 21 gelangt. Nun öffnet das Druckbegrenzungsventil 15 über das das Arbeitsmittel sowie teilweise auch über das Drucksteuerventil 21 in den Tank abfließt. Nach einer vorgegebenen Zeit schaltet das zweite 4/2-Wegeventil 30 um, so Haß Has Arbeitsmittel praktisch unter Druck Null in den Tank 18 abströmen kann.

Während der Spritzdruck- und Nachdruckphase begrenzt das Stromventil 29 die Menge des für die Steuerung verwendeten Arbeitsmittels.

In Fig. 2 sind das Druckminderventil 14 für den Spritzdruck und den Nachdruck und das Druckbegrenzungsventil 15 für den Staudruck als Baueinheit ausgebildet. Das erste 4/2-Wegeventil 23 und das Drucksteuerventil 21 sind an sich bekannte Ventile und nur schematisch dargestellt, während von dem ebenfalls bekannten zweiten 4/2-Wegeventil 30 aus Fig. I nur der Anschluß 32' dargestellt ist.

Das Druckminderventil 14 besteht aus einer in dem hydraulischen Block 11 unter Ausbildung eines Ringraumes 32" dichtend und feststehend angeordneten Hülse 35. Die Hülse 35 weist radiale Bohrungen 38 auf, die mit dem Ringraum 32" in Verbindung stehen und mit diesem den Zufluß des Druckminderventils 14 bilden. Der Ringraum 32" ist über eine groß dimensionierte radiale Bohrung 12' mit der Zuflußleitung 12 (Fig. I) verbunden.

Konzentrisch zu dieser Hülse 35 ist eine in sie unter Ausbildung eines Ringspaltes eintauchende dritte Hülse 40 in dem hydraulischen BiuiA i i Tcmmcmciiu unu dichtend angeordnet, auf der eine zweite Hülse 40 mit radialen Bohrungen 41 verschiebbar angeordnet ist. Die Hülse 40' begrenzt oberhalb der verschiebbaren Hülse 40 mit dem hydraulischen Block 11 einen hohlzylinderförmigen Steuerraum 42, gegen dessen umlaufende Schulter 39' die zweite verschiebbare Hülse 40 in der Nullstellung mit der einen Hülse 35 ansteht. Mit der anderen Stirnfläche steht die Hülse 40 gegen die Feder 40'" in dem Abfluß 17 des Druckminderventils 14 an.

Das Druckbegrenzungsventil 15 besteht aus einer koaxial zur Hülse 40' und oberhalb des Steuerraumes 42 angeordneten Hülse 42* mit radialen Bohrungen 46', die in einen von der Hülse 42' und dem hydraulischen Block 11 begrenzten Ringraum 42'" münden, der mit dem Abfluß 17 dieses Ventils verbunden ist

Die Hülsen 40' und 42' weisen fluchtende axiale Bohrungen auf. in denen der verschiebbare Kolben 46 angeordnet ist In der Ausgangsstellung verschließt der Kolben 46 die Bohrungen 46' und steht mit seiner einen Stirnfläche oberhalb der als Abzweig ausgebildeten Bohrungen 50 in der Hülse 40*, die mit dem Zufluß 25 des 4/2-Wegeventils 23 verbunden ist Die andere Stirnseite des Kolbens taucht in den mit der Steuerleitung 20 verbundenen Steuerraum 2C.

Der Kanal 17 und damit der Ringraum 32" ist mit

dem Zufluß 24, der Ringraum 42 mit dem Abfluß 26 verbunden. Die von dem Steuerraum 42 ausgehende radiale Steuerleitung ist mit der Steuerleitung 20 und dem ZuDuB 21' ub*r die Bohrung 48 verbunden, die in die Bohrung 48' Obergeht, welche mit dem Zufluß 32' verbunden ist (F i g. I). Durch die Zusammenfassung beider Druckbegren-

zungsventüe 14» 15 ergibt sich eine schnell ansprechende Baueinheit, wobei das Druckminderventil 14 für den Spritzdruck und den Nachdruck und das Drucksteuerventil 21 zusammen während der Spritzdruck- und Nachdruckphase zusätzlich als vorgesteuertes 3-Wege-Druckminderventil wirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   J. Hydraulische Steuervorrichtung für eine Einspritzeinheit einer Kunststoff-SpriugieOmaschine zum Steuern unterschiedlicher Hydraulikdrücke, die auf eine Kolben-Zylindereinheit einer Plastifizier- und Einspritzschnecke einwirken, mit einem in der Zuflußleitung zur Kolben-Zylindereinheit angeordneten Druckminderventil, das über eine Steuerleitung über ein Vorsteuerteil ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuflußleitung (12,13) nach dem Druckminderventil (14) und vor der Kolben-Zylindereinheit (4, 5) ein Abzweig (50) angeordnet ist, an dem mit seinem Zufluß (16) ein Druckbegrenzungsventil (15) für den Staudruck angeordnet ist, daß als Vorsteuerteil ein Drucksteuerventil (21) für den Spritzdruck, Nachdruck und Staudruck vorgesehen ist, das mit der Steuerleitung (19) des Druckminderventils (14) und der Steuerlei-Iung (20) des Druckbegrenzungsventils (15) verbunden ist, und daß ein 4/2-Wegeventil (23) vorgesehen ist, durch das während der Staudruckphase der Abzweig (50) nach dem Druckminderventil (14) mit Ilen Steuerleitungen (19,20) und durch das während eier Spritzdruck- und Nachdruckphase ein weiterer, in der Zuflußleitung (12, 13) vor dem Druckminderventil (14) angeordneter Abzweij mit den Steuerleilungen (19,20) verbindbar ist
2. 2. Hydraulische Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck-Steuerventil (21) für den Spritzdruck, Nachdruck und Staudruck ei.: mittels eines Regelmagneten gesteuertes Druckbegrenzungsventil ist und daß sein Regelmagnet durch ein gespeichertes Druckprogramm gesteuert ist.
3. 3. Hydraulische Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuerleitungen (19, 20) ein weiteres 4/2-Wegeventil angeschlossen ist, durch das in der Staudruckphase «lie Steuerleitungen (19, 20) direkt mit dem Tank Verbindbar sind.
4. 4. Hydraulische Steuervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Abzweig und dem ersten 4/2-Wegeventil (23) ein Stromventil (29) angeordnet ist
5. 5. Hydraulische Steuervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, llaß das Druckminderventil (14) für den Spritzdruck Und den Nachdruck zusammen mit dem Druckbegrenzungsventil (15) für den Staudruck zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind und daß das Druckminderventil (14) aus einer in einem hydraulischen Block (11) unter Ausbildung eines Ringraumes (32"), der einen Zuflußkanal (12') aufweist, angeordneten Hülse (35) mit radialen Bohrungen (38), einer in ihr auf einer dritten Hülse (40'), die mit dem hydraulischen Block (11) einen hohlzylinderförmigen Steuerraum (42) bildet, verschiebbaren zweiten Hülse (40) mit radialen Bohrungen (4t) besteht, die gnit der einen Stirnfläche gegen eine im Abflußkanal (17) angeordnete Feder (40'") und in der Nullstellung gegen eine umlaufende Schulter (39') des Steuerraumes (42) ansteht, und das Druckbegrenzungsventil (15) für den Staudruck aus einer in dem hydraulischen Block (11) unter Ausbildung eines Ringraumes (42'"), der einen Abflußkanal (17') aufweist, mit der dritten Hülse (40') fluchtende weitere Hülse (42') mit radialen, in den Ringraum (42'") mündenden Bohrungen (46') und einem in ihr und der dritten Hülse (40') verschiebbar angeordneten Kolben (46) besteht, der in der Ruhestellung oberhalb den ersten Abzweig (50) bildenden Bohrungen in der Hülse (40') angeordnet ist.