DE4444170C2 - Spritzgießvorrichtung mit ventilgesteuertem Anguß und Feder im Kolben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzgießvorrichtung mit ventilgesteuertem Anguß gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Spritzgießsysteme oder -vorrichtungen mit ventilgesteuertem Anguß, die Druckluft- oder Hydraulikkolben enthalten, welche das Ventil­ element hin und her bewegen, sind wohlbekannt. Aus dem Patent US 4,698,013 ist ein Beispiel bekannt, bei dem die Kappe des Kolbens mittels eines elastischen Halterings unbeweglich gehalten wird. Diese Vorrichtung des Standes der Technik besitzt jedoch den Nachteil, daß die Komponenten mit sehr geringen Toleranzen und mit genau definierter zugelassener Wärmeausdehnung hergestellt werden müssen, damit das vordere Ende des Ventilelements in der vorderen, geschlossenen Position exakt im Anguß sitzt. Wenn sich das vordere Ende des Ventilelements nicht weit genug nach vorn erstreckt, um in der geschlossenen Position im Anguß eng anliegend zu sitzen, ergibt sich eine unerwünscht geringe Anguß-Dichtigkeit. Falls sich andererseits das vordere Ende des Ventilelements zu weit nach vorn erstreckt, bewirkt das wiederholte Aufschlagen am Anguß beim Schließen einen ungünstigen Verschleiß des vorderen Endes des Ventil­ elements und des Angusses, was unter Umständen einen Bruch der Gießform um den Anguß zur Folge haben kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die erwähnten Nachteile des Sandes der Technik wenigstens teilweise zu beseitigen und eine Spritzgießvorrichtung mit ventilgesteuertem Anguß zu schaf­ fen, bei der der Eingriff des Kolbens am Ventilelement durch eine Feder vorbelastet ist, wodurch das vordere Ende des Ventilelements in der geschlossenen Position auch dann genau im Anguß sitzt, wenn die Komponenten nicht mit derart geringen Toleranzen wie im Stand der Technik hergestellt sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Spritzgießvorrichtung mit ventilgesteuer­ tem Anguß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Weitere Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnittansicht eines Abschnitts eines Mehrfachhohl­ raum-Spritzgießsystems oder einer Mehrfachhohlraum- Spritzgießvorrichtung, wobei der Kolben und das Ventilelement in der geschlossenen Position gezeigt sind, und

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von Fig. 1, in der der Kolben und das Ventilelement in der geöffneten Position gezeigt sind.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt des Mehrfachhohlraum-Spritzgießsystems mit ventilgesteuertem Anguß gezeigt, das einen Schmelzekanal 10 besitzt, der in einem Stahl-Schmelzeverteiler 12 an verschiedene Stahldüsen 14 aufgezweigt ist, um an entsprechende Angüsse 16, die in unterschiedli­ che Hohlräume 18 in der Gießform 20 führen, mit Druck beaufschlagte Kunststoffschmelze zu befördern. Der Schmelzeverteiler 12 besitzt einen zylindrischen Einlaßabschnitt 22 und wird mittels eines integralen elektrischen Heizelements 24 geheizt. Jede Düse 14 besitzt eine äußere Oberfläche 26, ein hinteres Ende 28, ein vorderes Ende 30 und eine mittige Schmelzebohrung 32, die sich vom hinteren Ende 28 zum vor­ deren Ende 30 erstreckt. Die Düse wird durch ein integrales elektri­ sches Heizelement 34 geheizt, welches einen schraubenlinienförmigen Abschnitt 36, der sich um die Schmelzebohrung 32 erstreckt, sowie einen äußeren Anschluß 38 besitzt, an den elektrische Leitungen 40 von einer Leistungsquelle angeschlossen sind. In dieser besonderen Konfi­ guration wird von einem mit Gewinde versehenen Sitz 48 im vorderen Ende 30 der Düse 14 eine zweiteilige Düsendichtung 42 mit einem hohlen inneren Teil 44, der sich durch das äußere Teil 46 mit Gewinde erstreckt, aufgenommen.

Obwohl die Gießform 20 normalerweise in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung eine größere Anzahl von Platten besitzt, sind hier zur Veranschaulichung lediglich eine Hohlraumplatte 50 und eine Zylinderplatte 52 gezeigt, die mittels Schrauben 54 aneinander befestigt sind. Die Gießform 20 wird durch Pumpen von Kühlwasser durch Kühlleitungen 56 gekühlt, die sich in die Hohlraumplatte 50 und in die Zylinderplatte 52 erstrecken. Der Verteiler 12 ist zwischen der Hohl­ raumplatte 50 und der Zylinderplatte 52 mittels eines mittigen Lokali­ sierungsrings 58 und Dichtungsbuchsen 60 angebracht. Jede Dich­ tungsbuchse 60 ist mittels Schrauben 62 in einer angepaßten Öffnung 64 im Verteiler 12 befestigt und weist einen Flanschabschnitt 66 auf, der an der Zylinderplatte 52 anliegt. Dadurch wird zwischen dem ge­ heizten Verteiler 12 einerseits und der umgebenden, gekühlten Hohl­ raumplatte 50 sowie der Zylinderplatte 52 andererseits ein isolierender Luftzwischenraum 68 geschaffen. Die Düse 14 sitzt in einem Schacht 70 in der Hohlraumplatte 50, wobei sich ein zylindrischer Lokalisie­ rungsflansch 72 nach vorn zu einer kreisförmigen Lokalisierungsschul­ ter 74 im Schacht 70 erstreckt. Dadurch wird auf ähnliche Weise zwi­ schen der inneren Oberfläche 78 des Schachts 70 und der äußeren Oberfläche 26 der Düse 14 ein isolierender Luftzwischenraum 76 ge­ schaffen, wodurch eine Wärmeisolation zwischen der geheizten Düse 14 und der umgebenden, gekühlten Gießform 20 geschaffen wird.

Durch eine Bohrung 89 in der Dichtungsbuchse 60 erstreckt sich ein Ventilelement 80 mit einer langgestreckten Welle 82, die ein konisch zulaufendes vorderes Ende 84 und am hinteren Ende 88 einen erweiter­ ten Kopf 86 besitzt, in den Schmelzekanal 10 und in die auf die Boh­ rung 89 ausgerichtete, durch jede Düse 14 verlaufende Bohrung 32. Das vordere Ende 84 erstreckt sich durch die zweiteilige Düsendichtung 42 und sitzt in der geschlossenen Position im Anguß 16, wie später genauer beschrieben wird. Das hintere Ende 88 des Ventilele­ ments 80 ist mit einem Kolben 90 in Eingriff, der in einem Zylinder 92 hin und her bewegt wird, der seinerseits in der Zylinderplatte 52 sitzt, wodurch das Ventilelement 80 angetrieben wird. Wie am besten in Fig. 2 ersichtlich, wird der Zylinder 92 in der Zylinderplatte 52 mittels einer kreisförmigen Abdeckung 94, die mittels Schrauben 96 befestigt ist, unbeweglich gehalten. Durch die Zylinderplatte 52 erstrecken sich Hydraulikfluid-Rohrleitungen 98, 100 an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 90 in den Zylinder 92. Durch diese Rohrleitungen 98, 100 wird ein gesteuerter Fluiddruck angelegt, um den Kolben 90 und das Ventilelement 80 gemäß einem vorgegebenen Zyklus auf herkömmliche Weise hin und her zu bewegen. Der Kolben 90 besitzt einen Hauptkör­ per 102, der eine im allgemeinen zylindrische Federkammer 104 ent­ hält, und einen langgestreckten Halsabschnitt 106, der sich nach vorn durch eine Öffnung 108 im Zylinder 92 erstreckt. Der Halsabschnitt 106 des Hauptkörpers 102 des Kolbens 90 ist von einer V-förmigen Hochdruckdichtung 110 umgeben, die im Zylinder 92 sitzt, um ein Leck des mit Druck beaufschlagten Hydraulikfluids um den Halsab­ schnitt 106 zu vermeiden.

Die Federkammer 104 besitzt ein hinteres Ende 112, das durch eine lösbare Kappe 114 mit Gewinde verschlossen werden kann, sowie ein vorderes Ende 116, von dem aus sich die mittige Bohrung 118 durch den Halsabschnitt 106 nach vorn erstreckt. Die langgestreckte Welle 82 des Ventilelements 80 erstreckt sich vom Kopf 86, der in der Feder­ kammer 104 sitzt, durch die Bohrung 118. Der kreisförmige Kopf 86 des Ventilelements 80 besitzt einen Durchmesser, der größer als der­ jenige der Bohrung 118 ist, wodurch durch das vordere Ende 116 der Federkammer 104 ein Anschlag geschaffen wird.

Wie ersichtlich, sind in der vorliegenden Ausführungsform an einem mittigen Stift 124 in der Federkammer 104 in einem Stapel 122 meh­ rere leicht konische Tellerfedern 120 mit einer durch sie verlaufenden Mittelbohrung angebracht. In diesem Fall besitzt der Stapel 122 drei Sätze von jeweils fünf Stahl-Tellerfedern, wobei die einzelnen Sätze abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen weisen. Während des Zusammenbaus wird der Stapel 122 von Tellerfedern oder Federschei­ ben 120 durch einen elastischen Haltering 128, der an der äußeren Oberfläche 130 des Mittelstifts 124 in der Nähe von dessen hinterem Ende 132 sitzt, gegen die Grundfläche 126 des Mittelstifts 124 unbe­ weglich gehalten. Wenn die Kappe 114 in ihrer Position verschraubt ist, komprimiert sie die Tellerfedern 120, um sie vorzubelasten, wo­ durch über die Grundfläche 126 des Mittelstifts 124 auf den Kopf 86 des Ventilelements 80 eine nach vorn gerichtete Kraft ausgeübt wird, wenn der Kolben 90 nach vorn in die geschlossene Position angetrieben wird. Die Größe, die Anzahl und die Anordnung der Tellerfedern 120 sind so gewählt, daß der Betrag der auf den Kopf 86 des Ventil­ elements 80 ausgeübten Kraft vorgegeben ist. In anderen Ausführungs­ formen können andere Anordnungen der Druckfedern in der Feder­ kammer 104 ausgebildet werden, um die vorgegebene Vorbelastung zu schaffen. In der vorliegenden Ausführungsform stößt in der in Fig. 2 gezeigten geöffneten Position die Grundfläche 126 des Mittelstifts 124 an eine kreisförmige Schulter 134, die sich um die Federkammer 104 erstreckt und in dieser in Längsrichtung angeordnet ist, um sicherzu­ stellen, daß der Kopf 86 ein geringes Spiel aufweist, so daß er sich aufgrund der Wärmeausdehnung des Verteilers 12, wenn dieser zuerst geheizt wird, in seitlicher Richtung etwas bewegen kann.

Im Betrieb wird das System oder die Vorrichtung wie in Fig. 1 gezeigt und oben beschrieben zusammengebaut. Obwohl zur Vereinfachung der Darstellung nur ein einziger Hohlraum 18 gezeigt ist, zweigt sich der Schmelzekanal 10 im Schmelzeverteiler 12 normalerweise auf und führt über zahlreiche Düsen 14 zu zahlreichen verschiedenen Hohlräumen 18. An das Heizelement 24 im Verteiler 12 und an die Heizelemente 34 in den verschiedenen Düsen 14 wird elektrische Leistung eingegeben, um sie auf eine vorgegebene Betriebstemperatur zu heizen. Wie oben erwähnt, ist dafür Sorge getragen, daß das Ventilelement 80 im Kolben 90 aufgrund der Wärmeausdehnung des Verteilers 12 bei dessen Auf­ heizen eine geringe seitliche Bewegung ausführen kann. Dann wird von einer (nicht gezeigten) Gießmaschine heiße, mit Druck beaufschlagte Schmelze durch den mittigen Einlaß 136 in den Schmelzekanal 10 entsprechend einem vorgegebenen Zyklus auf herkömmliche Weise eingespritzt. Der Schmelzekanal 10 zweigt im Verteiler 12 nach außen an jede Düse 14 auf, von wo aus er sich durch die mittige Bohrung 32 und anschließend durch die ausgerichtete Düsendichtung 42 an den entsprechenden Anguß 16 erstreckt. In der vorliegenden Ausführungs­ form wird an die Zylinder 92 über Hydraulikfluid-Rohrleitungen 98, 100 gesteuerter Hydraulikdruck angelegt, um die Betätigung der Kol­ ben 90 und der Ventilelemente 80 entsprechend einem vorgegebenen Zyklus auf herkömmliche Weise zu steuern. In anderen Ausführungs­ formen können die Kolben 90 statt mit Hydraulikfluid mit Luftdruck angetrieben werden. Wenn sich die Ventilelemente 80 und die Kolben 90 in ihrer zurückgezogenen, geöffneten Position befinden, die in Fig. 2 gezeigt ist, schlägt der Kolben 90 an der Abdeckung 94 an, wobei die mit Gewinde versehene Kappe 114, die mittels eines in den Sockel 138 eingesetzten Schraubenschlüssels an ihrer Position festgezogen worden ist, auf den Stapel 122 von Tellerfedern 120 wie oben beschrieben eine vorgegebene Vorbelastungskraft ausübt. Wie ersichtlich, ist zwischen dem hinteren Ende 132 des Stifts 124 und der Kappe 114 ein ausrei­ chender Zwischenraum 140 vorhanden, damit eine weitere Kompres­ sion des Stapels 122 von Tellerfedern 120 während des Schließvor­ gangs möglich ist.

Die mit Druck beaufschlagte Schmelze fließt durch den Schmelzekanal 10 und die Angüsse 16, bis die Hohlräume 18 gefüllt sind. Wenn die Hohlräume 18 gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend aufrechterhalten, um eine Verdichtung zu bewirken.

Dann wird die Richtung des Hydraulikantriebs umgekehrt, damit die Ventilelemente 80 und die Kolben 90 in die vordere geschlossene Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, bewegt werden, in der das konisch zulaufende vordere Ende 84 jedes Ventilelements 80 in einem der Angüsse 16 sitzt. Während des Schließens ist der Stapel 122 von Tel­ lerfedern 120 wie erwähnt weiter komprimierbar, damit sich der Kopf 86 des Ventilelements 80 etwas in die Federkammer 104 zurückziehen kann, um den Stoß des vorderen Endes 84 des Ventilelements 80 am Anguß 16 abzuschwächen. Dadurch wird der Verschleiß des vorderen Endes 84 des Ventilelements 80 reduziert, ferner werden der Ver­ schleiß und die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der Hohlraumplatte 50 um den Anguß 16 reduziert.

In der geschlossenen Position ist zwischen der Grundfläche 126 des Mittelstifts 124 und der kreisförmigen Schulter 134 ein Raum 142 vorhanden, der dem Betrag entspricht, um den der Stapel 122 der Tellerfedern 120 weiter komprimiert worden ist. In einigen Anwen­ dungen ist die Komprimierbarkeit des Stapels 122 von Tellerfedern 120 besonders vorteilhaft, damit das vordere Ende 84 des Ventilelements 80 eng anliegend im Anguß 16 sitzt, indem jeglicher Kunststoff, der sich im Anguß 16 während des vorhergehenden Ausspritzens verfestigt hat, allmählich geschmolzen wird. Nach dem Schließen wird der Einspritz­ druck aufgehoben, woraufhin nach einer kurzen Kühlungsperiode die Gießform geöffnet wird, um das Gießprodukt zu entnehmen. Nach der Entnahme des Gießprodukts wird die Gießform erneut geschlossen, woraufhin Hydraulikdruck angelegt wird, um die Ventilelemente 80 in die geöffnete Position zurückzuziehen, woraufhin erneut Schmelze- Einspritzdruck angelegt wird, um die Hohlräume 18 erneut zu füllen. Dieser Zyklus wird kontinuierlich mit einer Frequenz wiederholt, die von der Anzahl und der Größe der Hohlräume sowie vom Typ des gegossenen Materials abhängt.

Obwohl die Beschreibung der Spritzgießvorrichtung, bei der der Ein­ griff der Kolben 90 mit den Ventilelementen 80 erfindungsgemäß durch eine Feder vorbelastet ist, anhand einer bevorzugten Ausführungsform gegeben worden ist, sind für den Fachmann selbstverständlich ver­ schiedene Abwandlungen möglich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.

Claims (6)

1. Spritzgießvorrichtung mit ventilgesteuertem Anguss, mit einem Schmelzekanal (10), der sich zu einem in einem Hohlraum (18) führenden Anguss (16) erstreckt und einem Ventilelement (80), das eine langgestreckte Ventilnadel mit einem vor­ deren Ende (84) sowie einem hinteren Ende (88) aufweist, das sich durch den Schmelzekanal (10) erstreckt und auf den Anguss (16) ausgerichtet ist, wobei das Ventilelement (80) an seinem hinteren Ende (88) einen erweiterten Kopf (86) auf­ weist, der mit einem Kolben (90) in Eingriff ist, der seinerseits ein Einschraubteil (114) aufweist, das im Hauptkörper (102) des Kolbens (90) lösbar befestigt ist, wobei der Hauptkörper (102) eine Bohrung (118) aufweist, durch die sich die Ven­ tilnadel (82) des Ventilelements (80) in Richtung Anguss erstreckt, wobei der Kolben (90) in einem Zylinder aufgenommen ist, um das Ventilelement (80) zwi­ schen einer zurückgezogenen geöffneten Position und einer vorderen geschlos­ senen Position, in der ein vorderes Ende (84) des Ventilelements (80) im Anguss (16) sitzt, hin und her zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass
der Hauptkörper (102) des Kolbens (90) eine Federkammer (104) aufweist, die auf das Ventilelement (80) ausgerichtet ist und ein hinteres Ende, das durch das lös­ bare Einschraubteil (114) verschlossen ist, sowie ein vorderes Ende aufweist, von dem aus sich die Ventilelement-Bohrung (118) erstreckt,
der Kopf (86) des Ventilelements (80) in der Federkammer (104) aufgenommen ist, wobei sich die Ventilnadel (82) des Ventilelements (80) vom Kopf (86) durch die Ventilelement-Bohrung (118) in Richtung Anguss erstreckt,
der Kopf (86) des Ventilelements (80) einen größeren Durchmesser als die Ventil­ element-Bohrung (118) aufweist, wodurch durch das in Richtung Anguss weisen­ de Ende der Federkammer (104) ein Anschlag geschaffen wird, und
ein komprimierbares Federmittel (122) in der Federkammer (104) in der Weise angebracht ist, dass es an das hintere Ende (88) des Kopfes (86) des Ventilele­ ments (80) angrenzt, wobei der Kopf (86) des Ventilelements (80) in der ge­ schlossenen Position der Ventilnadel (82) gegen das Federmittel (122) gedrückt ist.

2. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fe­ dermittel (122) mehrere Tellerfedern (120) enthält, die in einem Stapel auf einem Mittelstift (124) in der Federkammer (104) angebracht sind.

3. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel­ stift (124) eine vergrößerte Grundfläche (126) aufweist, die in der geschlossenen Position der Ventilnadel (82) am Kopf (86) des Ventilelements (80) anschlägt, der Stapel (122) von Tellerfedern (120) in der geschlossenen Position der Ventilnadel (82) zwischen der vergrößerten Grundfläche (126) des Stifts (124) und der Kap­ pe (114) des Kolbens (90) eingefedert ist und über die Grundfläche (126) des Stifts (124) auf den Kopf (86) des Ventilelements (80) die vorgegebene Kraft aus­ geübt wird.

4. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder­ kammer (104) sich mittig im Hauptkörper (102) des Kolbens (90) erstreckt, im Wesentlichen zylindrisch ausgeformt ist und eine kreisförmige Schulter (134) auf­ weist, an der die Grundfläche (126) des Mittelstifts (124) in der geöffneten Positi­ on der Ventilnadel (82) anlegbar ist, und die kreisförmige Schulter (134) in der Federkammer (104) in Längsrichtung derart angeordnet ist, dass der Kopf (86) des Ventilelements (80) in der geöffneten Position der Ventilnadel (82) ein Spiel zum Mittelstift (124) aufweist.

5. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Tellerfedern (120) eine konische Form aufweist.

6. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teller­ federn (120) in mehreren Sätzen gruppiert sind, wobei die Tellerfedern (120) in ei­ nem Satz in eine entgegengesetzte Richtung von den Tellerfedern (120) eines be­ nachbarten Satzes weisen.