-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Spritzgießmaschinen.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die gemeinsame
Steuerung von Mehrfach-Spritztöpfen
in einer Spritzgießmaschine,
und auf eine Ausfallssicherungsvorrichtung zur Verhinderung einer
Beschädigung
der Maschine infolge Fehlfunktion, wie des Festsetzens eines Einspritzkolbens
oder eines Verschlußventiles.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Der Einsatz von Steuereinheiten,
wie Spritztöpfen,
zum Einbringen von thermoplastischen Kunstharzen oder anderen Materialien
in einen Formhohlraum einer Spritzgießmaschine ist gut bekannt.
Im allgemeinen führt
eine primäre
Harzquelle das Material einem Spritztopfreservoir zu, welches seinerseits
betätigt
wird, um eine dosierte Menge des Materials in den Formhohlraum einzubringen.
Die US-A-3,516,123 mit dem Titel "Spritzgießmaschine" an Lang und die US-A-3,231,656 mit
dem Titel "Vorrichtung
und Verfahren der Kunststoffformung" an Ninneman offenbaren beide die Verwendung
von Spritztöpfen,
um einen genau dosierten Harzschuß in einen Formhohlraum einzubringen.
Das Dosieren gestattet es, eine genaue Materialmenge in eine Form einzuspritzen,
um sicherzustellen, daß ein
ordnungsgemäß geformter
Teil erzeugt wird, und um einen Materialabfall in Form eines Grates
u. dgl. infolge eines Überfüllens der
Formen zu verhindern. Das Dosieren wird im allgemeinen durch Steuerung
des Abstandes erreicht, um welchen ein Einspritzkolben in einem Spritztopf
für jeden
Schuß zurückgezogen
oder vorgeschoben wird.
-
Andere Dosiertechniken sind ebenfalls
bekannt. Beispielsweise zeigt das US-Patent 4,966,545 mit dem Titel "Abgesetzter Spritztopf
für die
Spritzformung" an
Brown wie ein einzelner Spritztopf betätigt werden kann, um zwei aufeinanderfolgende
dosierte Einspritzungen des gleichen Harzes in den gleichen Formhohlraum
vorzunehmen. Das US-Patent 4,460,324 an Van Appledorn mit dem Titel "Schußzylindersteuerung
für Spritzgießmaschinen
und dergleichen" zeigt,
wie die Einspritzgeschwindigkeit des Kolbens des Spritztopfes gesteuert
werden kann, wodurch die Geschwindigkeit des Einspritzens des Harzes
in den Formhohlraum gesteuert wird.
-
Es ist auch gut bekannt, das thermoplastische
Material einer Mehrhohlraumform durch ein Heißkanalsystem zuzuführen. Das
Heißkanalsystem kann
eine Vielzahl von Spritztöpfen
aufweisen, von denen zumindest ein Spritztopf jedem Formhohlraum zugeordnet
ist.
-
Heißkanalsysteme können auch
für Mehrmaterialeinspritzungen
verwendet werden oder zum Co-Einspritzen. Typischerweise werden
in jeden Formhohlraum, zwei oder mehr Harze eingespritzt, entweder
gleichzeitig oder aufeinanderfolgend, um mehrlagig geformte Strukturen
zu erzeugen. Beispielsweise ist eine übliche Anwendung für Mehrmaterialformung
die Produktion von Behältern
mit Nahrungsmittelqualität
aus recycliertem Kunststoff. Gesetzesstandards erfordern, daß jegliche
Oberflächen,
welche mit dem Nahrungsmittel in Berührung kommen, aus neuem jungfräulichem
Kunststoff bestehen müssen.
Um aus den niedrigeren Kosten wiedergewonnener Kunststoffe Vorteil
zu ziehen, wenden Hersteller die Co-Einspritztechniken an, um das recyclierte
Material in eine Hülle
neuen Kunststoffes einzuschließen.
Das US-Patent Nr. 5,098,274 an Krishnakumar mit dem Titel "Vorrichtung zum Spritzformen
von mehrlagigen Vorformlingen",
und das US-Patent Nr. 4,717,324 an Schad mit dem Titel "Co-Einspritzung von
Hohlkörpern
und Vorformlingen" offenbaren
beide Spritzgießmaschinen
für Mehrmaterialanwendungen.
-
Im allgemeinen wird in diesen Spritzgießmaschinen
nach dem Stand der Technik eine individuelle Kontrolle der Spritztopfhübe vorgesehen.
Gesonderte hydraulische Betätigungszylinder
für jeden Spritztopf
und dessen Spritzkolben sind innerhalb der stationären Maschinenplatte
angeordnet. Diese Hydraulikzylinder müssen hinsichtlich ihres Hubes einzeln
eingestellt werden, um die individuelle Abgabe der Harze in die
Formhohlräume
steuern zu können.
Das Einstellen der Zylinder kann ein gefährlicher Vorgang sein, der
von Hand ausgeführt
wird, und vom Personal erfordert, daß es zwischen die erhitzten
Spritzdüsen
in die Maschine greifen muß,
nahe an den heißen
Oberflächen
und den erhitzten Spritzmaterialien. Außerdem muß der Formungsvorgang für diese
Einstellung unterbrochen werden, was einen signifikanten Verlust
an Produktionszeit verursachen kann, speziell in größeren Maschinen
mit bis zu 96 Spritzkolben.
-
Das US-Patent Nr. 4,632,653 an Plocher
mit dem Titel "Presse
mit einer Vielzahl von Spritzkolben" beschreibt eine übliche Betätigungseinrichtung für Spritzkolben
in einer Transferformungsmaschine. Die Einspritzkolben werden durch
einen Hydraulikantrieb betätigt,
der auf ein einziges Querstück
einwirkt. Der in Plocher offenbarte Spritztopfbetätiger hat
jedoch mehrere Beschränkungen
und Nachteile, die ihn für Spritzgießmaschinen
mit einer dosierten Einspritzmenge unanwendbar machen. Zunächst bieten
die Spritztöpfe
in Druckgießmaschinen
keine dosierte Einschußmenge.
Stattdessen wird jeder Spritztopf mit einer angenäherten Harzmenge
gefüllt,
und die Einspritzkolben werden durch das Querstück betätigt, um das Harz in den Formhohlraum
zu drücken. Plocher
offenbart Druckkompensationskolben und Überströmkanäle, um die Formhohlräume zu entlasten,
falls eine Überfüllung auftritt,
was in einem nichteinheitlichen Produktionsvorgang und in einer
Gratbildung resultiert. Es ist auch kein Mechanismus vorgesehen,
um den Hub der Einspritzkolben einzustellen, weil eine genaue Kontrolle
der Menge des eingespritzten Harzes in die Form bei solchen Transferformungsmaschinen
nicht kritisch ist. Zweitens ist der Querteilbetätiger bei Plocher innerhalb
der Form angeordnet, was die Kosten der Ausbildung und Herstellung
der Form erhöht.
Eine solche Ausbildung ist auch in Maschinen unpraktisch, die hohe
Schließkräfte haben,
weil das vom Querteil eingenommene Volumen die Festigkeit der Formkomponenten
verringert, in denen der Querteil angeordnet ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit
einer Verformung der Formkomponenten beim Schließvorgang erhöht wird.
Außerdem
muß die
Form vollständig
auseinandergenommen werden, um Zugang für Wartung, Einstellung und
Ersatz zu bieten.
-
Eine Vorrichtung, die befähigt ist,
mehrere Spritztöpfe
für eine
genau bemessene Mehrmaterialeinspritzung zu betätigen, ist in der EP-Patentveröffentlichung
Nr.
EP 947303 offenbart.
Der dort beschriebene Spritztopf hat eine Anzahl von Schubstangen,
die an den Platten befestigt sind, welche von außerhalb der Form betätigt werden.
Die Schubstangen erstrecken sich durch Öffnungen in der stationären Platte
und jede greift an einem entsprechenden Einspritzkolben an, um das
Material in die Form einzuspritzen. Ein Problem, das bei dieser
Vorrichtung, wie sie ursprünglich
entwickelt wurde, auftreten kann, ist mit dem Einspritzkolben-Festsetzen
verbunden. Falls sich ein einziger Einspritzkolben festsetzt, wird
die Betätigungseinrichtung
versuchen, den Widerstand des festgesetzten Kolbens zu überwinden und
den Kolben möglicherweise
beschädigen,
so wie seinen Zylinder, oder die zugeordnete Zugstange zum Ausknicken
veranlassen. Dies kann in kostspieligen Abschaltzeiten und Reparaturkosten
resultieren. Ein Festsetzen von Kolben ist relativ häufig und kann
aus einer Anzahl von Gründen
auftreten. Typischerweise kann ein Kolbenfestsetzen leicht behoben
werden, wenn der Spritzgießmaschine
kein permanenter Schaden zugefügt
worden ist.
-
Es ist aus dem US-Patent 5,216,959
mit dem Titel "Verfahren
und Vorrichtung für
einen Pressenüberlastschutz" an Hayashi bekannt,
ein Überlastschutzmittel
in Verbindung mit einer Preßmaschine, wie
einer Formpresse, zu verwenden. Ein festgesetzter Stempel kann exzessive
Lasten erzeugen, die in einem Kollateralschaden der Ausrüstung resultieren können, wenn
die Last nicht aufgehoben wird. Die beschriebene Überlastverhinderungslösung weist
ein hydraulisches Entlastungsventil auf, das eine geeignet bemessene
Scherplatte umfaßt,
welche eine Ventilspindel erhält,
die bei einer vorbestimmten Last durch die Scherplatte hindurchgedrückt wird,
wodurch Hydraulikfluid zum Tank abgelassen und das Drucksystem druckentlastet
wird.
-
Ein weiteres Beispiel einer Ausfallsicherungsvorrichtung
ist aus der GB 352,289 mit dem Titel "Verbesserung hinsichtlich der Brikettierung
von Holzabfällen
und anderen pulverförmigen
Materialien" an
Gouspeyre bekannt. Die offenbarte Vorrichtung preßt den pulverisierten
festen Brennstoff zu Briketts unter Verwendung einer Druckkammer
und eines Stempels, wobei der Stempel mit einer Scherzapfen-Sicherheitsvorrichtung
versehen ist, um Schutz gegen übermäßige Krafteinwirkung
zu bieten, die aus der Dynamik der Kompaktierungsbeaufschlagung
von trockenem Material ohne Bindemedium resultieren kann.
-
Es ist aus der
JP 815 60 10 mit dem Titel "Mehrplungerartige
plungerisobarische Vorrichtung und Verhinderung eines Plungerschaden" an Tatsuki bekannt,
eine Ausfallsicherungsvorrichtung in Verbindung mit einer Spritztopfanordnung
bei Transferformungen vorzusehen. Die Ausfallsicherungsvorrichtung
wendet Druckdetektoren an, um den Arbeitsfluiddruck innerhalb jedes
Spritztopf-Betätigungszylinders
zu überwachen,
um die Druckdifferenz zwischen den Zylindern festzustellen und dementsprechend
den angelegten Fluiddruck für
jeden Spritztopfplunger zu steuern, wodurch eine Beschädigung des
betreffenden Plungers verhindert wird.
-
Es ist ferner erwünscht, eine Ausfallsicherungsvorrichtung
zu schaffen, die eine Betätigungsperson
einer Spritzgießmaschine
vor einem Festsetzvorgang in der Maschine warnt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist eine Ausfallsicherungsvorrichtung
bzw. ein Druckentlastungsmechanismus für einen Spritztopfantrieb in
einer Spritzgießmaschine
vorgesehen. Der Spritztopfantrieb hat eine Vielzahl von Schubstangen,
die auf einer oder mehreren Platten montiert sind. Eine Bewegung
der Platte, welche die Schubstangen hält, führt zu einem Niederdrücken der
Spritztopfeinspritzkolben und spritzt geschmolzenes Material in
eine Anzahl von Formhohlräumen.
Um eine Beschädigung
der Maschine von den Schubstangen zu vermeiden, falls ein Einspritzkolben
festsetzt ist, ist eine Ausfallsicherungsvorrichtung vorgesehen,
um die Schubstangen auf den Platten zu montieren. Ein Führungsblock,
der mit einer ersten Öffnung
versehen ist, nimmt ein Ende der Schubstange auf. Diese erste Öffnung ist
mit einer zweiten Öffnung
in der Platte ausgerichtet, um einen Kanal zur Aufnahme der Schubstange
zu bilden. Bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Formplatte
ebenfalls mit einer ausgerichteten Öffnung versehen, welche den
Führungsblock
an der Platte festlegt. Ein Abscherelement ist zwischen die erste
und die zweite Öffnung
zwischengeschaltet. Typischerweise ist das Abscherelement eine Platte,
die unter normalen Betriebsbedingungen eine Rückbewegung der Schubstange
blockiert. Wenn jedoch eine vorbestimmte Scherkraft auf die Scherplatte
aufgebracht wird, schert das Scherelement ab und die Schubstange
wird innerhalb des Kanals zurückgezogen,
wodurch der Druck aufgehoben wird. Für 48 Hohlräume einer Mehrmaterial-Spritzgießmaschine ist
die entsprechende Scherkraft äquivalent
etwa 310,26 MPa Kunststoffdruck im Spritztopfzylinder.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist die Ausfallsicherungsvorrichtung mit
einem Feststellsystem für
Festsetzen gepaart, welches ein Kolben- oder Ventilverschluß festsetzen
feststellt und eine entsprechende Benachrichtigung bzw. Steuersignale
abgibt. Das Feststellsystem besteht aus einem Lasertransmittor und
einem Laserempfänger,
die mit einer Reihe von Schubstangen ausgerichtet sind. Sichtmittel
sind auf den Schubstangen vorgesehen, wie Umfangsnuten, die mit
dem Führungsblock
koinzidieren, durch welche ein Strahl von dem Transmitter zu dem
Empfänger unter
normalen Betriebsbedingungen übertragen werden
kann, d.h. wenn der Druckentlastungsmechanismus noch nicht aktiviert
worden ist. Eine entsprechende Schaltung ist an dem Empfänger befestigt,
um festzustellen, ob der Strahl unterbrochen wird, und um Benachrichtigungssignale
an die Bedienungsperson der Maschine zu senden, oder Steuersignale,
wie ein automatisches Abschaltsignal.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist eine Mehrmaterial-Spritzgießmaschine
vorgesehen, welche eine Ausfallsicherungsvorrichtung und ein Ermittlungssystem
aufweist. Die Maschine umfaßt
einen Formhohlraum und zumindest zwei Spritztöpfe, die vorgesehen sind, um
Material in den Formhohlraum einzuspritzen. Jeder Spritztopf hat
einen Spritzkolben zum Hineindrücken
von Material in den Formhohlraum. Ein Spritztopfantrieb ist an der
Maschine befestigt. Er hat eine erste Platte und eine zweite Platte
und weist pro Platte Schubstangen auf, die an den entsprechenden Spritzkolben
angreifen. Die erste und die zweite Platte werden nacheinander betätigt, um
die entsprechenden Schubstangen gegen die Spritzkolben vorzuschieben.
Ein Druckentlastungsmechanismus oder eine Ausfallsicherungsvorrichtung
wird verwendet, um jede Schubstange an ihrer entsprechenden Platte
zu befestigen. Ein Führungsblock,
der mit einer ersten Öffnung
versehen ist, nimmt ein Ende der Schubstange auf. Diese erste Öffnung ist
mit einer zweiten Öffnung
in der Platte ausgerichtet, um einen Kanal zur Aufnahme der Schubstange
zu bilden. Bei dem der zeit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist auch eine
Formplatte mit einer ausgerichteten Öffnung vorgesehen, welche den
Führungsblock
an der Platte festlegt. Ein Scherelement ist zwischen die erste
und die zweite Öffnung
zwischengeschaltet oder eingelegt. Typischerweise ist das Scherelement eine
Platte, die unter normalen Betriebsbedingungen eine Rückwärtsbewegung
der Schubstange blockiert. Wenn jedoch eine vorbestimmte Scherkraft auf
die Scherplatte aufgebracht wird, schert das Scherelement ab und
die Schubstange kann innerhalb des Kanals zurückgezogen werden, wodurch der
Druck aufgehoben wird. Für 48 Hohlräume einer Mehrmaterial-Spritzgießmaschine
ist die entsprechende Schubscherkraft äquivalent etwa 310,36 MPa Kunststoffdruck
im Spritztopfzylinder.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die angeschlossenen
Figuren beschrieben in denen zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Mehrmaterial-Heißkanalsystems für eine Form
mit vier Hohlräumen
nach dem Stand der Technik;
-
2 einen
Querschnitt des Mehrmaterial-Heißkanalsystems in der Nähe einer
Düsenanordnung
nach dem Stand der Technik;
-
3 einen
Querschnitt eines Teiles der Mehrmaterial-Spritzgießmaschine
nach dem Stand der Technik, einschließlich eines üblichen
Spritztopfantriebsanordnung, wobei alle Schubstangen in der zurückgezogenen
Position sind;
-
4 einen
Querschnitt der Maschine nach der Linie A-A in 3;
-
5 einen
Querschnitt der Maschine nach der Linie B-B in 3;
-
6 einen
Querschnitt der Maschine nach der Linie C-C in 3;
-
7 die
Maschine nach 3, wobei
der erste Satz von Schubstangen vorgeschoben ist;
-
8 zeigt
die Maschine nach 3,
wobei sowohl der erste als auch der zweite Satz von Schubstangen
vorgeschoben ist;
-
9 zeigt
einen Querschnitt eines Teiles einer Mehrmaterial-Spritzgießmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
10 zeigt
eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines Ausfallsicherungsmechanismus
für einen
Spritztopfantrieb nach 9;
-
11 zeigt
einen Querschnitt des Ausfallsicherungsmechanismus nach 10;
-
12 zeigt
eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Ausfallsicherungsvorrichtung
für den
Spritztopfantrieb nach 9;
-
13 zeigt
einen Querschnitt des Ausfallsicherungsmechanismus nach 12;
-
14 zeigt
einen Querschnitt der Maschine nach 9 entlang
der Linie E-E; und
-
15 zeigt
einen Querschnitt der Maschine nach 9 entlang
der Linie F-F.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Zu illustrativen Zwecken wird die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Doppel-Heißkanalspritzgießmaschine
beschrieben, die in den Zeichnungen gezeigt ist. Für den Fachmann
ist klar, daß die
vorliegende Erfindung allgemein auf irgendeine Spritzgießmaschine
mit einer Vielzahl von Spritztöpfen
angewendet werden kann, für
die eine gemeinsame Steuerung erwünscht ist.
-
Ein Spritztopfantrieb nach dem Stand
der Technik ist in den 1 und 2 gezeigt, wobei 1 eine schematische und 2 eine Querschnittsansicht
eines Teiles eines Heißkanalsystems
für eine Spritzgießmaschine
zeigt, die zwei thermoplastische Harze oder andere zu formende Materialien
aufnimmt, die allgemein mit den Bezugszeichen 20 bezeichnet
sind. Ein Harz wird aus einer Quelle geliefert, die als Extruder
A identifiziert wird, das andere Harz wird aus einer Quelle geliefert
die als Extruder B identifiziert ist. Während das dargestellte Ausführungsbeispiel
zwei Harzquellen A und B zeigt, liegt es vollständig im Rahmen der Erfindung
eine, zwei oder mehr Quellen anzuwenden. Der Teil des Heißkanalsystems 20,
der von dem Extruder A wegführt,
ist mit durchgehenden Linien gezeigt, der Teil, der von dem Extruder
B wegführt,
ist strichliniert gezeigt.
-
Wie 1 zeigt,
werden die von den Extrudern A und B zugeführten Materialien den Formhohlräumen 22, 24, 26 und 28 durch
entsprechende Co-Einspritzdüsen 32, 34, 36 und 38 zugeführt. Der Extruder
A liefert das Material einem erhitzten Verteiler Ma,
der seinerseits mit jeder Düse 32, 34, 36 und 38 über Heißkanäle, 42, 44, 46 und 48 in
Verbindung steht. Drehventile 52, 54, 56 und 58 steuern
die Beladung jedes Spritztopfes oder Spritzzylinders 62, 64, 66 und 68.
-
Ein entsprechend erhitzter Verteiler
Mb führt vom
Extruder B zu jeder Düse 32, 34, 36 und 38 über Heißkanäle 72, 74, 76 und 78.
Drehventile 82, 84, 86 und 88 steuern
die Beladung der Spritztöpfe 92, 94, 96 und 98.
-
Während
die schematische Darstellung nach 1 ein
Heißkanalsystem 20 zeigt,
das von zwei Quellen wegführt,
den Extrudern A und B, liegt der Transport von konditioniertem thermoplastischem Harz
zu einer Vierhohlraumform vollständig
innerhalb der vorliegenden Erfindung, um 48 oder mehr Formhohlräume zu speisen,
die von ein, zwei oder mehr Quellen ausgehen.
-
Wie 2 zeigt,
wird ein zentraler Verteilerblock 102 durch Heizelemente 104 auf
einem entsprechenden Temperaturbereich gehalten. Wenn beispielsweise
das Harz ein Polyethylenterephthalat (PET) ist, kann der zentrale
Verteilerblock auf einem Temperaturbereich von etwa 260 bis 288°C gehalten werden.
Kanäle 106 und 108 nehmen
plastiziertes Harz aus dem Extruder A auf. Das Drehventil 112, das
mit dem Kanal 108 in Verbindung steht und durch einen Verbindungsmechanismus 114 bestätigt wird, steuert
die Beladung des Reservoirs 116 des Spritztopfes oder Spritzzylinders 118,
von denen jeder mit einem Spritzkolben 122 ausgestattet
ist. Ein Drehventil 112 ist mit einer Querdruchgangsbohrung 124 ausgebildet
und in 2 in der Schließstellung
gezeigt. Das Reservoir 116 steht in Verbindung mit dem Kanal 126,
der seinerseits zu der Düsenanordnung 32 führt. Die
Düsenanordnung 32 wirkt,
um das Harz in einem Formhohlraum einzuspritzen (nicht gezeigt).
-
Auf ähnliche Weise ist für den Pfad,
der von dem Extruder B wegführt,
ein Verteilerblock 133 vorgesehen, der ein gesondertes
Segment des Verteilers 102 oder ein Teil desselben sein
kann und durch Heizelemente 132 auf einem entsprechenden
Temperaturbereich gehalten wird. Wenn beispielsweise das Harz ein
Ethylenvinylalkoholcopolymer (EVOH) ist, kann der zentrale Verteilerblock
auf einer Temperatur im Bereich von etwa 204 bis 227°C durch Heizelemente 132 gehalten
werden. Kanäle 134 nehmen plastiziertes
Harz aus dem Extruder B auf. Ein Drehventil 144 in Verbindung
mit dem Kanal 134, das betätigt durch einen Verbindungsmechanismus 133 betätigt wird,
steuert das Beladen des Reservoirs 136 des Spritz topfes
bzw. Spritzzylinders 139, von denen jeder mit einem Spritzkolben 142 ausgestattet
ist. Das Drehventil 144 ist mit einer Querdurchgangsbohrung 146 ausgebildet
und befindet sich, wie 2 zeigt,
in der Schließstellung.
Das Reservoir 136 steht mit einem Kanal 140 in
Verbindung, der seinerseits zu der Düsenanordnung 32 führt.
-
Die Düsenanordnung 32 umfaßt einen
zentralen Einlauf 146 in Wärmekontakt mit den Verteilerblock 102.
Der Einlauf 146 ist mit einem durchgehenden Kanal 148 versehen,
durch welchen das Harz zu einem Düsenkörper 152 strömen kann.
Wie dargestellt ist, steuert ein Ventilschaft 166, der
durch einen Kolben 168 bewegt wird, das Öffnen und
Schließen des
Ventiles 152. Andere Verschlußsysteme sind dem Fachmann
bekannt und können
zur Steuerung des Einspritzens des Harzes durch die Düsenanordnung 32 verwendet
werden.
-
Der Einlauf 146 ist in einem
Gehäuse 158 abgestützt, das
von dem Einlauf 146 beabstandet ist, im wesentlichen über seine
Länge,
durch einen isolierenden Luftspalt 162, um das Harz aus
dem Extruder B auf seiner optimalen Verarbeitungstemperatur zu halten,
wenn es zu dem Düsenkörper 152 durch einen
Kanal 160 strömt.
-
Um zwei Harze aus den Extrudern A
und B in jedem Formhohlraum einzuspritzen, wird im allgemeinen der
Satz von Spritzkolben 122 für das vom Extruder A zugeführte Harz
zuerst vorgeschoben, um eine dosierte Menge des ersten Harzes in
den Formhohlraum zu befördern
und diesen teilweise zu befüllen.
Darauf folgt durch Vorschieben des Spritzkolbens 142 eine
dosierte Menge des zweiten Harzes, das vom Extruder B geliefert
wird, wobei wiederum nur ein Teil des Formhohlraumes gefüllt wird. Schließlich erfolgt
eine zweite Zuführung
des ersten Harzes direkt durch den Kanal 126 auf einem
Bypassweg am Spritztopf 116 vorbei, wobei der Formhohlraum
gefüllt
und die geformten Gegenstände
erzeugt werden. Es versteht sich, daß die besondere Abfolge, die
zum Herstellen der geformten Artikel gewählt wird, von der erwünschten
Endstruktur abhängt,
und das gleichzeitige als auch aufeinanderfolgende Einspritzen in
jedem Formhohlraum umfassen kann.
-
Die 3 bis 8 zeigen Seiten- und Hinteransichten
einer Spritzgießmaschine
nach dem Stand der Technik. In 3 ist
eine Form 180, die ein Heißkanalsystem 20 aufweist,
zwischen einer Schließeinheit 184 montiert.
Die Schließeinheit 184 umfaßt im allgemeinen
eine stationäre
Platte 190 und eine bewegbare Platte 192. An der
Außenseite
der stationären
Platten 190 ist eine übliche
Spritztopfbetätigungsanordnung 196 vorgesehen.
Während
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
und in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung die Spritztopfbetätigungsanordnung 196 an
der stationären
Platte 190 montiert ist, liegt es im Bereich der Erfindung,
daß die
Anordnung 196 auch an einer beliebigen Platte benachbart
dem Heißkanal 20 montiert werden
kann.
-
Die Spritztopfbetätigungsanordnung 196 umfaßt im allgemeinen
einen Rahmen 198, eine Spritztopfbetätiger 200 und Antriebsmittel 202.
Der Rahmen 198 hat vier Säulen 204, 206, 208 und 210, die
an der stationären
Platte 190 befestigt sind, im allgemeinen in einem rechteckigen
Muster, wie dies am besten aus 4 hervorgeht,
wobei sie durch Bolzen 212 befestigt sind. Eine Antriebsträger 214,
der von der Hinterseite der stationären Platte 190 um die exponierte
Länge der
Säulen 204, 206, 208 und 210 beabstandet
ist, ist an den Enden der Säulen
montiert und durch Bolzen 216 festgelegt. An dem Abtriebsträger 214 sind
ein erster und ein zweiter Antrieb 218 bzw. 220 montiert,
deren Betriebsweise nachfolgend beschrieben wird. Die Antriebe 218 und 220 können hydraulische
Stempel sein, elektrische Linearmotoren oder andere geeignete Antriebe.
-
Der Spritztopfbetätiger 200 ist auf
den Säulen 204, 206, 208 und 210 zur
Gleitbewegung zwischen dem Antriebsträger 214 und der Hinterseite der
stationären
Platte 190 montiert. Bei dem dargestellten Beispiel hat
der Betätigen 202 parallele
und getrennt bewegbare Platten 222 und 224. Eine
erste Gruppe von Schubstangen 226 ist an der ersten Platte 222 montiert.
Die Schubstangen 226 sind so angeordnet, daß sie der
Position jeder der Spritzkolben 142 in ihrem entsprechenden
Satz in der Form 180 entspricht. In ähnlicher Weise ist eine zweite
Gruppe von Schubstangen 228 an der zweiten Platte 224 befestigt
und so angeordnet, daß sie
der Position des Spritzkolbens 122 in ihrem entsprechenden
Satz entspricht. Die Schubstangen 226 und 228 können in
die Platten 222 und 224 eingeschraubt oder mit
Bayonetbefestigungen oder auf andere geeignete Weise festgelegt
sein. Idealerweise stellt die Befestigungsmethode sicher, daß jede befestigte
Schubstange 226, 228 sich von ihrer betreffenden
Platte 222, 224 in einem im wesentlichen identischen
Ausmaß wegerstreckt.
-
Die Schubstangen 226 und 228 erstrecken sich
durch Bohrungen 230 und 232 in der stationären Platte 190 und
greifen an den Spritzkolben 142 und 122 (siehe 2) an. Die Anordnung der
Schubstangen 226 und 228 hängt von der Verlagerung der Spritztöpfe 138 und 118 (siehe 2) und ihrer entsprechenden
Spritzkolben 142 und 122 (siehe 2) in dem Heißkanalsystem 20 ab. 7 zeigt eine Anordnung,
die sich für
eine Co-Einspritzmaschine mit 48 Formhohlräumen zum Herstellen von Vorformlingen
eignet. Um einer Anzahl von verschiedenen Spritztopfanordnungen
zu entsprechen, können
die Schubstangen 226 und 228 abgenommen und in
der erwünschten
Weise an den Platten 222 und 224 erneut angeordnet
werden, oder es können
separate Platten-Schubstangenanordnungen für die verschiedenen Formen 180 vorgesehen
sein. Es wird in Betracht gezogen, daß Stan dardspritzkolbenabstände angewendet
werden, damit die Formen austauschbar sein können, wie dies noch detaillierter
beschrieben wird.
-
Die Platte 222 kann entlang
der Säulen 204, 206, 208 und 210 durch
einen entsprechenden Antrieb 218 hin und hergehend bewegt
werden. Wie am besten aus den 5 und 6 hervorgeht, umfaßt der Antrieb 218 zwei
Hydraulikzylinderkolben 236. Die Platte 224 ist
in ähnlicher
Weise durch den Antrieb 220 angetrieben, der zwei Hydraulikzylinderkolben 234 aufweist.
Da die Platte 222 vor der Platte 224 angeordnet
ist, sind Kolbenbohrungen 238 in der Platte 224 vorgesehen,
um den Durchgang der Kolben 236 aufzunehmen und eine freie
Bewegung der Platte 222 bezüglich der Platte 224 zu
gestatten. In ähnlicher
Weise sind Bohrungen 239 in der Platte 222 vorgesehen,
um einen freien Durchgang der Schubstangen 228 zu gestatten.
Je nach der Konfiguration der Kolben 236 können die
Bohrungen 238 und 239 durch Ausschnitte ersetzt
werden oder insgesamt weggelassen werden, wenn die Schubstangen
nicht behindert sind.
-
Die Position und Lineargeschwindigkeit
der Platten 222 und 224 kann durch Linearpositionsfühlmittel 214 abgefühlt werden.
Die Fühler 240 können ein
magnetischer, optoelektronischer oder ein anderer geeigneter Sensor
sein, wie jene die von Temposonic Inc. hergestellt werden. Der Fühler 240 ist
an den Rahmen 198 fixiert oder auf andere Weise relativ zu
den Platten 222 und 224 fixiert. Der Fühler 240 kann
an ein geeignetes Steuersystem (nicht gezeigt) angeschlossen sein,
zur konventionellen elektronischen oder programmierbaren Steuerung
des Betätigen 200,
wie dies dem Fachmann bekannt ist.
-
Unter Bezugnahme auf die 3, 7 und 8 wird
die Arbeitsweise des Betätigers 200 unter
Bezugnahme auf eine Mehrmaterial-Einspritzsequenz beschrieben. Vor
der nachfolgend beschriebenen Einspritzsequenz wird die Verschließeinheit 184 betätigt, um
die Form 180 zu schließen,
wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Einspritzsequenz beginnt mit
den Schubstangen 226 und 228 und den Platten 222 und 224 in
zurückgezogener
Position, wie dies in 3 gezeigt
ist. fn der zurückgezogenen
Position begrenzen die freien Enden der Schubstangen 226 und 228,
welche an den Spritzkolben 142 und 122 in dem
Heißkanalsystem 20 angreifen,
die Rückwärtsbewegung
der Spritzkolben 142 und 122 und somit das Volumen
am Material, das in den Spritztopfreservoirs 136 und 116 aufgenommen
werden kann. Die Einstellung der zurückgezogenen Position an den Platten 222 und 224 durch
Einstellen des Rückhubes der
entsprechenden Zylinderkolben 234 und 236 bewirkt
ein Dosieren der Menge an Material, die von jedem Spritztopf 136 und 118 von
den Extrudern B und A angenommen werden können.
-
Sobald die Spritztöpfe 136 und 116 mit
der erwünschten
Materialmenge in der vorstehend beschriebenen Weise gefüllt sind,
werden die Platten 224 und ihre Schubstangen 228 vorgeschoben,
um den Satz von Spritzkolben 122 zu betätigen, wodurch der dosierte
Schuß an
Material aus jedem Reservoir 116 in den entsprechenden
Formhohlraum eingespritzt wird. Die Schubstangen 228 werden
durch einen Vorwärtshub
der Zylinderkolben 236, die auf die Platte 224 wirken,
in Richtung des Pfeiles F vorgeschoben, wie dies 7 zeigt. Die Bohrungen 238 und 239 gestatten,
daß die
Platte 222 sich vorwärts bewegt,
ohne die Position der Platte 222 zu beeinträchtigen.
Die Position und Geschwindigkeit der Platte 224 während des
Vorwärtshubes
wird von dem Fühler 240 abgefühlt. Der
Fühler 240 liefert
die Information an das Steuersystem, welches seinerseits die Geschwindigkeit
und die Entfernung, die von den Schubstangen 228 zurückgelegt
wird, steuert.
-
Als nächstes werden die in 8 gezeigte Platte 222 und
ihre Schubstangen 226 vorgeschoben, um die Spritzkolben 142 zu
betätigen,
wodurch der dosierte Materialschuß aus jedem Reservoir 136 in
den entsprechenden Formhohlraum eingespritzt wird. Die Schubstangen 226 werden
durch einen Vorwärtshub
der Zylinderkolben 236, die auf die Platte 224 in
Richtung des Pfeiles G einwirken, vorgeschoben. Die Position und
Geschwindigkeit der Platte 222 wird durch einen Fühler 240 abgefühlt, um
die Geschwindigkeit und die Entfernung, die von den Schubstangen 226 zurückgelegt
wird, zu steuern, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Ein
Einspritzen von Material aus dem Extruder A erfolgt dann direkt
zu der Düse
32, um die Form vollzufüllen, und
der Schieber 152 wird geschlossen.
-
Der Co-Einspritzformvorgang erfolgt
dann weiter auf konventionellen Maschinen. Das in die Formhohlräume eingespritzte
Material wird abkühlen gelassen,
die Verschlußeinheit 184 wird
freigegeben und das fertiggestellte Produkt wird aus der Form ausgeworfen.
-
Es versteht sich für den Fachmann,
daß ein Spritztopfbetätiger nicht
auf zwei Platten beschränkt ist,
sondern auch auf Drei- oder Mehrplatten-Schubstangen und entsprechende
Sätze von
Spritztöpfen erstreckt
werden kann, wenn dies erwünscht
ist. Der Betätigen
ist auch nicht auf eine sequentielle Einspritzung mehrerer Harze
beschränkt.
Kombinationen von sequentiellen und/oder gleichzeitigen Bewegungen
der Schubstangen sind möglich,
um gleiche Einspritzungen der entsprechenden Harze vorzunehmen.
-
Die Betätigungsanordnung 196 kann
auch in ein Transferformungssystem eingebaut sein, wie dies in der
EP-Anmeldung 99 850 042.5 beschrieben ist. Wie vorstehend beschrieben,
werden die Spritzkolben von ihrer Vorwärtshubposition mit der gleichen Geschwindigkeit zurückgezogen,
wie die Spritztöpfe gefüllt werden,
um den Acetaldehydgehalt fertiggestellten Artikel zu reduzieren.
In diesem Fall werden zur Aufnahme der Betätigungsanordnung 196 die Schubstangen 226, 228 an
den Spritzkolben fixiert, um ein gesteuertes Zurückziehen der Spritzkolben zu gestatten,
und ein Steuersystem überwacht
und steuert die Geschwindigkeit, mit welcher die Kolben zurückgezogen
werden.
-
Die vorliegende Erfindung umfaßt einen
Ausfallsicherungsmechanismus für
den Spritztopfbetätiger 200 nach
dem Stand der Technik wie dies 9 zeigt.
In bestimmten Situationen können
sich ein oder mehrere Spritzkoben 122, 142, festsetzen.
Da der Betätiger 200 auf
mehrere Kolben einwirkt, kann das Festsetzen eines einzigen Kolbens 122, 142 katastrophale
Folgen haben. Der Betätiger
wird versuchen, den Widerstand der festgesetzten Kolben zu überwinden
und wird vermutlich Schaden verursachen, wie ein Ausknicken der
Schubstangen 226, 228 und/oder eine Beschädigung des
Kolbens und seines zugeordneten Zylinders. Dies gilt auch für ein Festsetzen
von Ventilverschlußstücken. Um
eine solche Situation zu vermeiden, sind die Platten 222, 224 mit
einer Anzahl von Ausfallsicherungsvorrichtungen 250, 252 versehen,
typischerweise eine pro Schubstange, die an einer Platte befestigt
ist.
-
Unter Bezugnahme auf die 10 bis 13 sind die Ausfallsicherungsvorrichtungen 250, 252 detaillierter
dargestellt. Die 10 und 11 zeigen eine Ausfallsicherungsvorrichtung 250,
die auf einer Platte 224 zum Festlegen der Schubstangen 228 vorgesehen
ist. Die 12 und 13 zeigen Ausfallsicherungsvorrichtungen 250,
die auf einer Platte 222 zum Festlegen der Schubstangen 226 vorgesehen
sind.
-
Es wird zuerst auf die 10 und 11 Bezug genommen, die eine Seitenansicht
und einen Querschnitt einer Ausfallsicherungsvorrichtung 250 zeigen,
die an einer Platte 224 befestigt, wobei jede Vorrichtung 250 einen
Führungsblock 253,
ein Abscherelement, wie eine Abscherplatte 254, und eine
Matrizenplatte 256 aufweist. Der Führungsblock 253 und die
Matrizenplatte 256 sind mit Öffnungen 258, 260 versehen.
Die Öffnungen 258 und 260 sind
miteinander ausgerichtet, und mit einer Öffnung 262, die mit der
Platte 224 ausgebildet ist. Die ausgerichteten Öffnungen 258, 260 und 262 bilden
einen Kanal 264, der einen Durchmesser geringfügig größer als
der Außendurchmesser
der Schubstange 228 hat, derart, daß die Schubstange 228 in
einem Gleitsitz innerhalb des Kanals 264 gehalten ist.
Die Scherplatte 254 wird zwischen den Führungsblock 253 und
der Matrizenplatte 256 derart angeordnet, daß sie den
Kanal 264 blockiert. Der Führungsblock 253, die
Scherplatte 254 und die Formplatte 256 können aus
irgendeinem geeigneten Material bestehen, wie bearbeitetem Stahl
oder Aluminium, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
-
Im Betrieb schützt die Ausfallsicherungsvorrichtung 250 die
Spritzgießmaschine
vor einem Schaden, der durch ein Festsetzen der Spritzkolben oder
Ventilverschlüsse
verursacht werden kann. Im allgemeinen kann, wenn eine solche Überdrucksituation
auftritt, eine Schubstange einem erhöhten Längsdruck unterworfen sein,
wenn die Platte 224 vorgeschoben wird. Die Scherplatte 254 ist
so ausgebildet daß sie
abschert oder bei einem vorbestimmten Druck durchstößt, so daß die zugeordnete Schubstange 228 innerhalb
des Kanals 464 zurückgezogen
wird, um den auf sie aufgebrachten Überdruck zu entlasten. Beispielsweise
wurde bei einer 48-Hohlraum-Spritzgießmaschine gefunden, daß die Formkomponenten
und die Schubstangen beschädigt
werden, wenn der Kunststoffdruck in den Spritztöpfen etwa 413,96 MPa übersteigt.
Deshalb wird als Sicherheitsfaktor die Scherplatte 254 so
ausgebildet, daß sie
bei etwa 310,26 MPa Kunststoffdruck abschert. Der Ausdruck "Kunststoffdruck", wie er hier verwendet
wird, ist definiert als Druck im Spritztopf oder einer Kraft äquivalent
dem Widerstand oder Scherdruck, wie er als Kunststoffdruck definiert
ist, oder als eine Kraft äquivalent
dem Widerstand, bei welchem ein Scherelement abschert. Für die Scherplatten 254,
die der Platte 224 zugeordnet sind, bedeutet dies eine
Kraft von etwa 24,02 kN, die berechnet wird, indem der Scherdruck
durch die Spritztopffläche
dividiert wird, was einem Druck von 1523,76 MPa (221 psi) Hydraulikdruck
auf die Platte 224 bedeutet. Für die Scherplatte 272,
welche der Platte 222 zugeordnet ist, kann dies in eine
Kraft von etwa 140,12 kN übersetzt
werden, errechnet durch Dividieren des Scherdruckes durch die Spritztopffläche, was
zu einem Hydraulikdruck auf die Platte 222 von 1544,43
kPa führt.
In beiden Fällen
gestattet dies einen Sicherheitsfaktor von etwa 4 zwischen der Betriebskraft
und der Scherkraft. Die Ausbildung der Scherplatten 254, 272 ist
Sache einer Standardkonstruktion, und kann modifiziert werden, wie
dies erwünscht
ist, um größere oder
kleinere Sicherheitsfaktoren und Scherkräfte vorzusehen, abhängig von
der erwünschten
Anwendung.
-
Unter Bezugnahme auf die 12 und 13 ist eine Seitenansicht und ein Querschnitt
der Ausfallsicherungsvorrichtung 252 zur Befestigung der
Schubstangen 226 an der Platte 222 gezeigt. Die
Ausfallsicherungsvorrichtungen 252 sind in der Konstruktion ähnlich der
Ausfailsicherungsvorrichtung 250. Sie bestehen ebenfalls
aus einem Führungsblock 270, einem
Scherelement, wie einer Scherplatte 272, und einer Matrizenplatte 274.
Da jedoch die Schubstangen 226 einem größeren Druck als die Schubstangen 228 unterliegen,
müssen
sie größeren Durchmesser haben,
um ein Ausknicken bei einem vorbestimmten Scherdruck von 310,26
MPa zu verhindern. Um die gleichen Schereigenschaften aufrecht zu
erhalten, ist das Ende 276 der Stange 226 auf
einen Durchmesser abgearbeitet, der es gestattet, daß die Scherplatte 272 abschert,
um einen Schaden an den Formkomponenten zu verhindern. Infolgedessen
haben die Öffnungen 278 und 280,
die in der Formplatte 274 und der Platte
222 ausgebildet
sind, im wesentlichen gleichen Durchmesser, wie das abgearbeitete
Ende 276, während
eine Öffnung 282 in
dem Führungsblock 270 einen
Durchmesser hat, der mit dem dickeren Teil der Schubstange 226 koinzidiert.
Die ausgerichteten Öffnungen 278, 280 und 282 bilden
einen Kanal 284.
-
In Betrieb wirkt die Ausfallsicherungsvorrichtung 252 wie
vorstehend beschrieben. Wenn ein Druck größer als der berechnete Scherdruck
auf irgendeine Schubstange 226 ausgeübt wird, wird das Ende 276 der
Schubstange 226 abscheren oder die Scherplatte 272 durchschlagen.
Die Schubstange 226 wird dann innerhalb des Kanals 284 zurückgezogen,
wodurch der Überdruck
abgebaut und ein Schaden an den Formkomponenten und der Schubstange verhindert
wird.
-
Während
die Sicherheitsvorrichtungen 250, 252 als mit
einer Scherplatte versehen ausgebildet sind, die in einer Überdrucksituation
abscheren kann, kann das Scherelement auch ein Scherstift oder irgendeine
analoge Komponente sein, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
-
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung ist ein System zur Ermittlung von Überdrucksituationen, wie eines
Kolben- oder Ventilverschlußfestsetzens.
Unter Bezugnahme auf die 14 und 15 weist das Ermittlungssystem
im allgemeinen eine Reihe von paarweise angeordneten Transmittoren 290 und
Empfängern 292 auf,
die auf gegenüberliegenden
Rändern
der Platten 222, 224 angeordnet sind. Umfangsnuten 294 oder
andere Sichtmittel sind auf jeder Schubstange 226, 228 vorgesehen
wie dies in den 10 bis 13 gezeigt ist. Die Transmitter 290 und
Empfänger 292 sind
paarweise angeordnet und mit der Oberfläche der Nuten 294 ausgerichtet,
die sich über
die Führungsblöcke 253, 270 auf
jeder Platte hinauserstrecken. Jeder Transmitter/Empfänger 290/292 bedient
eine horizontale Reihe von Schubstangen. Bei dem derzeit bevorzugten
Ausführungsbeispiel
sind die Transmitter 290 und Empfänger 292 Lasertransmitter
und -empfänger.
-
Wenn im Betrieb der auf die Schubstange aufgebrachte
Druck die vorbestimmte Scherkraft übersteigt, schert die zugeordnete
Scherplatte ab und die Schubstange wird innerhalb des Kanals 264, 284 zurückgezogen.
Dies bewirkt, daß die
Nut 284 auf der Schubstange außer Ausrichtung mit dem Rest
der Nuten 294 in ihrer Reihe kommt. Dies unterbricht den
Laserstrahl, der zwischen den Transmitter 290 und dem Empfänger 292 verläuft. Eine
geeignete Schaltung und Verarbeitungshardware und -software sind
dem Fachmann bekannt und an den Transmitter/Empfängerpaar vorgesehen, um einen
solchen unterbrochenen Strahl zu ermitteln und das geeignete automatische
Stillsetzen der Maschine zu bewirken oder einen Alarm und Warnsignale
an die Maschinenbedienungsperson abzugeben, die sodann die Maschine
stillsetzen und die entsprechenden Reparaturen durchführen kann.
-
Die Ausfallsicherungsvorrichtung
und das ein Festsetzen feststellende System der vorliegenden Erfindung
schaffen bestimmte Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Der Hauptvorteil ist eine Reduktion des Schadens an den Formkomponenten und
den Schubstangen, der auftreten kann, wenn eine übermäßige Kraft auf eine Schubstange
ausgeübt
wird. Daraus ergeben sich Einsparungen hinsichtlich der Reparaturkosten
und Verringerungen der Maschinenabschaltzeit. Das Ermittlungssystem gestattet
auch eine rasche Ermittlung eines festgesetzten Kolbens oder Ventilverschlusses,
derart, daß die
Spritzgießmaschine
stillgesetzt und repariert werden kann, wenn ein Problem auftritt.
-
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind als Beispiele der Erfindung gedacht und Änderungen
sowie Modifikationen können
daran vom Fachmann vorgenommen werden ohne den Bereich der Erfindung
zu verlassen, der lediglich durch die angeschlossenen Ansprüche definiert
ist.