DE60020140T2

DE60020140T2 - Verteilersystem mit flusssteuerung

Info

Publication number: DE60020140T2
Application number: DE60020140T
Authority: DE
Inventors: David Kazmer; D. Mark MOSS; Mark Doyle; Huip Van Geel
Original assignee: Synventive Molding Solutions Inc
Current assignee: Synventive Molding Solutions Inc
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: US20090061034A1; US8016581B2; US7901601B2; EP1731288A3; CA2663872C; CA2385016C; US6769896B2; KR20010113653A; US6713002B2; EP1731288A2; DE60020140D1; AU3886701A; US20090028986A1; US6464909B1; ATE295257T1; US20030155672A1; CA2663872A1; US20030180409A1; US20080315445A1; CA2385016A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf die Einspritzung von unter Druck stehenden Materialien durch einen Verteiler, wie z. B. der Spritzguss von in einem Heißlaufsystem geschmolzenem Plast. Genauer bezieht sich diese Erfindung auf ein verbessertes Spritzguss-Heißlaufsystem, in dem die Flussgeschwindigkeit der Schmelze während eines Spritzgusszyklus über das Gatter gesteuert wird.
BESCHREIBUNG DER ZUGEHÖRIGEN TECHNIK
Das US-Patent Nr. 5 556 582 offenbart ein Mehrfachgatter-System mit einer einzigen Höhlung, in dem die Flussgeschwindigkeit der Schmelze durch die individuellen Gatter unabhängig über ein Steuersystem gemäß spezifischen Soll-Prozessbedingungen gesteuert wird. Dieses System ermöglicht es, dass die Schweißlinie des Teils (der Abschnitt des Teils, in dem die Schmelze aus einem Gatter auf die Schmelze aus einem weiteren Gatter trifft) selektiv lokalisiert wird. Es ermöglicht ferner, dass die Gestalt der Schweißlinie verändert wird, um eine stärkere Verbindung zu bilden.
Das Patent '582 offenbart das Steuern der Flussgeschwindigkeit der Schmelze mit einem konischen Ventilstift an dem Gatter zu der Formhöhlung. Es offenbart ferner das Platzieren eines Druckmesswertwandlers im Innern der Formhöhlung. Das Platzieren des Druckmesswertwandlers im Innern der Formhöhlung kann dazu führen, dass der Druckmesswertwandler Druckspitzen misst, die auftreten können, wenn der Ventilstift geschlossen ist. Eine von dem Messwertwandler gemessene Druckspitze kann eine unerwünschte Reaktion von dem Steuersystem verursachen und in einer ungenaueren Steuerung des Flusses der Schmelze resultieren als es erwünscht ist.
Das in dem Patent '582 offenbarte Steuersystem verwendet die Variablen der Ventilstift-Position und den Höhlungs-Druck, um zu bestimmen, in welcher Position sich der Ventilstift befin den sollte. Somit verwendet der von dem Steuersystem in dem Patent '582 ausgeführte Algorithmus zwei Variablen, um die Flussgeschwindigkeit der Schmelze in die Höhlung zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Spritzgussapparat und -verfahren werden bereitgestellt, in dem die Geschwindigkeit des Materialflusses während einem Einspritzzyklus gesteuert wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Spritzgussapparat bereitgestellt, der einen Verteiler, wenigstens eine Einspritzdüse, die an den Verteiler gekoppelt ist, einen Auslöser und einen Ventilstift einschließt, der so ausgestaltet ist, dass er sich durch den Verteiler und der Einspritzdüse hin- und herbewegt. Der Ventilstift besitzt ein erstes mit dem Auslöser gekoppeltes Ende, ein zweites Ende, welches das Gatter in einer Vorwärtsposition schließt und eine Regelfläche, die zwischen den ersten und zweiten Enden zum Einstellen der Geschwindigkeit des Materialflusses während einem Einspritzzyklus liegt. Das Zurückziehen des Ventilstiftes neigt dazu, die Geschwindigkeit des Materialflusses während dem Einspritzzyklus zu verringern, und das Versetzen des Ventilstiftes in Richtung des Gatters neigt dazu, die Geschwindigkeit des Materialflusses während dem Einspritzzyklus zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler zum Einspritzen von Material in erste beziehungsweise zweite Formhöhlungen und einem Regler zum Steuern der Geschwindigkeit des Materials, das in die ersten und zweiten Formhöhlungen während einem Einspritzzyklus gemäß den ersten beziehungsweise zweiten Soll-Profilen eingespritzt wurde, worin die ersten und zweiten Soll-Profile einen erwünschten Wert von ersten und zweiten gemessenen Zuständen darstellen, die mit der Flussgeschwindigkeit des Materials in Beziehung stehen, das in die ersten beziehungsweise zweiten Höhlungen während einem Einspritzzyklus eingespritzt wurde, ein Verfahren zum Erstellen von wenigstens dem ersten Soll-Profil für die erste Formhöhlung bereitgestellt. Das Verfahren schließt die Schritte des Unterbrechens eines Materialflusses in die zweite Höhlung und das Einspritzen von Material in die erste Höhlung ein, um zu bestimmen, welche Werte des ersten gemessenen Zustandes ein annehmbares gegossenes Teil in der ersten Höhlung erzeugen, wobei die Werte des ersten gemessenen Zustandes, die ein annehmbares gegossenes Teil erzeugen, das erste Soll-Profil bilden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler zum Einspritzen von Material in erste beziehungsweise zweite Formhöhlungen und einem Regler zum Steuern der Flussgeschwindigkeit des Materials, das in die ersten und zweiten Formhöhlungen gemäß den ersten beziehungsweise zweiten Soll-Profilen eingespritzt wurde, worin jedes Soll-Profil einen erwünschten Wert von ersten und zweiten gemessenen Zuständen darstellt, die mit der Flussgeschwindigkeit des Materials in Beziehung stehen, das in die ersten beziehungsweise zweiten Höhlungen während einem Einspritzzyklus eingespritzt wurde, ein Verfahren zum Erstellen der ersten und zweiten Soll-Profile bereitgestellt. Das Verfahren schließt den Schritt des gleichzeitigen Einspritzens von Material in die ersten und zweiten Höhlungen ein; und basierend auf dem gleichzeitigen Einspritzen von Material, das Bestimmen, welche Werte des ersten gemessenen Zustandes ein annehmbares gegossenes Teil in der ersten Formhöhlung erzeugen, wobei die Werte des ersten gemessenen Zustandes, die ein annehmbares gegossenes Teil erzeugen, das erste Soll-Profil bilden, und das Bestimmen, welche Werte des zweiten gemessenen Zustandes ein annehmbares gegossenes Teil in der zweiten Formhöhlung erzeugen, wobei die Werte des zweiten gemessenen Zustandes, die ein annehmbares gegossenes Teil in der zweiten Formhöhlung erzeugen, das zweite Soll-Profil bilden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler zum Einspritzen von Material durch erste und zweite Gatter in eine oder mehrere Formhöhlungen und einem Regler zum Steuern der Flussgeschwindigkeit des Materials, das durch die ersten und zweiten Gatter während einem Einspritzzyklus gemäß den ersten beziehungsweise zweiten Soll-Profilen eingespritzt wurde, worin die ersten und zweiten Soll-Profile einen erwünschten Wert von ersten und zweiten gemessenen Zuständen darstellen, die mit der Flussgeschwindigkeit des Materials in Beziehung stehen, das durch die ersten beziehungsweise zweiten Gatter während einem Einspritzzyklus eingespritzt wurde, ein Verfahren zum Erstellen von wenigstens dem ersten Soll-Profil bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte des Selektierens eines ersten Test-Soll-Profils, das von dem Regler auszuführen ist, das Einspritzen von Material durch das erste Gatter in eine Höhlung gemäß dem ersten Test-Soll-Profil, das von dem Regler ausgeführt wurde, und das Bestimmen einschließt, ob das eingespritzte Material ein annehmbares gegossenes Teil in der Höhlung erzeugt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler zum Einspritzen von Material durch ein erstes Gatter in eine erste Formhöhlung und einem Regler zum Steuern der Flussgeschwindigkeit des Materials, das durch das erste Gatter während einem Einspritzzyklus gemäß einem ersten Soll-Druck-Profil unter Vergleich eines Soll-Druckes mit einem tatsächlichen Druck während dem Einspritzzyklus eingespritzt wurde, worin das erste Soll-Druck-Profil einen Soll-Wert des Druckes darstellt, der von dem Material ausgeübt wird, das durch das erste Gatter während dem Einspritzzyklus eingespritzt wurde, ein Verfahren zum Erstellen des ersten Soll-Druck-Profils bereitgestellt. Das Verfahren schließt die Schritte des Selektierens eines Wertes einer Variablen, die dem Soll-Einspritzdruck des eingespritzten Materials entspricht, des Selektierens eines Wertes einer Variablen, die dem Soll-Verdichtungsdruck des eingespritzten Materials entspricht, und des Selektierens eines Wertes einer Variablen ein, die einer Zeitdauer des Einspritzzyklus entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler zum Einspritzen von Material durch ein erstes Gatter in eine erste Formhöhlung und einem Regler zum Steuern der Flussgeschwindigkeit des Materials, das durch das erste Gatter während einem Einspritzzyklus gemäß einem ersten Soll-Druck-Profil unter Vergleich eines Soll-Druckes mit einem tatsächlichen Druck, der von dem Material ausgeübt wird, ein Verfahren zum Erstellen des ersten Soll- Druck-Profils bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Selektieren von Druckwerten für eine Vielzahl von Variablen, die Soll-Drücken bei einer entsprechenden Vielzahl von Zeiten während dem Einspritzzyklus entsprechen, und das Bilden des ersten Soll-Druck-Profils gemäß den Druckwerten ein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Spritzgussapparat bereitgestellt, der einen Verteiler zum Lenken von Material durch erste und zweite Gatter in eine oder mehrere Formhöhlungen und einen Regler einschließt, um eine Flussgeschwindigkeit des Materials unabhängig zu steuern, das durch die ersten und zweiten Gatter während einem Einspritzzyklus gemäß einem ersten Soll-Profil, das mit dem Material assoziiert ist, das durch das erste Gatter eingespritzt wurde, und einem zweiten Soll-Profil eingespritzt wurde, das mit dem Material assoziiert ist, das durch das zweite Gatter eingespritzt wurde. Das erste Soll-Profil stellt Soll-Werte eines ersten gemessenen Zustandes dar, der mit der Flussgeschwindigkeit des Materials in Beziehung steht, das durch das erste Gatter während dem Einspritzzyklus eingespritzt wurde, und das zweite Soll-Profil stellt Soll-Werte eines zweiten gemessenen Zustandes dar, der mit der Flussgeschwindigkeit des Materials in Beziehung steht, das durch das zweite Gatter während dem Einspritzzyklus eingespritzt wurde. Der Apparat schließt ferner eine graphische Benutzer-Schnittstelle zum Anzeigen von wenigstens des ersten Soll-Profils ein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Spritzgussapparat bereitgestellt, der einen Verteiler zum Lenken von Material durch erste und zweite Gatter in eine oder mehrere Formhöhlungen einschließt, wobei der Verteiler erste und zweite Vertiefungen, die mit jedem Gatter assoziiert sind, einen ersten Kolben, um Material aus der ersten Vertiefung durch das erste Gatter zu pressen, einen zweiten Kolben, um Material aus der zweiten Vertiefung durch das zweite Gatter zu pressen, und einen Regler einschließt, um erste und zweite Geschwindigkeiten unabhängig zu steuern, bei denen die ersten und zweiten Kolben das Material durch die ersten und zweiten Gatter und in die eine oder mehrere Formhöhlungen während einem Einspritzzyklus pressen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Spritzgussapparat bereitgestellt, der einen Verteiler zum Lenken von Material in eine Formhöhlung, einen Ventilstift, der so ausgestaltet ist, dass er sich durch den Verteiler in Richtung auf die und weg von der Formhöhlung hin- und herbewegt, worin der Ventilstift mit dem Material in Berührung kommt, das in die Formhöhlung eingespritzt wurde, und einen Regler einschließt, um eine Flussgeschwindigkeit des Materials zu steuern, das in die erste Formhöhlung während einem Einspritzzyklus basierend auf einer Kraft eingespritzt wurde, die von dem Material auf den Ventilstift ausgeübt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System-Apparat mit einem Verteiler, wenigstens einer Einspritzdüse, die an den Verteiler gekoppelt ist, einem Auslöser und einem Ventilstift, der so ausgestaltet ist, dass er sich durch den Verteiler und der Einspritzdüse hin- und herbewegt, wobei der Ventilstift ein erstes mit dem Auslöser gekoppeltes Ende und ein zweites Ende besitzt, welches das Gatter schließt, ein Verfahren mit den folgenden Schritten vor dem Beginn eines Einspritzzyklus bereitgestellt: das Platzieren des Ventilstiftes in einer hinteren Position, das Bewegen des Ventilstiftes nach Vorne aus der hinteren Position zu Beginn des Einspritzzyklus in Richtung auf das Gatter an eine mittlere Position, in der ein Materialfluss gestattet wird, und das Bewegen des Ventilstiftes weiter in Richtung auf das Gatter aus der mittleren Position, um das Gatter am Ende des Einspritzzyklus zu schließen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler, um Material an erste und zweite Gatter zu lenken, wobei der Verteiler erste und zweite Vertiefungen einschließt, die mit jedem Gatter assoziiert sind, ein Verfahren bereitgestellt, der die Schritte des Einspritzens von Material in jede der ersten und zweiten Vertiefungen, des Einspritzens von Material aus jeder der ersten und zweiten Vertiefungen durch jede der ersten und zweiten Gatter und des unabhängigen Steuerns der Geschwindigkeiten einschließt, bei denen das Material aus den ersten und zweiten Vertiefungen eingespritzt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler, um Material an erste und zweite Gatter zu lenken, die zu einer oder mehreren Formhöhlungen führen, wobei die ersten und zweiten Gatter einen ersten und zweiten Ventilstift besitzen, der damit assoziiert ist, ein Verfahren mit den Schritten des Einspritzens von Material in den Verteiler, des Bestimmens einer ersten Kraft, die von dem Material auf den ersten Ventilstift ausgeübt wird, beziehungsweise einer zweiten Kraft, die von dem Material auf den zweiten Ventilstift ausgeübt wird, und des unabhängigen Steuerns der Geschwindigkeit bereitgestellt, bei der das Material durch jede der ersten und zweiten Gatter in die eine oder mehrere Formhöhlungen basierend auf den ersten beziehungsweise zweiten Kräften eingespritzt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Spritzguss-System mit einem Verteiler, um Material an erste und zweite Gatter zu lenken, die zu einer oder mehreren Formhöhlungen führen, wird ein Verfahren bereitgestellt, der die Schritte des Einspritzens von Material in den Verteiler, des Steuerns einer ersten Geschwindigkeit in dem Verteiler, bei der das Material durch das erste Gatter in die eine oder mehrere Formhöhlungen basierend auf einem ersten Druck eingespritzt wird, der in der einen oder mehreren Formhöhlungen gemessen wurde, und des Steuerns einer zweiten Geschwindigkeit in dem Verteiler einschließt, bei der das Material durch das zweite Gatter in die eine oder mehrere Formhöhlungen basierend auf einem zweiten Druck eingespritzt wird, der in der einen oder mehreren Formhöhlungen gemessen wurde.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise schematische Querschnitts-Ansicht eines Spritzguss-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnitts-Ansicht einer Seite des Spritzguss-Systems aus der 1;
3 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnitts- Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines zu der 1 ähnlichen Systems, in dem ein Stopfen für eine einfache Entfernung des Ventilstiftes verwendet wird;
4 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnitts-Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines zu der 1 ähnlichen Systems, in dem eine Düse mit Gewinde verwendet wird;
5 ist eine zu der 4 ähnliche Ansicht, die eine alternative Ausführungsform zeigt, in der ein Stopfen für eine einfache Entfernung des Ventilstiftes verwendet wird;
6 zeigt eine fragmentarische Querschnitts-Ansicht eines zu der 1 ähnlichen Systems, die eine alternative Ausführungsform zeigt, in der ein Vorwärtsunterbrecher verwendet wird;
7 zeigt eine vergrößerte fragmentarische Ansicht der Ausführungsform aus der 6, die den Ventilstift in den offenen beziehungsweise geschlossenen Positionen zeigt;
8 ist eine Querschnitts-Ansicht einer zu der 6 ähnlichen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine Düse mit Gewinde mit einem Stopfen für eine einfache Entfernung des Ventilstiftes verwendet wird;
9 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht der Ausführungsform aus der 8, in welcher der Ventilstift in den offenen und geschlossenen Positionen gezeigt wird;
10 ist eine vergrößerte Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Ventilstiftes, der in der geschlossenen Position gezeigt wird;
11 ist eine fragmentarische Querschnitts-Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Spritzguss-Systems mit Flusssteuerung, das einen Ventilstift einschließt, der sich zu dem Gatter erstreckt;
12 ist ein vergrößertes fragmentarisches Querschnitts-Detail des Flusssteuerungs-Bereiches;
13 ist eine fragmentarische Querschnitts-Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Spritzguss-Systems mit Flusssteuerung, das einen Ventilstift einschließt, der sich zu dem Gatter erstreckt, die den Ventilstift in der Ausgangs-Position vor dem Beginn eines Einspritzzyklus zeigt;
14 ist eine Ansicht des Spritzguss-Systems aus der 13, die den Ventilstift in einer mittleren Position zeigt, in der ein Materialfluss gestattet wird;
15 ist eine Ansicht des Spritzguss-Systems aus der 13, die den Ventilstift in der geschlossenen Position am Ende eines Einspritzzyklus zeigt; und
16 zeigt eine Reihe von Graphen, die den tatsächlichen Druck gegen den Soll-Druck darstellen, der in vier Einspritzdüsen gemessen wurde, die an einen Verteiler gekoppelt sind, wie in der 13 gezeigt ist;
17 und 18 sind Bildschirm-Ikone, die auf der Schnittstelle 114 der 13 angezeigt werden, die dazu verwendet werden, um Soll-Profile anzuzeigen, zu erstellen, zu bearbeiten und zu speichern;
19 ist eine fragmentarische teilweise schematische Querschnitts-Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Spritzguss-Systems mit Flusssteuerung, in dem ein Kolben verwendet wird, um Material aus einer Vertiefung in dem Verteiler in die Formhöhlung einzuspritzen;
20 ist eine fragmentarische Ansicht der in der 19 gezeigten Ausführungsform, in der die Vertiefung 640 von der Spritzgussmaschine befüllt wird;
21 ist eine zu der 20 ähnliche Ansicht, in der die Vertiefung vollständig mit Material gefüllt ist und das System bereit ist, Material in die Formhöhlung einzuspritzen;
22 ist eine zu den 20 und 21 ähnliche Ansicht, in der die Einspritzung in die Formhöhlung begonnen wurde;
23 ist eine zu den 20–22 ähnliche Ansicht, in welcher der Einspritzzyklus vollendet wurde;
24 ist eine teilweise schematische Querschnitts-Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Spritzguss-Systems mit Flusssteuerung, in dem eine Kraftmesszelle hinter dem Ventilstift verwendet wird, um die Flussgeschwindigkeit in jeder Einspritzdüse zu steuern;
25 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnitts-Ansicht des Ventilstiftes und des Auslösers aus der 24;
26 ist eine vergrößerte Ansicht der Kraftmesszelle und des Ventilstiftes aus der 24;
27A und 27B zeigen eine vergrößerte Ansicht von der Spitze des Ventilstiftes, der das Gatter schließt beziehungsweise die Flussgeschwindigkeit steuert;
28A und 28B zeigen eine alternative Struktur einer Spritzgussdüse für die Verwendung in dem System, das in der 24 gezeigt ist;
29 ist eine teilweise schematische Querschnitts-Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines zu der 19 ähnlichen Spritzguss-Systems mit Flusssteuerung, in dem ein Druckmesswertwandler verwendet wird, um den hydraulischen Druck zu messen, der zu dem Auslöser geliefert wird;
30 zeigt eine fragmentarische Querschnitts-Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines zu der 13 ähnlichen Spritzguss-Systems mit Flusssteuerung, in dem der Druckmesswertwandler in der Formhöhlung angebracht ist; und
31 ist eine fragmentarische Querschnitts-Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Spritzguss-Systems mit Flusssteuerung, in dem die Flusssteuerung durch das Messen des Druckunterschiedes der Auslöserkammern erwirkt wird.
Die Ansprüche beziehen sich auf die Erfindung, die hauptsächlich in den 11–18 und 30–31 offenbart wird. Die anderen Figuren sind für ein umfassendes Verständnis des beanspruchten Systems hilfreich.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die 1–2 zeigen eine Ausführungsform des Spritzguss-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Spritzguss-System 1 ist ein Mehrfachgatter-System mit einer einzigen Höhlung, in welches das geschmolzene Material 3 in eine Höhlung 5 aus den Gattern 7 und 9 eingespritzt wird. Das geschmolzene Material 3 wird aus einer Spritzgussmaschine 11 über einen verlängerten Einlass 13 und in einen Verteiler 15 eingespritzt. Der Verteiler 15 verteilt die Schmelze über die Kanäle 17 und 19. Obwohl ein Heißlaufsystem gezeigt ist, in das plastische Schmelze eingespritzt wird, ist die Erfindung auf andere Typen von Einspritz systemen anwendbar, in denen es nützlich ist, die Geschwindigkeit zu steuern, bei der ein Material (z. B. metallische oder Verbund-Materialien) zu einer Höhlung befördert wird.
Die Schmelze wird von dem Verteiler über die Kanäle 17 und 19 und in die Bohrlöcher 18 und 20 der Düsen 21 beziehungsweise 23 verteilt. Die Schmelze wird aus den Düsen 21 und 23 und in die Höhlung 5 (worin das Teil gebildet wird) eingespritzt, die von den Gussplatten 25 und 27 gebildet wird. Obwohl ein Mehrfachgatter-System mit einer einzigen Höhlung gezeigt ist, ist die Erfindung auf diesen Systemtyp nicht beschränkt und ist ferner zum Beispiel auf Systeme mit Mehrfachhöhlung anwendbar, wie unten ausführlicher diskutiert wird.
Die Einspritzdüsen 21 und 23 werden in den jeweiligen Vertiefungen 28 und 29 aufgenommen, die in der Gussplatte 27 ausgebildet sind. Die Düsen 21 und 23 sind jeweils in die Halteringe 31 und 33 eingesetzt. Die Halteringe dienen dazu, die Düsen mit den Gattern 7 und 9 zu justieren und die Düsen von der Gussform zu isolieren. Der Verteiler 15 sitzt oben auf dem hinteren Ende der Düsen und hält einen abdichtenden Kontakt mit den Düsen über Druckkräfte aufrecht, die auf die Anordnung über Klemmen (nicht gezeigt) der Spritzgussmaschine ausgeübt werden. Ein O-Ring 36 wird bereitgestellt, um ein Auslaufen der Schmelze zwischen den Düsen und dem Verteiler zu verhindern. Ein Passstift 73 zentriert den Verteiler auf der Gussplatte 27. Die Passstifte 32 und 34 verhindern, dass sich die Düse 23 beziehungsweise der Haltering 33 hinsichtlich der Gussplatte 27 verdrehen.
Die Düsen schließen ferner eine Heizung 35 ein (2). Obwohl eine elektrische Bandheizung gezeigt ist, können andere Heizungen verwendet werden. Außerdem können Heizungsrohre (zum Beispiel diejenigen, die in dem US-Patent Nr. 4 389 002 offenbart werden) in jeder Düse angeordnet werden und alleine oder in Verbindung mit der Heizung 35 verwendet werden. Die Heizung wird dazu verwendet, um das geschmolzene Material bis zu den Gattern 7 und 9 bei dessen Prozesstemperatur zu halten. Die Düsen 21 und 23 schließen ferner eine Einlage 37 und eine Spitze 39 ein. Die Einlage kann aus einem Material (zum Beispiel Beryllium-Kupfer) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gemacht sein, damit die Schmelze bis zu dem Gatter bei deren Prozesstemperatur gehalten wird, indem der Schmelze aus der Heizung 35 Wärme zugeführt wird. Die Spitze 39 wird dazu verwendet, um eine Abdichtung mit der Gussplatte 27 zu bilden, und ist vorzugsweise ein Material (zum Beispiel eine Titanlegierung oder Edelstahl) mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, damit die Wärmeübertragung von der Düse zu der Gussform verringert wird.
Ein Ventilstift 41 mit einem Kopf 43 wird verwendet, um die Flussgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials zu den jeweiligen Gattern 7 und 9 zu steuern. Der Ventilstift bewegt sich durch den Verteiler hin und her. Eine Ventilstift-Buchse 44 wird bereitgestellt, um zu verhindern, dass die Schmelze entlang des Stieles 102 des Ventilstiftes ausläuft. Die Ventilstift-Buchse wird mittels einer über ein Gewinde angebrachten Fassung 46 in Position gehalten. Der Ventilstift wird zu Beginn des Einspritzzyklus geöffnet und am Ende des Zyklus geschlossen. Während dem Zyklus kann der Ventilstift mittlere Positionen zwischen den vollständig geöffneten und geschlossenen Positionen einnehmen, damit die Flussgeschwindigkeit der Schmelze verringert oder erhöht wird. Der Kopf schließt einen konischen Bereich 45 ein, der einen Spalt 81 mit einer Oberfläche 47 des Bohrloches 19 des Verteilers bildet. Eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Größe des Spaltes durch Versetzen des Ventilstiftes erhöht oder verringert den Fluss des geschmolzenen Materials zu dem Gatter entsprechend. Wenn der Ventilstift geschlossen ist, dann berührt der konische Bereich 45 des Ventilstift-Kopfes die Oberfläche 47 des Bohrloches des Verteilers und dichtet mit ihr ab.
Die 2 zeigt den Kopf des Ventilstiftes in einer dargestellten gestrichelten Linie in der geschlossenen Position und einer durchgezogenen Linie in der vollständig geöffneten Position, in der es der Schmelze gestattet wird, mit einer maximalen Geschwindigkeit zu fließen. Um die Geschwindigkeit der Schmelze zu verringern, wird der Stift weg von dem Gatter von einem Auslöser 49 zurück gezogen, um dadurch die Breite des Spaltes 81 zwischen dem Ventilstift und dem Bohrloch 19 des Verteilers zu verkleinern.
Der Auslöser 49 (zum Beispiel der Typ, der in der Anmeldung Nr. 08/874 962 offenbart ist) ist in einer Klemmplatte 51 angebracht, die das Spritzguss-System 1 abdeckt. Der Auslöser 49 ist ein hydraulischer Auslöser, es können jedoch pneumatische oder elektronische Auslöser verwendet werden. Der Auslöser 49 schließt einen hydraulischen Schaltkreis ein, der einen bewegbaren Kolben 53 einschließt, in dem der Ventilstift 41 mit einem Gewinde bei 55 angebracht ist. Während sich der Kolben 53 bewegt, bewegt sich somit der Ventilstift 41 mit ihm. Der Auslöser 49 schließt die hydraulischen Leitungen 57 und 59 ein, die über die Servoventile 1 und 2 gesteuert werden. Die hydraulische Leitung 57 wird betätigt, um den Ventilstift 41 in Richtung auf das Gatter in die offene Position zu bewegen, und die hydraulische Leitung 59 wird betätigt, um den Ventilstift weg von dem Gatter in Richtung auf die geschlossene Position zurückzuziehen. Eine Auslöserfassung 61 beschränkt die Längsbewegung in der vertikalen Richtung des Kolbens 53. Die O-Ringe 63 stellen jeweilige Abdichtungen bereit, um zu verhindern, dass hydraulische Flüssigkeit aus dem Auslöser ausläuft. Das Auslösergehäuse 65 ist an den Verteiler mittels der Schrauben 67 angebracht.
Der Druckmesswertwandler 69 wird dazu verwendet, um den Druck in dem Verteilerbohrloch 19 stromabwärts von dem Ventilstift-Kopf 43 zu messen. Im Betrieb werden die von dem Druckmesswertwandler 69 gemessenen Zustände, die mit jeder Düse assoziiert sind, zu einem Steuersystem zurückgeführt, das die Regler PID 1 und PID 2 und ein CPU einschließt, wie schematisch in der 1 gezeigt ist. Das CPU führt einen PID-(proportionalen, integralen, abgeleiteten)-Algorithmus aus, der den gemessenen Druck (bei einem gegebenen Zeitpunkt) aus dem Druckmesswertwandler mit einem programmierten Soll-Druck (für den gegebenen Zeitpunkt) vergleicht. Das CPU weist den PID-Regler an, den Ventilstift unter Verwendung des Auslösers 49 einzustellen, damit der Soll-Druck für diesen gegebenen Zeitpunkt wiedergespiegelt wird. Auf diese Art und Weise kann für einen Einspritzzyklus für ein bestimmtes Teil für jedes Gatter 7 und 9 einem programmierten Soll-Druck-Profil gefolgt werden.
Obwohl in der offenbarten Ausführungsform der gemessene Zustand einen Druck darstellt, können andere gemessene Zustände verwendet werden, die sich auf die Flussgeschwindigkeit der Schmelze beziehen. Zum Beispiel könnte die Position des Ventilstiftes oder die Kraft auf den Ventilstift der gemessene Zustand sein. Wenn ja, dann könnte ein Positionssensor beziehungsweise Kraftsensor verwendet werden, um den gemessenen Zustand zu dem PID-Regler zurückzuführen. Auf die gleiche Art und Weise, wie oben erläutert ist, würde das CPU einen PID-Algorithmus verwenden, um den gemessenen Zustand mit einem programmierten Soll-Positionsprofil oder -Kraftprofil für das bestimmte Gatter zu der Formhöhlung zu vergleichen, und den Ventilstift dementsprechend einstellen.
Die Flussgeschwindigkeit der Schmelze steht in direkter Beziehung zu dem Druck, der in dem Bohrloch 19 gemessen wird. Somit kann unter Verwendung der Regler PID 1 und PID 2 die Geschwindigkeit, bei der die Schmelze in die Gatter 7 und 9 fließt, während einem gegebenen Spritzgusszyklus gemäß dem erwünschten Druck-Profil eingestellt werden. Der Druck (und die Flussgeschwindigkeit der Schmelze) wird durch das Zurückziehen des Ventilstiftes verringert und die Breite des Spaltes 81 zwischen dem Ventilstift und dem Verteilerbohrloch verkleinert, während der Druck (und die Flussgeschwindigkeit der Schmelze) durch das Versetzen des Ventilstiftes in Richtung auf das Gatter 9 erhöht und die Breite des Spaltes 81 vergrößert werden. Die PID-Regler stellen die Position des Auslöserkolbens 53 durch Senden von Anweisungen an die Servoventile 1 und 2 ein.
Durch das Steuern des Druckes in einem System mit einer einzigen Höhlung (wie in der 1 gezeigt ist), ist es möglich, die Position und die Gestalt der Schweißlinie einzustellen, die gebildet wird, wenn der Fluss der Schmelze 75 aus dem Gatter 7 auf den Fluss der Schmelze 77 aus dem Gatter 9 trifft, wie in dem US-Patent Nr. 5 556 582 offenbart wird. Jedoch ist die Erfindung ferner in einem System mit Mehrfachhöhlung nützlich. In einem System mit Mehrfachhöhlung kann die Erfindung dazu verwendet werden, um die Befüllungsgeschwindigkeiten und Verdichtungsprofile in den jeweiligen Höhlungen auszugleichen.
Das ist zum Beispiel nützlich, wenn eine Vielzahl von ähnlichen Teilen in unterschiedlichen Höhlungen gegossen wird. In einem derartigen System sollten die Befüllungsgeschwindigkeiten und Verdichtungsprofile der Höhlungen so weit wie möglich identisch sein, um eine Einheitlichkeit in den Teilen zu erzielen. Unter Verwendung des gleichen programmierten Druck-Profils für jede Düse werden unvorhersehbare Abweichungen der Befüllungsgeschwindigkeit von Höhlung zu Höhlung überwunden, und aus jeder Höhlung werden konsequent einheitliche Teile erzeugt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird in einem System mit Mehrfachhöhlung gesehen, in dem die Düsen in Höhlungen einspritzen, die Teile mit unterschiedlicher Größe bilden, die unterschiedliche Befüllungsgeschwindigkeiten und Verdichtungsprofile erfordern. In diesem Fall können für jeden jeweiligen Regler von jeder jeweiligen Höhlung unterschiedliche Druck-Profile programmiert werden. Ein stets weiterer Vorteil besteht darin, wenn sich die Größe der Höhlung konstant verändert, d. h. wenn Teile mit unterschiedlicher Größe durch Wechseln einer Gusseinlage erzeugt werden, in dem das Teil gebildet wird. An Stelle von dem Wechsel der Hardware (z. B. die Düse), die involviert ist, um die Befüllungsgeschwindigkeit und das Verdichtungsprofil für das neue Teil zu verändern, wird von dem Benutzer ein neues Programm ausgewählt, das dem neuen Teil entspricht, welches gebildet werden soll.
Die Ausführungsform der 1 und 2 besitzt den Vorteil des Steuerns der Flussgeschwindigkeit der Schmelze weg von dem Gatter in den Verteiler 15 anstatt bei den Gattern 7 und 9. Das Steuern des Flusses der Schmelze weg von dem Gatter ermöglicht es, dass der Druckmesswertwandler weg von dem Gatter positioniert wird (in den 1–5). Auf diese Art und Weise muss der Druckmesswertwandler nicht innerhalb der Formhöhlung platziert werden und ist gegen Druckspitzen unempfindlich, die auftreten können, wenn sich der Druckmesswertwandler in der Formhöhlung oder nahe dem Gatter befindet. Druckspitzen in der Formhöhlung resultieren daraus, dass der Ventilstift an dem Gatter geschlossen wird. Diese Druckspitze könnte eine unbeabsichtigte Reaktion aus dem Steuersystem hervorrufen, zum Bei spiel ein Öffnen des Ventilstiftes, um den Druck zu verringern – wenn der Ventilstift geschlossen sein sollte.
Eine Vermeidung der Auswirkungen einer Druckspitze, die aus dem Schließen des Gatters an die Gussform resultiert, veranlasst das Steuersystem dazu, sich genauer und vorhersehbarer zu verhalten. Das Steuern des Flusses weg von dem Gatter ermöglicht eine genaue Steuerung unter Verwendung von nur einem einzigen gemessenen Zustand (z. B. Druck) als eine Variable. Das '582 Patent offenbarte die Verwendung von zwei gemessenen Zuständen (Ventilposition und Druck), um eine unbeabsichtigte Reaktion aus der Druckspitze auszugleichen. Das Messen von zwei Zuständen resultierte in einem komplexeren Steuer-Algorithmus (der zwei Variablen verwendete) und in einer komplizierteren Hardware (Druck- und Positionssensoren).
Ein weiterer Vorteil des Steuerns des Flusses der Schmelze weg von dem Gatter besteht in der Verwendung eines größeren Ventilstift-Kopfes 43 als verwendet würde, wenn der Ventilstift an dem Gatter schließen würde. Ein größerer Ventilstift-Kopf kann deshalb verwendet werden, weil er in dem Verteiler angeordnet ist, in dem das Bohrloch 19 für den Fluss der Schmelze größer gemacht werden kann, um den größeren Ventilstift-Kopf unterzubringen. Es ist allgemein nicht wünschenswert, einen großen Ventilstift-Kopf in dem Gatterbereich innerhalb des Endes der Düse 23, der Spitze 39 und der Einlage 37 unterzubringen. Der Grund dafür ist, weil die erhöhte Größe der Düse, der Spitze und der Einlage in dem Gatterbereich mit der Konstruktion der Gussform wechselwirken könnte, zum Beispiel mit der Platzierung von Wasserleitungen innerhalb der Gussform, die sich vorzugsweise nahe dem Gatter befinden. Somit kann ein größerer Ventilstift-Kopf weg von dem Gatter untergebracht werden.
Die Verwendung eines größeren Ventilstift-Kopfes ermöglicht die Verwendung einer größeren Oberfläche 45 auf dem Ventilstift-Kopf und einer größeren Oberfläche 47 auf dem Bohrloch, um den Steuerspalt 81 zu bilden. Je mehr "Steuer"-Oberfläche (45 und 47) vorhanden und je länger der "Steuer"-Spalt (81) ist, umso mehr kann eine genaue Steuerung der Flussgeschwindigkeit und des Druckes der Schmelze erhalten werden, weil die Geschwindigkeit der Veränderung des Flusses der Schmelze pro Bewegung des Ventilstiftes geringer ist. In den 1–3 werden die Größe des Spaltes und die Flussgeschwindigkeit der Schmelze durch das Einstellen der Breite des Spaltes eingestellt, wobei jedoch das Einstellen der Größe des Spaltes und der Geschwindigkeit des Materialflusses ferner durch das Verändern der Länge des Spaltes bewerkstelligt werden können, d. h. je länger der Spalt ist, umso mehr wird der Fluss gedrosselt. Somit können das Verändern der Größe des Spaltes und das Steuern der Geschwindigkeit des Materialflusses durch das Verändern der Länge oder der Breite des Spaltes bewerkstelligt werden.
Der Ventilstift-Kopf schließt einen mittleren Abschnitt 83 und einen front-konisch gestalteten Abschnitt 95 ein, der sich von dem mittleren Abschnitt zu einem Punkt 85 verjüngt. Diese Gestalt unterstützt beim Erleichtern eines einheitlichen Flusses der Schmelze, wenn die Flüsse der Schmelze den Steuerspalt 81 passieren. Die Gestalt des Ventilstiftes hilft ferner beim Eliminieren von Totpunkten in dem Fluss der Schmelze stromabwärts von dem Spalt 81.
Die 3 zeigt einen weiteren Aspekt, in dem ein Stopfen 87 in den Verteiler 15 eingesetzt und von einer Fassung 89 in Position gehalten wird. Ein Passstift 86 hält den Stopfen davon ab, sich in der Aussparung des Verteilers zu drehen, an dem der Stopfen angebracht ist. Der Stopfen ermöglicht ein einfaches Entfernen des Ventilstiftes 41 ohne das Auseinandernehmen des Verteilers, der Düsen und Gussform. Wenn der Stopfen aus dem Verteiler entfernt wird, dann kann der Ventilstift aus dem Verteiler herausgezogen werden, worin der Stopfen eingesetzt war, weil der Durchmesser der Aussparung in dem Verteiler, in dem sich der Stopfen befand, größer ist als der Durchmesser des Ventilstift-Kopfes an dessen breitestem Punkt. Somit kann der Ventilstift ohne wesentliche Standzeiten einfach ersetzt werden.
Die 4 und 5 zeigen zusätzliche alternative Ausführungsformen der Erfindung, in denen eine Düsenausführung mit Gewinde anstatt einer Düsenausführung mit einem Haltering verwendet wird. In der Düsenausführung mit Gewinde ist die Düse 23 in den Verteiler 15 über das Gewinde 91 direkt eingeschraubt.
Ferner wird eine Spulenheizung 93 anstatt der in den 1–3 gezeigten Bandheizung verwendet. Die Düsenausführung mit Gewinde ist darin vorteilhaft, dass sie das Entfernen des Verteilers und der Düsen (21 und 23) als ein einheitliches Element zulässt. Die Möglichkeit, dass die Schmelze ausläuft, ist ferner weniger gegeben, wenn die Düse auf den Verteiler geschraubt ist. Die Ausführung mit einem Haltering (1–3) ist darin vorteilhaft, dass man nicht zu warten braucht bis der Verteiler abgekühlt ist, um den Verteiler von den Düsen zu trennen. Die 5 zeigt ferner die Verwendung des Stopfens 87 für eine bequeme Entfernung des Ventilstiftes 41.
Die 6–10 zeigen eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der ein "Vorwärts"-Unterbrecher anstatt eines zurückgezogenen Unterbrechers verwendet wird, wie in den 1-5 gezeigt ist. In der Ausführungsform der 6 und 7 wird der front-konisch gestaltete Abschnitt 95 mit Gewinde des Ventilstift-Kopfes 43 dazu verwendet, um den Fluss der Schmelze mit der Oberfläche 97 des inneren Bohrloches 20 der Düse 23 zu steuern. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, das der Ventilstift-Stiel 102 den Fluss der Schmelze wie in den 1–5 nicht drosselt. Wie in den 1–5 zu sehen ist, ist der Zwischenraum 100 zwischen dem Stiel 102 und dem Bohrloch 19 des Verteilers nicht so groß wie der Zwischenraum 100 in den 6 und 7. Der vergrößerte Zwischenraum 100 in den 6–7 resultiert in einem geringeren Druckabfall und einer kleineren Scherkraft auf den Plast.
In den 6 und 7 wird der Steuerspalt 98 durch den front-konisch gestalteten Abschnitt 95 und der Oberfläche 97 des Bohrloches 20 des hinteren Endes der Düse 23 gebildet. Der Druckmesswertwandler 69 befindet sich stromabwärts von dem Steuerspalt – somit ist in den 6 und 7 die Düse derart bearbeitet, um den Druckmesswertwandler entgegengesetzt dem Druckmesswertwandler unterzubringen, der wie in den 1–5 in dem Verteiler angebracht ist.
Die 7 zeigt den Ventilstift in durchgezogenen Linien in der offenen Position und in gestrichelten Linien in der geschlossenen Position. Um den Fluss der Schmelze zu drosseln und dadurch den Druck der Schmelze zu verringern, wird der Ventilstift aus der offenen Position in Richtung auf die Oberfläche 97 des Bohrloches 20 der Düse nach vorne bewegt, der die Breite des Steuerspaltes 98 verkleinert. Um den Fluss der Schmelze zu erhöhen, wird der Ventilstift zurückgezogen, damit sich die Größe des Spaltes 98 vergrößert.
Die Rückseite 45 des Ventilstift-Kopfes 43 verbleibt bei einem Winkel aus dem Stiel 102 des Ventilstiftes 41 konisch. Obwohl die Oberfläche 45 keine Abdichtfunktion in dieser Ausführungsform ausübt, ist sie aus dem Stiel stets konisch, um einen gleichmäßigen Fluss der Schmelze zu erleichtern und um Totpunkte zu verringern.
Wie in den 1–5 werden Druckmessungen zu dem Steuersystem (CPU und PID-Regler) zurückgeführt, das die Position des Ventilstiftes 41 entsprechend einstellen kann, um einem Soll-Druck-Profil zu folgen. Die in den 6 und 7 gezeigte Vorwärtsunterbrecher-Anordnung besitzt ferner die Vorteile der in den 1–5 gezeigten Ausführungsform darin, dass ein großer Ventilstift-Kopf 43 verwendet wird, um einen langen Steuerspalt 98 und eine große Steueroberfläche 97 zu erzeugen. Wie oben ausgesagt wurde, liefern ein längerer Steuerspalt und eine größere Steueroberfläche eine genauere Steuerung des Druckes und der Flussgeschwindigkeit der Schmelze.
Die 8 und 9 zeigen eine den 6 und 7 ähnliche Vorwärtsunterbrecher-Anordnung, aber anstatt der Unterbrechung an der Rückseite der Düse 23 befindet sich der Unterbrecher in dem Verteiler an der Oberfläche 101. Somit kann in der Ausführungsform, die in den 8 und 9 gezeigt ist, eine herkömmliche Düse 23 mit Gewinde mit einem Verteiler 15 verwendet werden, weil der Verteiler derart bearbeitet ist, um den Druckmesswertwandler 69 wie in den 1–5 unterzubringen. Ein Zwischenstück 88 wird bereitgestellt, um den Verteiler von der Gussform zu isolieren. Diese Ausführungsform schließt ferner einen Stopfen 87 für ein einfaches Entfernen des Ventilstift-Kopfes 43 ein.
Die 10 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der ein Vorwärtsunterbrecher-Ventilstift-Kopf gezeigt ist, wie in den 6–9 verwendet wird. Jedoch schließt in dieser Ausführungsform des front-konisch gestalteten Abschnitts 95 auf dem Ventilstift einen erhöhten Abschnitt 103 und einen ausgehöhlten Abschnitt 104 ein. Die Riefe 105 zeigt, wo der erhöhte Abschnitt anfängt und der ausgehöhlte Abschnitt aufhört. Somit verbleibt ein Spalt 107 zwischen dem Bohrloch 20 der Düse, durch welche die Schmelze fließt, und der Oberfläche des Ventilstift-Kopfes, wenn sich der Ventilstift in der geschlossenen Position befindet. Somit wird eine viel kleinere Oberfläche 109 verwendet, um den Ventilstift abzudichten und zu schließen. Der Spalt 107 besitzt den Vorteil darin, dass er das Öffnen des Ventilstiftes unterstützt, der einer erheblichen Kraft F von der Schmelze unterworfen ist, wenn die Einspritzmaschine einen Einspritzzyklus beginnt. Wenn das Einspritzen beginnt, dann fließt die Schmelze in den Spalt 107 und liefert eine Kraftkomponente F1, die den Auslöser beim Zurückziehen und Öffnen des Ventilstiftes unterstützt. Somit kann ein kleinerer Auslöser oder der gleiche Auslöser mit einem geringeren aufgebrachten hydraulischen Druck verwendet werden, weil es nicht erforderlich ist, so viel Kraft beim Zurückziehen des Ventilstiftes zu erzeugen. Außerdem werden die Belastungskräfte auf den Kopf des Ventilstiftes verringert.
Ungeachtet der Tatsache, dass der Spalt 107 keine Abdichtfunktion ausübt, ist dessen Breite klein genug, um als ein Steuerspalt zu wirken, wenn der Ventilstift offen ist, und um den Druck des Flusses der Schmelze mit einer Genauigkeit wie in den Ausführungsformen der 1–9 entsprechend einzustellen.
Die 11 und 12 zeigen ein alternatives Heißlaufsystem mit Flusssteuerung, in dem die Steuerung des Flusses der Schmelze stets weg von dem Gatter wie in vorherigen Ausführungsformen stattfindet. Die Verwendung des Druckmesswertwandlers 69 und des PID-Reglersystems ist die gleiche wie in vorherigen Ausführungsformen. In dieser Ausführungsform erstreckt sich jedoch der Ventilstift 41 hinter dem Bereich der Flusssteuerung über die Verlängerung 110 zu dem Gatter. Der Ventilstift ist in durchgezogenen Linien in der vollständig offenen Position und in gestrichelten Linien in der geschlossenen Position gezeigt. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen der Fluss steuerung weg von dem Gatter besitzt der verlängerte Ventilstift den Vorteil, dass er den Fluss an dem Gatter mit einem konischen Ende 112 des Ventilstiftes 41 unterbricht.
Das Verlängern des Ventilstiftes, um das Gatter zu schließen, besitzt mehrere Vorteile. Als Erstes verkürzt es die Zeitdauer des Einspritzzyklus. In vorherigen Ausführungsformen wird ein thermisches Gattern verwendet. Beim thermischen Gattern fängt die Plastifizierung nicht an, bis das Teil aus dem vorherigen Zyklus aus der Höhlung ausgeworfen wurde. Das verhindert, dass Material das Gatter verlässt, während das Teil ausgeworfen wird. Wenn jedoch ein Ventilstift verwendet wird, dann kann die Plastifizierung gleichzeitig mit dem Öffnen der Gussform ausgeführt werden, wenn der Ventilstift geschlossen ist, wobei somit die Zyklus-Zeitdauer durch den früheren Beginn der Plastifizierung verkürzt wird. Die Verwendung eines Ventilstiftes kann ferner in einer glatteren Gatteroberfläche auf dem Teil resultieren.
Der Bereich der Flusssteuerung ist in der 12 vergrößert gezeigt. In durchgezogenen Linien ist der Ventilstift in der vollständig offenen Position gezeigt, in der ein maximaler Fluss der Schmelze gestattet wird. Der Ventilstift schließt eine konvexe Oberfläche 114 ein, der sich von der Kante 128 des Stieles 102 des Ventilstiftes 41 zu einem Halsstück 116 mit verringertem Durchmesser verjüngt. Von dem Halsstück 116 weitet sich der Durchmesser des Ventilstiftes in dem Abschnitt 118 zu der Verlängerung 110, die sich in einem gleichmäßigen Durchmesser zu dem konischen Ende des Ventilstiftes erstreckt.
In dem Bereich der Flusssteuerung schließt der Verteiler einen ersten Abschnitt ein, der durch eine Oberfläche 120 definiert wird, die sich zu einem Abschnitt mit verringertem Durchmesser verjüngt, der durch die Oberfläche 122 definiert wird. Von dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser weitet sich der Durchmesser des Verteilerkanals dann in einem Abschnitt, der durch die Oberfläche 124 definiert wird, zu einem Auslass des Verteilers 126, der mit dem Bohrloch der Düse 20 verbunden ist. Die 11 und 12 zeigen die den 1–3 ähnliche Düsenausführung mit Haltering. Jedoch können andere Düsentypen verwendet werden, wie zum Beispiel eine Düse mit Gewinde, wie in der 8 gezeigt ist.
Wie oben erläutert wurde, ist der Ventilstift in der vollständig geöffneten Position in durchgezogenen Linien gezeigt. In der 12 werden durch Bewegen des Ventilstiftes 41 nach vorne in Richtung auf das Gatter die Flusssteuerung erzielt und der Fluss der Schmelze verringert, wodurch die Breite des Steuerspaltes 98 verkleinert wird. Somit nähert sich die Oberfläche 114 der Oberfläche 120 des Verteilers, um die Breite des Steuerspaltes zu verkleinern und um die Flussgeschwindigkeit der Schmelze durch den Verteiler zu dem Gatter zu verringern.
Um den Fluss der Schmelze aus dem Verteilerbohrloch 19 zu verhindern und um den Einspritzzyklus zu beenden, wird der Ventilstift nach vorne bewegt, so dass die sich Kante 128 des Ventilstiftes, d. h. wo der Stiel 102 auf den Anfang der gekrümmten Oberfläche 114 trifft, hinter den Punkt 130 bewegt, welcher der Anfang der Oberfläche 122 ist, die den Abschnitt mit verringertem Durchmesser des Verteilerbohrloches 19 definiert. Wenn sich die Kante 128 hinter den Punkt 130 des Verteilerbohrloches erstreckt, dann wird der Fluss der Schmelze verhindert, weil die Oberfläche des Ventilstieles 102 mit der Oberfläche 122 des Verteilers abdichtet. Der Ventilstift ist in gestrichelten Linien gezeigt, wo die Kante 128 ausreichend vorne ist, um eine Abdichtung mit der Oberfläche 122 zu bilden. An dieser Position ist jedoch der Ventilstift noch nicht an dem Gatter geschlossen. Um das Gatter zu schließen, bewegt sich der Ventilstift weiter nach vorne, während sich die Oberfläche des Stieles 102 weiter mit bewegt, und fährt fort, mit der Oberfläche 122 des Verteilers abzudichten, bis das Ende 112 des Ventilstiftes mit dem Gatter schließt.
Auf diese Art und Weise muss der Ventilstift nicht derart bearbeitet sein, um das Gatter und das Flussbohrloch 19 des Verteilers gleichzeitig zu schließen, weil der Stiel 102 eine Abdichtung mit der Oberfläche 122 bildet, bevor das Gatter geschlossen wird. Weil der Ventilstift geschlossen wird, nachdem die Abdichtung in dem Verteiler gebildet wurde, erzeugt die Schließung des Ventilstiftes ferner keine ungewollten Druck spitzen. Ähnlich, wenn der Ventilstift an dem Gatter geöffnet wird, wird das Ende 112 des Ventilstiftes mit dem Fluss der Schmelze nicht wechselwirken, weil wenn einmal der Ventilstift ausreichend zurückgezogen wurde, um einen Fluss der Schmelze durch den Spalt 98 zu gestatten, sich dann das Ventilstift-Ende 112 in einem vorbestimmten Abstand von dem Gatter befindet. Der Ventilstift kann sich zum Beispiel 6 mm aus der vollständig offenen Position dorthin bewegen, wo eine Abdichtung zwischen dem Stiel 102 und der Oberfläche 122 zuerst erzeugt wird, und weitere 6 mm, um das Gatter zu schließen. Somit hätte der Ventilstift eine Bewegung von 12 mm, 6 mm für eine Flusssteuerung und 6 mm bei einem verhinderten Fluss, um das Gatter zu schließen. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diesen Bewegungsbereich für den Ventilstift beschränkt und andere Abmessungen können verwendet werden.
Die 13–15 zeigen ein weiteres alternatives Heißlaufsystem mit Flusssteuerung, in dem die Steuerung des Materialflusses von dem Gatter weg ist. Ähnlich wie die in den 11 und 12 gezeigte Ausführungsform verwendet die in den 13–15 gezeigte Ausführungsform ferner ein verlängertes Ventilstift-Design, in welcher der Ventilstift das Gatter nach Beendigung des Materialflusses schließt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 11 und 12 wird jedoch die Flusssteuerung durch die Verwendung eines Stift-Designs mit "Invers-Konus" ausgeführt, das dem in den 1–5 gezeigtem Ventilstift-Design ähnelt.
Der Ventilstift 200 schließt eine invers-konische Steueroberfläche 205 zum Bilden eines Spaltes 207 mit einer Oberfläche 209 des Verteilers ein (siehe die 14). Der Vorgang des Versetzens des Stiftes 200 weg von dem Gatter 211 verkleinert die Größe des Spaltes 207. Folglich wird die Geschwindigkeit des Materialflusses durch die Bohrlöcher 208 und 214 der Düse 215 beziehungsweise des Verteilers 231 verringert, wodurch der von dem Druckmesswertwandler 217 gemessene Druck verringert wird. Obwohl nur eine Düse 215 gezeigt ist, trägt der Verteiler 231 zwei oder mehrere ähnliche in den 13–15 gezeigte Düsenanordnungen, wobei jede Düse in eine einzelne oder mehrere Höhlungen einspritzt.
Der Ventilstift 200 bewegt sich durch die Bewegung des Kolbens 223 hin und her, der in einem Auslösergehäuse 225 angeordnet ist. Dieser Auslöser wird in der mitanhängigen Anmeldung Nr. 08/874 962 beschrieben. Wie in jener Anmeldung offenbart wurde, ermöglicht die Verwendung dieses Auslösers einen einfachen Zugang zu dem Ventilstift 200 dadurch, dass das Auslösergehäuse 225 und der Kolben 223 von dem Verteiler und dem Ventilstift einfach durch das Lösen des Halteringes 240 entfernt werden können.
Das umgekehrte Schließverfahren bietet einen Vorteil gegenüber dem in den 6–9, 11 und 12 gezeigtem Vorwärts-Schließverfahren darin, dass der Vorgang des Ventilstiftes 200, der sich von dem Gatter weg bewegt, bewirkt, Material von dem Gatter weg zu versetzen, wodurch er den erwünschten Effekt der Verringerung der Flussgeschwindigkeit und des Druckes unterstützt.
Bei dem in den 6–9 gezeigtem Vorwärts-Schließverfahren soll die Vorwärtsbewegung des Stiftes den Steuerspalt zwischen dem Stift und der Oberfläche des Verteiler- (oder Düsen-) -bohrloches verkleinern, um dadurch die Flussgeschwindigkeit und den Druck zu verringern. Jedoch neigt die Vorwärtsbewegung des Stiftes ferner dazu, Material in Richtung des Gatters und in die Höhlung zu versetzen, wodurch der Druck erhöht wird, der gegen den beabsichtigten Vorgang des Stiftes zur Drosselung des Flusses arbeitet.
Ähnlich wie die in den 6–9 gezeigte Ausführungsform und die in den 11 und 12 gezeigte Ausführungsform, soll die Bewegung des Ventilstiftes weg von dem Gatter ferner die Flussgeschwindigkeit und den Druck erhöhen. Diese Bewegung neigt jedoch ferner dazu, Material weg von dem Gatter zu versetzen und den Druck zu verringern. Dementsprechend, obwohl beide Designs verwendet werden können, hat sich herausgestellt, dass das Design mit "Invers-Konus" eine bessere Stabilität der Steuerung beim Verfolgen des Soll-Druckes ergibt.
Die in. den 13–15 gezeigte Ausführungsform schließt ferner eine Heizung 219 für die Spitze ein, die über einer Einlage 221 in der Düse angeordnet ist. Die Heizung für die Spitze liefert zusätzliche Wärme an dem Gatter, um das Material bei dessen Prozesstemperatur zu halten. Die vorangehende Heizung für die Spitze ist in dem US-Patent Nr. 5 871 786 mit dem Titel "Tip Heated Hot Runner Nozzle" beschrieben. Die Heizungsrohre 242 werden ferner bereitgestellt, um Wärme gleichmäßig um die Einspritzdüse 215 und zu dem Bereich der Spitze zu leiten. Heizungsrohre wie diese sind in dem US-Patent Nr. 4 389 002 beschrieben.
Die 13–15 zeigen den Ventilstift in drei unterschiedlichen Positionen. Die 13 stellt die Position des Ventilstiftes am Anfang eines Einspritzzyklus dar. Allgemein schließt ein Einspritzzyklus folgendes ein: 1) eine Einspritzperiode, während der ein erheblicher Druck auf den geschmolzenen Strom aus der Spritzgussmaschine ausgeübt wird, um das Material in die Formhöhlung einzuspritzen; 2) eine Verringerung des Druckes aus der Spritzgussmaschine, in der geschmolzenes Material bei einem relativ gleichmäßigen Druck in der Formhöhlung verdichtet wird; und 3) eine Abkühlperiode, in welcher sich der Druck auf Null verringert und sich das Teil in der Gussform verhärtet.
Vor dem Beginn der Einspritzung befindet sich die konische Steueroberfläche 205 mit der Verteileroberfläche 209 in Kontakt, um jeglichen Materialfluss zu verhindern. Zu Beginn der Einspritzung wird der Stift 200 geöffnet, um einen Materialfluss zu gestatten. Um den Einspritzzyklus zu beginnen, wird der Ventilstift 200 in Richtung des Gatters versetzt, um einen Materialfluss zu gestatten, wie in der 14 gezeigt ist. (Man beachte: für manche Anwendungen werden zu Anfang nicht sämtliche Stifte geöffnet, für manche Gatter wird das Öffnen des Stiftes variiert, um das Befüllen in entweder eine einzelne Höhlung oder Mehrfach-Höhlungen der Reihe nach auszuführen.) Die 15 zeigt den Ventilstift am Ende des Einspritzzyklus nach dem Verdichten. Das Teil wird aus der Gussform herausgeworfen, während sich der Stift in der Position befindet, die in der 15 gezeigt ist.
Wie in vorherigen Ausführungsformen wird die Position des Stiftes von einem Regler 210 basierend auf Druckmessungen gesteuert, die zu dem Regler von dem Drucksensor 217 geführt wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regler ein programmierbarer Regler, oder ein "PLC", zum Beispiel das von GE-Fanuc hergestellte Modell Nr. 90-30PLC. Der Regler vergleicht den gemessenen Druck mit einem Soll-Druck und stellt die Position des Ventilstiftes über das Servoventil 212 ein, um den Soll-Druck zu verfolgen, wobei der Stift nach vorne in Richtung des Gatters versetzt wird, um den Materialfluss (und Druck) zu erhöhen, und der Stift weg von dem Gatter zurückgezogen wird, um den Materialfluss (und Druck) zu verringern. In einer bevorzugten Ausführungsform führt der Regler diesen Vergleich aus und steuert die Position des Stiftes gemäß einem PID-Algorithmus. Außerdem kann als eine Alternative das Ventil 212 ferner ein Hochgeschwindigkeits-Proportionalventil sein.
Der Regler führt ferner diese Funktionen für die anderen Einspritzdüsen (nicht gezeigt) aus, die mit dem Verteiler 231 verbunden sind. Assoziiert mit jeder dieser Düsen ist ein Ventilstift oder irgendein Typ von Steuerventil, um die Materialfluss-Geschwindigkeit zu steuern, ein Druckmesswertwandler, ein Eingabegerät zum Ablesen des Ausgangssignals von dem Druckmesswertwandler, Mittel zum Signalvergleich und zur PID-Berechnung (z. B. der Regler 210), Mittel zum Setzen, Verändern und Speichern eines Soll-Profils (z. B. die Schnittstelle 214), ein Ausgabemittel zum Steuern eines Servoventils oder Proportionalventils und ein Auslöser, um den Ventilstift zu bewegen. Der Auslöser kann pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch sein. Die vorangehenden Komponenten, die mit jeder Düse assoziiert sind, um die Flussgeschwindigkeit durch jede Düse zu steuern, werden als eine Steuerzone oder Achse der Steuerung bezeichnet. Anstatt einem einzigen Regler, der verwendet wird, um sämtliche Steuerzonen zu regeln, können alternativ individuelle Regler in einer einzigen Steuerzone oder einer Gruppe von Steuerzonen verwendet werden.
Eine Bediener-Schnittstelle 214, zum Beispiel ein Personal-Computer, wird verwendet, um ein bestimmtes Soll-Druck-Profil in den Regler 210 zu programmieren. Obwohl ein Personal-Computer verwendet wird, kann die Schnittstelle 214 irgendeine geeignete graphische oder alphanumerische Anzeige sein und könnte unmittelbar an dem Regler angebracht werden. Wie in vorherigen Ausführungsformen, wird das Soll-Profil für jede Düse und damit assoziiertem Gatter durch das Vorwählen eines Soll-Profils (das vorzugsweise wenigstens Parameter für den Einspritzdruck, den Einspritzzeitpunkt, den Verdichtungsdruck und die Verdichtungszeitdauer einschließt), das Programmieren des Soll-Profils in den Regler 210 und das Starten des Prozesses selektiert.
In dem Fall einer Anwendung mit Mehrfachhöhlung, in der unterschiedliche Teile in unabhängigen mit jeder Düse assoziierten Höhlungen erzeugt werden (eine "Stammwerkzeug"-Gussform), ist es vorzuziehen, jedes Soll-Profil separat zu erzeugen, weil Höhlungen mit unterschiedlicher Gestalt und Größe unterschiedliche Profile besitzen können, die gute Teile erzeugen.
Zum Beispiel sind in einem System mit einem Verteiler mit vier damit verbundenen Düsen zum Einspritzen in vier separate Höhlungen, um ein Profil für eine bestimmte Düse und Höhlung zu erstellen, drei der vier Düsen unterbrochen, während das Soll-Profil für die vierte erstellt wird. Drei der vier Düsen sind durch Halten der Ventilstifte in der Position unterbrochen, die in den 13 oder 15 gezeigt ist, in der ein Fluss der Schmelze in die Höhlung nicht gestattet wird.
Um das Soll-Profil für die bestimmte Düse und damit assoziierte Höhlung zu erstellen, wird die Spritzgussmaschine auf den maximalen Einspritzdruck und Schraubengeschwindigkeit gesetzt, und die Parameter, die sich auf den Einspritzdruck, den Einspritzzeitpunkt, den Verdichtungsdruck und die Verdichtungszeitdauer beziehen, werden an dem Regler 210 auf Werte gesetzt, so dass die Schätzungen der Spritzgussmaschine gute Teile basierend auf der Teilgröße, Gestalt, dem verwendeten Material, der Erfahrung, usw. erzeugen. Die Einspritzzyklen laufen für die selektierte Düse und Höhlung, während Änderungen an den obigen Parametern in Abhängigkeit von dem Zustand des in Produktion befindlichen Teils vorgenommen werden. Wenn zufriedenstellende Teile erzeugt werden, dann wird das Profil, das die zufriedenstellenden Teile erzeugt hat, für die Düse und die damit assoziierte Höhlung bestimmt.
Dieser Prozess wird für alle vier Düsen wiederholt (wobei drei Ventilstifte geschlossen gehalten werden während das Profil der selektierten Düse erstellt wird), bis die Soll-Profile für jede Düse und die damit assoziierte Höhlung ermittelt sind. Vorzugsweise werden die annehmbaren Soll-Profile in einem Computerteil gespeichert, zum Beispiel in einer Datei, die in der Schnittstelle 214 gespeichert und von dem Regler 210 für die Produktion verwendet wird. Der Prozess kann dann für alle vier Höhlungen unter Verwendung der vier spezifizierten Profile laufen.
Natürlich ist der vorangehende Prozess der Profilerstellung nicht auf die Verwendung mit einem Verteiler mit vier Düsen beschränkt, sondern kann mit einer beliebigen Anzahl von Düsen verwendet werden. Obwohl es vorzuziehen ist, das Profil für eine Düse und Höhlung zu einer Zeit in einer Anwendung mit "Stammwerkzeug"-Gussform zu erstellen (während die anderen Düsen geschlossen sind), können außerdem die Soll-Profile ferner erstellt werden, indem alle Düsen gleichzeitig laufen und jedes Düsenprofil gemäß der Qualität der erzeugten Teile ähnlich eingestellt wird. Das wäre in einer Anwendung vorzuziehen, in der sämtliche Düsen in ähnliche Höhlungen einspritzen, weil die Profile für jede Düse und damit assoziierte Höhlung ähnlich, wenn auch nicht gleich sein sollten.
In Anwendungen mit einer einzigen Höhlung (worin mehrere Düsen aus einem Verteiler in eine einzige Höhlung einspritzen) würden die Soll-Profile ferner durch Betreiben der Düsen zu der gleichen Zeit und durch Einstellen der Profile für jede Düse gemäß der Qualität des hergestellten Teiles erstellt werden. Das System kann ferner ohne die Verwendung der Schnittstelle 214 vereinfacht werden, indem jedes Soll-Profil auf einem Computerlesbaren Medium in dem Regler 210 gespeichert werden kann oder die Parameter von Hand auf dem Regler gesetzt werden können.
Die 14 zeigt die Stiftposition in einer Position, die einen Materialfluss während dem Einspritzen und/oder Verdichten gestattet. Wie oben beschrieben ist, wenn das Soll-Profil nach einer Druckerhöhung verlangt, wird der Regler bewirken, dass sich der Ventilstift 200 nach vorne bewegt, um den Spalt 207 zu vergrößern, der den Materialfluss erhöht, der den von dem Druckmesswertwandler 217 gemessenen Druck erhöht. Wenn die Spritzgussmaschine keinen adäquaten Druck liefert (d. h. größer als der Soll-Druck), dann wird jedoch das Bewegen des Stiftes nach vorne den von dem Messwertwandler 217 gemessenen Druck nicht ausreichend erhöhen, um den Soll-Druck zu erreichen, und der Regler fährt damit fort, den Stift nach vorne zu bewegen, der nach einer Druckerhöhung verlangt. Das könnte zu einem Verlust der Steuerung führen, weil das Bewegen des Stiftes weiter nach vorne dazu neigt, zu bewirken, dass der Kopf 227 des Ventilstiftes das Gatter schließt und den Materialfluss durch und um das Gatter herum verkleinert.
Dementsprechend kann, um den Verlust der Steuerung bedingt durch einen inadäquaten Einspritzdruck zu vermeiden, der Ausgangsdruck der Spritzgussmaschine verfolgt werden, um einen Bediener zu alarmieren, wenn der Druck unter einen bestimmten Wert relativ zu dem Soll-Druck fällt. Alternativ kann die Vorwärtsbewegung des Ventilstiftes (aus der Position in der 13 in die Position in der 14) während dem Einspritzen und dem Verdichten beschränkt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stiftbewegung auf annähernd 4 Millimeter beschränkt. Größere oder kleinere Bereiche der Stiftbewegung können in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden. Wenn ein adäquater Einspritzdruck kein Problem darstellt, dann ist keine dieser Schutzmaßnahmen erforderlich.
Um die Bewegung des Ventilstiftes zu weit nach vorne während dem Einspritzen und Verdichten zu vermeiden, können mehrere Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann eine von dem Regler 210 ausgeführte Steuerlogik verwendet werden, in der das Ausgangssignal aus dem Regler zu dem Servoventil verfolgt wird. Basierend auf diesem Signal wird eine annähernde Berechnung der Ventilstift-Position durchgeführt. Wenn die Ventilstift-Position ein erwünschtes Maximum überschreitet, zum Beispiel 4 Millimeter, dann wird die Vorwärtsbewegung des Stiftes angehalten oder leicht weg von dem Gatter umgekehrt. Am Ende des Einspritzzyklus ist die Steuerlogik nicht mehr erforderlich, weil der Stift in die geschlossene Position aus der 15 bewegt wird und die Verkleinerung des Flusses nicht mehr von Bedeutung ist. Somit wird am Ende des Verdichtungs abschnittes des Einspritzzyklus ein Signal an das Servoventil gesendet, um den Stift nach vorne in die geschlossene Position aus der 15 zu bewegen.
Andere Verfahren und Geräte zum Erfassen und Beschränken der Vorwärtsversetzung des Ventilstiftes 200 können währen dem Einspritzen und Verdichten verwendet werden. Zum Beispiel kann der Druck an der Düse der Spritzgussmaschine gemessen werden, um den zu dem Verteiler gelieferten Materialdruck zu verfolgen. Wenn der Eingangsdruck zu dem Verteiler geringer ist als der Soll-Druck oder weniger ist als ein spezifischer Betrag über dem Soll-Druck, z. B. 500 p.s.i., dann wird eine Fehlermeldung erzeugt.
Ein weiteres Mittel zum Beschränken der Vorwärtsbewegung des Stiftes ist ein mechanischer oder Annäherungsschalter, der an Stelle der zuvor beschriebenen Steuerlogik verwendet werden kann, um die Versetzung des Ventilstiftes in Richtung auf das Gatter zu erfassen und zu beschränken. Der mechanische oder Annäherungsschalter zeigt an, wenn sich der Stift über den Steuerbereich hinaus bewegt (zum Beispiel 4 Millimeter). Wenn der Schalter den Zustand verändert, dann wird die Richtung der Stiftbewegung angehalten oder leicht umgekehrt, um den Stift innerhalb des erwünschten Bewegungsbereiches zu halten.
Ein weiteres Mittel zum Beschränken der Vorwärtsbewegung des Stiftes ist ein Positionssensor, zum Beispiel ein Differentialtransformator (LVDT), der auf dem Stiftstiel angebracht wird, um ein Ausgangssignal zu geben, das zu dem zurückgelegten Weg des Stiftes proportional ist. Wenn das Ausgangssignal anzeigt, dass sich der Stift über den Steuerbereich hinaus bewegt, dann wird die Bewegung angehalten oder leicht umgekehrt.
Ein wiederum weiteres Mittel zum Beschränken der Vorwärtsbewegung des Stiftes ist ein elektronischer Auslöser. Ein elektronischer Auslöser wird an Stelle von dem in den 13–15 gezeigten hydraulischen oder pneumatischen Auslöser verwendet, um den Stift zu bewegen. Ein Beispiel eines geeigneten elektronischen Auslösers wird in der mitanhängigen US-Anmeldung Nr. 09/187 974 gezeigt. Unter der Verwendung eines elektronischen Auslösers kann das Ausgangssignal an den Motor des Servoventils dazu verwendet werden, um die Stiftposition annähernd zu berechnen, oder eine Codiereinheit kann dem Motor hinzugefügt werden, um ein Ausgangssignal zu geben, das zu der Stiftposition proportional ist. Wenn sich die Stiftposition über den Steuerbereich hinaus bewegt, dann wird wie im Fall von vorherigen Optionen die Richtung leicht umgekehrt oder die Position aufrechterhalten.
Am Ende des Verdichtungsabschnittes des Einspritzzyklus wird der Ventilstift 200 die gesamte Strecke nach vorne bewegt, um das Gatter abzuschließen, wie in der 15 gezeigt ist. In dem vorangehenden Beispiel beträgt die gesamte Bewegung des Stiftes (aus der Position in der 13 in die Position in der 15) annähernd 12 Millimeter. Natürlich können unterschiedliche Bereiche der Bewegung in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden.
Das Gatter verbleibt bis kurz vor dem Beginn des nächsten Einspritzzyklus geschlossen, wenn es geöffnet und in die in der 13 gezeigten Position bewegt wird. Während das Gatter geschlossen ist, wie in der 15 gezeigt ist, fängt die Spritzgussmaschine die Plastifizierung für den nächsten Einspritzzyklus an, während das Teil gekühlt und aus der Gussform ausgeworfen wird.
Die 16 zeigt die Graphen der Zeit gegen den Druck (235, 237, 239, 241) des Druckes, der von vier Druckmesswertwandlern erfasst wurde, die mit vier in dem Verteilerblock 231 angebrachten Düsen assoziiert sind. Die vier Düsen sind im Wesentlichen der in den 13–15 gezeigten Düse gleich und schließen Druckmesswertwandler ein, die mit dem Regler 210 auf die gleiche Art und Weise wie der Druckmesswertwandler 217 verbunden sind.
Die Graphen der 16a–d werden auf der Benutzer-Schnittstelle 214 erzeugt, so dass ein Benutzer die Verfolgung des tatsächlichen Druckes gegen den Soll-Druck während dem Einspritzzyklus in Echtzeit beobachten kann, oder nachdem der Zyklus vollendet ist. Die vier unterschiedlichen Graphen der 16 zeigen vier unabhängige Soll-Druck-Profile ("erwünscht"), denen die vier individuellen Düsen nachgestrebt haben. Unterschiedliche Soll-Profile sind wünschenswert, um un terschiedlich große individuelle mit jeder Düse assoziierte Höhlungen gleichmäßig zu befüllen, oder um unterschiedlich große Abschnitte einer einzigen Höhlung gleichmäßig zu befüllen. Graphen wie diese können in Bezug auf irgendeinen der vorherigen hierin beschriebenen Ausführungsformen erzeugt werden.
Der mit dem Graphen 235 assoziierte Ventilstift wird sequenziell bei 0,5 Sekunden geöffnet, nachdem die mit den anderen drei Graphen (237, 239, 241) assoziierten Ventile bei 0,00 Sekunden geöffnet wurden. Zurück auf die 13–15 beziehend, sind kurz vor dem Öffnen die Ventilstifte in der Position, die in der 13 gezeigt ist, während bei etwa 6,25 Sekunden am Ende des Einspritzzyklus alle vier Ventilstifte in der Position sind, die in der 15 gezeigt ist. Während der Einspritz- (zum Beispiel 0,00 bis 1,0 Sekunden in der 16b) und der Verdichtungsabschnitte (zum Beispiel 1,0 bis 6,25 Sekunden in der 16b) der Graphen wird jeder Ventilstift in eine Vielzahl von Positionen gesteuert, um den Druck zu verändern, der von dem damit assoziierten Druckmesswertwandler gemessen wurde, damit der Soll-Druck verfolgt wird.
Über die Benutzer-Schnittstelle 214 können Soll-Profile entworfen werden und Veränderungen können an irgendeinem der Soll-Profile unter Verwendung von auf Windows-basierten Standard-Bearbeitungstechniken vorgenommen werden. Die Profile werden dann von dem Regler 210 verwendet, um die Position des Ventilstiftes zu steuern. Zum Beispiel zeigt die 17 ein Beispiel einer Profilerstellung und die Editier-Bildschirm-Ikone 300, das auf der Schnittstelle 214 erzeugt wird.
Die Bildschirm-Ikone 300 wird von einer auf Windows-basierten Anwendung erzeugt, die an der Schnittstelle 214 ausgeführt wird. Alternativ könnte dieses Symbol an einer Schnittstelle erzeugt werden, die mit dem Regler 210 assoziiert ist. Die Bildschirm-Ikone 300 versieht einen Benutzer mit der Fähigkeit, ein neues Soll-Profil zu erstellen oder ein bestehendes Soll-Profil für irgendeine gegebene Düse und damit assoziierte Höhlung zu bearbeiten. Die hierin beschriebene Bildschirm-Ikone 300 und die Texttechniken für die Profilerstellung sind mit Bezug auf die 13–15 beschrieben, obwohl sie auf sämtliche hierin be schriebenen Ausführungsformen anwendbar sind.
Ein Profil 310 schließt (x, y)-Datenpaare ein, die Zeitwerten 320 und Druckwerten 330 entsprechen, die den erwünschten Druck darstellen, der von dem Druckmesswertwandler für die bestimmte Düse während der Profilerstellung gemessen wird. Die in der 17 gezeigte Bildschirm-Ikone ist in einem "Basis"-Modus gezeigt, in den eine beschränkte Gruppe von Parametern eingegeben wird, um ein Profil zu erstellen. Zum Beispiel gestattet es in der vorangehenden Ausführungsform der "Basis"-Modus einem Benutzer, eine bei 340 angezeigte Anfangszeit, einen bei 350 angezeigten maximalen Befüllungsdruck (ferner bekannt als Einspritzdruck), den bei 360 angezeigten Beginn der Verdichtungszeit, den bei 370 angezeigten Verdichtungsdruck und die bei 380 angezeigte gesamte Zyklusdauer einzugeben.
Der Bildschirm gestattet es ferner dem Benutzer, den bei 390 angezeigten bestimmten Ventilstift, den er steuert, und den bei 400 angezeigten Namen des Teiles zu selektieren, das gegossen wird. Jeder dieser Parameter kann unabhängig durch die Verwendung von auf Windows-basierten Standard-Bearbeitungstechniken eingestellt werden, wie durch die Verwendung eines Cursors zum Auf-/Abbewegen der Pfeile 410, oder durch einfaches Eingeben von Werten auf einer Tastatur. Während diese Parameter eingegeben und verändert werden, wird das Profil auf einem Graphen 420 gemäß den zu diesem Zeitpunkt selektierten Parametern angezeigt.
Durch Anklicken eines Pull-Down-Menü-Pfeils 391 kann der Benutzer unterschiedliche Düsenventile selektieren, um ein Profil für das selektierte Düsenventil und die damit assoziierte Höhlung zu erstellen, anzusehen oder zu editieren. Ferner kann ein Teilname 400 für jedes selektierte Düsenventil eingegeben und angezeigt werden.
Das neu editierte Profil kann in einem Computerspeicher individuell gespeichert oder als eine Gruppe von Profilen für eine Gruppe von Düsen gespeichert werden, die in eine bestimmte einzelne oder Mehrfach-Formhöhlung einspritzen. Der Begriff "Vorschrift" wird dazu verwendet, um eine Gruppe von Profilen für eine bestimmte Gussform zu beschreiben und der Name der bestimmten Vorschrift wird bei 430 auf der Bildschirm-Ikone angezeigt.
Um eine neues Profil zu erstellen oder um ein bestehendes Profil zu bearbeiten, selektiert der Benutzer zuerst ein bestimmtes Düsenventil aus der Gruppe der Ventile für die bestimmte Vorschriftgruppe, für die ein Profil bestimmt wird. Die Ventilselektion wird bei 390 angezeigt. Der Benutzer gibt einen alphanumerischen Namen ein, der mit dem in Erstellung befindlichen Profil assoziiert werden soll, wobei das für Stammwerkzeug-Gussformen als ein bei 400 angezeigter Teilname bezeichnet werden kann. Der Benutzer gibt dann einen bei 340 angezeigten Zeitpunkt an, um zu spezifizieren, wann die Einspritzung beginnt. Eine Verzögerung kann bei bestimmten Ventilstiften sein, um das Öffnen der Ventilstifte und die Einspritzung von geschmolzenem Material in unterschiedliche Gatter einer Gussform der Reihe nach durchzuführen.
Der Benutzer gibt dann den bei 350 angezeigten Befüllungs-(Einspritz-)druck ein. In dem Basis-Modus ist der Anstieg von einem Druck Null bis zu dem maximalen Befüllungsdruck eine feste Zeitspanne, zum Beispiel 0,3 Sekunden. Als nächstes gibt der Benutzer die anfängliche Verdichtungszeit ein, um anzugeben, wann die Verdichtungsphase des Einspritzzyklus beginnt. Der Anstieg von der Befüllungsphase bis zu der Verdichtungsphase ist auch eine feste Zeitspanne in dem Basis-Modus, zum Beispiel 0,3 Sekunden.
Der letzte Parameter ist die Zyklusdauer, die bei 380 angezeigt wird, in welcher der Benutzer spezifiziert, wann die Verdichtungsphase (und der Einspritzzyklus) aufhört. Der Anstieg von der Verdichtungsphase bis zu einem Druck Null wird unverzögert sein, wenn ein Ventilstift dazu verwendet wird, das Gatter zu schließen, wie in der Ausführungsform aus der 13, oder in einem thermischen Gatter (siehe die 1) langsamer sein, bedingt durch den Restdruck in der Höhlung, der auf einen Druck Null abfallen wird, wenn sich einmal das Teil in der Formhöhlung verhärtet.
Die Benutzer-Eingabe-Schaltflächen 415 bis 455 werden verwendet, um Soll-Profile zu speichern und zu laden. Die Schaltfläche 415 gestattet es dem Benutzer, den Bildschirm zu schlie ßen. Wenn diese Schaltfläche angeklickt wird, dann wird die gegenwärtige Gruppe von Profilen für die Vorschrift wirksam, für die das Profil bestimmt wird. Die Löschen-Schaltfläche 425 wird verwendet, um gegenwärtige Profil-Änderungen zu ignorieren und um zu den ursprünglichen Profilen zurückzukehren und den Bildschirm zu schließen. Die Lese-Verfolgung-Schaltfläche 435 wird verwendet, um ein bestehendes und gespeichertes Soll-Profil aus dem Speicher zu laden. Die Profile können in einem Speicher gespeichert werden, der in der Schnittstelle 215 oder dem Regler 210 enthalten ist. Die Speichere-Verfolgung-Schaltfläche 440 wird verwendet, um das gegenwärtige Profil zu speichern. Die Lese-Gruppe-Schaltfläche 445 wird verwendet, um eine bestehende Vorschriftgruppe zu laden. Die Speichere-Gruppe-Schaltfläche 450 wird verwendet, um die gegenwärtige Gruppe von Soll-Profilen für eine Gruppe von Düsen-Ventilstiften zu speichern. Die Prozess-Einstellung-Schaltfläche 455 gestattet es dem Benutzer, die PID-Einstellungen (zum Beispiel die Verstärkungen für ein bestimmtes Düsenventil in einer Steuerzone zu ändern. Ferner wird ein Druckbereich 465 für die Spritzgussanwendung angezeigt.
Die Schaltfläche 460 gestattet es dem Benutzer, zu einer Profilerstellung und einem Bearbeitungsbildschirm für einen "Erweiterungs"-Modus umzuschalten. Die erweiterte Profilerstellung und der Bearbeitungsbildschirm sind in der 18 gezeigt. Der fortgeschrittene Modus lässt zu, dass eine größere Anzahl von Profilpunkten als in dem Basis-Modus eingefügt, bearbeitet oder gelöscht wird. Wie in dem Basis-Modus wird das resultierende Profil angezeigt, während das Profil geändert wird.
Der fortgeschrittene Modus bietet eine größere Profil-Erstellbarkeit, weil der Benutzer Werte für individuelle Zeit- und Druck-Datenpaare selektieren kann. Wie in dem Graphen 420 gezeigt ist, ist das angezeigte Profil 470 nicht auf einen einzigen Druck für Füllen beziehungsweise Verdichten beschränkt, wie in dem Basis-Modus. In dem fortgeschrittenen Modus können individuelle (x, y)-Datenpaare (Zeit und Druck) überall während dem Einspritzzyklus selektiert werden.
Um ein Profil unter Verwendung des fortgeschrittenen Modus zu erstellen und zu bearbeiten, kann der Benutzer eine Vielzahl von Zeitangaben während dem Einspritzzyklus selektieren (zum Beispiel 16 unterschiedliche Zeitangaben) und einen Druckwert für jede selektierte Zeitangabe selektieren. Unter Verwendung von Windows-basierten Standard-Bearbeitungstechniken (Pfeile 475) weist der Benutzer anschließende Punkte entlang des Profils (angezeigt bei 478), bestimmte bei 480 angezeigte Zeitwerte und bestimmte bei 485 angezeigte Druckwerte zu.
Die Nächste-Schaltfläche 490 wird verwendet, um. den nächsten Punkt auf dem Profil für die Bearbeitung zu selektieren. Die Vorherige-Schaltfläche 495 wird verwendet, um den vorherigen Punkt auf dem Profil für die Bearbeitung zu selektieren. Die Lösch-Schaltfläche 500 wird zum Löschen des gegenwärtig selektierten Punktes verwendet. Wenn die Lösch-Schaltfläche verwendet wird, dann werden die zwei benachbarten Punkte erneut aufgezeichnet, wobei ein gerades Liniensegment gezeigt wird.
Die Hinzufügung-Schaltfläche 510 wird verwendet, um einen neuen Punkt nach dem gegenwärtig selektierten Punkt hinzuzufügen, indem Zeit- und Druckwerte für den neuen Punkt eingegeben werden. Wenn die Hinzufügung-Schaltfläche verwendet wird, dann werden die zwei benachbarten Punkte erneut aufgezeichnet, wobei zwei Segmente gezeigt werden, die mit dem neuen Punkt verbinden.
Die 19–23 zeigen eine weitere alternative Ausführungsform eines Spritzguss-Systems. Das System schließt einen Verteiler 515 mit einer Vielzahl von Düsen 520 ein, die zum Einspritzen von geschmolzenem Material in eine Vielzahl von Höhlungen 525 daran gekoppelt sind. Alternativ können die Düsen ferner in eine einzige Höhlung einspritzen. In der 19 ist nur eine Düse 520 gezeigt, aber die folgende Beschreibung gilt für sämtliche Düsen, die an den Verteiler 515 gekoppelt sind.
Wie in vorherigen Ausführungsformen schließt jede Düse in dem System einen damit assoziierten Druckmesswertwandler 530 zum Messen des Druckes von dem geschmolzenen Material in dem Verteiler ein, der dadurch eine Anzeige der Flussgeschwindigkeit der Schmelze durch die Düse 520 und in die Höhlung 525 in Bezug auf jede Spritzgussdüse gibt. Die Formhöhlung 525 wird durch die Gussformhälften 526 und 527 gebildet, die nach dem Einspritzzyklus getrennt werden, um das gegossene Teil auszuwerfen, das in der Höhlung 525 gebildet wurde. Wie in vorherigen Ausführungsformen kann sich der Druckmesswertwandler ferner in der Düse, dem Verteiler oder der Höhlung befinden.
Wie in vorherigen Ausführungsformen empfängt ein Regler 535 Signale aus den Druckmesswertwandlern 530, die an jede Düse 520 (von denen nur eine gezeigt ist) gekoppelt sind. Der Regler 535 steuert das Magnetventil 540, das die Bewegung eines Kolbens in dem Auslöser 545 steuert, der an den Ventilstift 550 gekoppelt ist und dazu dient, diesen hin- und herzubewegen, um das Gatter 555 an der Höhlung 525 zu öffnen und zu schließen.
Der Regler sendet ferner ein Signal an das Servoventil 560A, das den Auslöser 560 steuert, der wiederum die Bewegung eines Kolbens 565 steuert, und ferner das Magnetventil 570 steuert, das an einen weiteren Auslöser 575 gekoppelt ist, der ein Ventil 580 steuert, das so ausgestaltet ist, dass er einen Verteilerkanal 585 öffnet und schließt, der zu der Düse 520 führt. Jede an den Verteiler 515 (nicht gezeigt) gekoppelte Einspritzdüse schließt die vorangehenden Auslöser 545, 575 und 560 und den Kolben 565 und die Magnetventile 540 und 570 und das damit assoziierte Servoventil 560A zum Steuern des Flusses aus jeder Düse ein.
Die Auslöser sind in einer Halterungsplatte 595 angebracht, die ferner eine Öffnung 600 einschließt, die eine Einlassbuchse 610 aufnimmt, die mit einem Gewinde an dem Verteiler 515 angebracht ist. Die Einlassbuchse 610 nimmt eine Düse 590 aus einer Spritzgussmaschine auf. Die Spritzgussmaschine kann zum Beispiel ein Kolbenextruder oder kein Kolbenextruder sein. Die Düse 590 der Spritzgussmaschine führt geschmolzenes Material in die zentrale Buchse 610 in einen zentralen Kanal 620, der sich über eine Vielzahl von Kanälen 585 und 630 (und weitere, nicht gezeigt) zu einer entsprechenden Vielzahl von Spritzgussdüsen 520 abzweigt.
Die vorangehende Ausführungsform ist zu vorherigen Ausführungsformen darin ähnlich, dass der Druckmesswertwandler 530 verwendet wird, um einen Druck zu messen, der die Flussgeschwindigkeit von geschmolzenen Material in die Höhlung 525 während dem Einspritzzyklus anzeigt. (Die hierin beschriebenen Auslöser sind hydraulische Auslöser, jedoch können ferner pneumatische oder elektrische oder andere Typen der Auslösung verwendet werden.) Wie in vorherigen Ausführungsformen vergleicht ferner ein Regler 535 den von dem Druckmesswertwandler gemessenen Druck mit Soll-Werten eines Soll-Profils und gibt zur Erhöhung oder Verringerung des Druckes Steuersignale aus, um das Soll-Profil für jede Düse zu verfolgen.
In vorherigen Ausführungsformen steuerte der Regler die Position eines Ventilstiftes, um die Flussgeschwindigkeit an jedem Gatter während der Einspritzung unabhängig zu regeln. Die vorangehende Ausführungsform ermöglicht es ferner, dass die Flussgeschwindigkeit von dem Plast durch jede Düse 520 und durch jedes Gatter während der Einspritzung unabhängig gesteuert wird. Jedoch wird in der Ausführungsform, die in den 19–23 gezeigt ist, kein Ventilstift verwendet, um die Flussgeschwindigkeit wie in vorherigen Ausführungsformen zu steuern. An Stelle davon wird der Ventilstift 550 verwendet, um das Gatter 555 ausschließlich zu öffnen und zu schließen.
In der vorangehenden Ausführungsform werden der Kolben 565 und die Vertiefung 640 dazu verwendet, um den Fluss von geschmolzenem Material durch die Düse 520 und in die Höhlung 525 auf die folgende Art und Weise zu regeln.
Am Anfang des Einspritzzyklus wird das Ventilgatter 555 durch den Ventilstift 550 geschlossen und das Ventil 580 wird geöffnet, um einen Fluss durch den Verteilerkanal 585 zu gestatten (siehe die 20). Die Düse 590 der Spritzgussmaschine spritzt geschmolzenes Material durch die Einlassbuchse 610 in den Verteiler 515, so dass sie die Vertiefung 640 befüllt (siehe die 20). Der Ventilstift 550 befindet sich noch in der geschlossenen Position, während die Vertiefung 640 befüllt wird. Der Kolben 565 befindet sich in einer vorbestimmten einstellbaren zurückgezogenen Position, um zu gestatten, dass sich ein spezifisches Volumen an geschmolzenem Material in der Vertiefung 640 sammelt (siehe die 21). Die 21 zeigt das zum Einspritzen von geschmolzenem Material in die Höhlung 525 bereite System.
Der Regler 535 signalisiert dann dem Servoventil 540, den Auslöser 545 dazu zu veranlassen, den Ventilstift 550 zurückzuziehen und das Gatter 555 zu öffnen, während er ferner dem Servoventil 570 signalisiert, den Auslöser 575 dazu zu veranlassen, das Ventil 580 zu schließen und den Verteilerkanal 585 zu unterbrechen. Das Schließen des Ventils 580 beim Einspritzen in die Höhlung verhindert einen Rückfluss von Material durch den Kanal 585. Diese Position ist in der 22 gezeigt.
Der Regler signalisiert dann dem Auslöser 560, den Kolben 565 nach vorne zu bewegen, um Material aus der Vertiefung 640 durch die Düse 520 und in die Höhlung 525 einzuspritzen. Während dieser Zeitspanne steuert der Regler die Geschwindigkeit, bei welcher sich der Kolben nach vorne bewegt, gemäß dem Druck, der von dem Druckmesswertwandler 530 gemessen wurde, in Beziehung zu einem Soll-Druck-Profil. Wenn der Druckmesswertwandler 530 einen Druck misst, der unter dem Soll-Druck für diese bestimmte Zeitspanne während dem Einspritzzyklus ist, dann signalisiert dementsprechend der Regler 535 dem Auslöser 560, die Geschwindigkeit des Kolbens 565 zu erhöhen, und wenn der gemessene Druck größer als der Soll-Druck ist, dann steuert im Gegensatz dazu der Regler den Auslöser, um die Geschwindigkeit des Kolbens nach vorne zu verringern. Wenn der Kolben dessen unterste Position erreicht, dann ist die Höhlung 525 voll und das Gatter wird geschlossen (siehe die 23). Alternativ kann die Geschwindigkeit des Kolbens 565 durch die Verwendung eines linearen Messwertwandlers gesteuert werden, um die Kolbenposition zu verfolgen. Wenn dem so ist, dann ist der Kolben am Ende der Einspritzung nicht ausgerundet, und die Steuerung kann an den Druckmesswertwandler 530 während der Verdichtung übertragen werden.
Wie oben angemerkt wurde, kann ein Kolbenextruder oder kein Kolbenextruder verwendet werden. Wenn kein Kolbenextruder verwendet wird, dann kann die Plastifizierung in den Verteiler kontinuierlich sein, und das Ventil 580 wird verwendet, um den Verteilerkanal 585 während der Einspritzung zu unterbrechen, so dass während dieser Zeitspanne kein Plast durch den Verteilerkanal fließen kann. Wenn die Vertiefung 640 mit dem geschmolzenen Material befüllt ist, dann kann die Plastifizierung in dem Nicht-Kolbenextruder bis zu dem nächsten Zyklus angehalten werden.
Wie in den vorherigen hierin beschriebenen Ausführungsformen wird vorzugsweise ein PID-Algorithmus verwendet, um den Auslöser 560 zu steuern, das Soll-Profil zu verfolgen. Das Soll-Profil kann auf die gleiche Art und Weise erstellt werden, wie oben mit Bezug auf die vorherigen Ausführungsformen beschrieben ist.
Unter Verwendung der in den 19–23 gezeigten Ausführungsform wird die Flussgeschwindigkeit von dem Plast durch jedes Gatter unabhängig gesteuert. Außerdem wird man durch die Verwendung der Vertiefung 640 dazu befähigt, das spezifische Volumen von in jede Höhlung 525 eingespritztem Plast zu steuern, was zu einer Beständigkeit von Teil zu Teil führt, insbesondere beim Giessen in Anwendungen mit Mehrfachhöhlung, in denen jede Höhlung 525 ein identisches Teil darstellt. Durch das Verändern der Position des Kolbens 565 beim Einspritzen von geschmolzenem Material in die Vertiefung 640 kann das Volumen von Material in der Vertiefung 640 gesteuert werden, wodurch das Volumen von Material in die Höhlung 525 gesteuert wird.
Die 24–28 zeigen eine alternative Ausführungsform, in der eine Kraftmesszelle 140 verwendet wird, um den Druck der Schmelze zu messen, der auf die Vorderseite 142 des Ventilstiftes 41 wirkt. Dort, wo es möglich ist, werden Bezugsziffern verwendet, die sich auf zu der 1 gemeinsame Elemente beziehen. Wie in vorherigen Ausführungsformen wird ein Auslöser 49 verwendet, um den Ventilstift 41 in Richtung auf und weg von dem Gatter zu verschieben. Der Auslöser 49 schließt ein Gehäuse 144 und einen Kolben 146 ein, der innerhalb des Gehäuses verschiebbar angebracht ist. Der Auslöser wird über die pneumatischen oder hydraulischen Leitungen 148 und 150 versorgt. Andere Auslöser, zum Beispiel elektrische Auslöser, können auch verwendet werden.
Der Ventilstift 41 ist an dem Kolben 146 angebracht, so dass sich der Ventilstift durch die Einspritzdüse 23 mit der Bewegung des Kolbens verschiebt. Der Ventilstift ist an den Kolben über einen Stift 152 angebracht. Der Stift 152 ist genutet, so dass ein Zwischenraum 154 vorhanden ist, in dem sich der Ventil stift in Bezug auf den Stift 152 und den Kolben 146 verschieben kann. Der Ventilstift stößt gegen einen Knopf 156 auf der Kraftmesszelle 140. Die Kraftmesszelle 140 ist über die Schrauben 158 an dem Kolben angebracht. Somit bewirkt, wie in der 26 gezeigt ist, eine auf den Ventilstift wirkende Kraft F2, dass der Kraftmessknopf 156 hineingedrückt wird. Eingangsspannungen oder andere Typen von Signalen, welche die entsprechende Kraft auf dem Kraftmessknopf 156 anzeigen, werden durch das Kabel 160 getragen und einem Regler 151 zugeführt.
Beim Betrieb, wie in der 24 zu sehen ist, wird das geschmolzene Material aus einer Düse 11 der Spritzgussmaschine in einen verlängerten Einlass 13, der an einem Verteiler 15 angebracht ist, durch die jeweiligen Spritzgussdüsen 21 und 23 und in die Formhöhlungen 162 und 164 eingespritzt. In der gezeigten Ausführungsform wird eine Gussform mit Mehrfachhöhlung gezeigt, in der die Düsen 21 und 23 das geschmolzene Material einspritzen, um gegossene Teile mit unterschiedlicher Größe in den Höhlungen 162 beziehungsweise 164 zu bilden. Wie oben mit Bezug auf die in der 1 gezeigten Ausführungsform angemerkt ist, kann eine Formhöhlung mit mehreren Gattern verwendet werden oder mehrere Formhöhlungen können mit Höhlungen verwendet werden, welche die gleiche Größe besitzen.
Wenn der Ventilstift 41 zurückgezogen ist, um es zu gestatten, dass geschmolzenes Material in die Höhlung 162 eingespritzt wird, dann wirkt der Druck der Schmelze auf die Vorderseite des Ventilstiftes 142, wobei die resultierende Kraft durch den Schaft des Ventilstiftes auf den Kraftmesssensor 140 übertragen wird (siehe die 26–27). Somit wird die von der Kraftmesszelle 140 gemessene Belastung (F2) unmittelbar zu der Flussgeschwindigkeit der Schmelze in die Formhöhlung in Bezug gesetzt.
Durch die nach unten fließende Schmelze verursachte Scherkräfte über dem Ventilstift neigen dazu, den von der Kraftmesszelle gemessenen Druck zu verringern, aber derartige Kräfte sind typischerweise geringer als die nominale Belastung aufgrund des Druckes der Schmelze. Somit neigt die resultierende Kraft F2 dazu, den Ventilstift in Richtung auf die Kraftmesszelle zu komprimieren, mit der möglichen Ausnahme, dass das Ventil anfänglich geöffnet ist, und die Kraftmesszelle liefert eine genaue Anzeige des Druckes der Schmelze an dem Gatter. Wenn die Anwendung in Scherkräften resultiert, die F2 übersteigen, dann kann die Kraftmesszelle vorbelastet werden, um solche Kräfte zu kompensieren.
Ähnlich zu vorherigen oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Signal, das durch das Kabel 160 übertragen wird, von dem Regler 151 mit einem Soll-Wert eines Soll-Profils verglichen und der Regler stellt die Position des Ventilstiftes dementsprechend ein, um die Flussgeschwindigkeit zu erhöhen oder zu verringern. In dieser Ausführungsform ist das Soll-Profil ferner ein Zeit-gegen-Druck-Profil, aber der Druck ist das Ergebnis der Kraft des Stiftes auf die Kraftmesszelle, wie zu vorherigen Ausführungsformen entgegengesetzt, in denen ein Druckmesswertwandler die Flusskraft des geschmolzenen Materials direkt misst. Das Profil wird auf ähnliche Weise zu den oben beschriebenen Ausführungsformen erstellt: das Starten des Prozesses und das Einstellen des Profils bis annehmbare Teile erzeugt werden.
Der Ventilstift steuert die Flussgeschwindigkeit durch das Gatter unter Verwendung einer konischen Kante 155, um einen Steuerspalt 153 nahe dem Gatter zu bilden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass beliebige der anderen hierin beschriebenen Ventilstift-Designs mit der Kraftmesszelle 140 verwendet werden können.
Wenn der von der Kraftmesszelle gemessene Druck geringer als der Soll-Druck auf dem Soll-Profil ist, dann signalisiert dementsprechend der Regler 151 dem Auslöser, den Ventilstift zurückzuziehen, um die Größe des Steuerspaltes 153 und folglich die Flussgeschwindigkeit zu vergrößern. Wenn der von der Kraftmesszelle 140 gemessene Druck größer als der Soll-Druck ist, dann signalisiert der Regler 151 dem Auslöser, den Ventilstift in Richtung auf das Gatter zu versetzen, um die Größe des Steuerspaltes 153 und folglich die Flussgeschwindigkeit zu verkleinern.
Die Verwendung der Kraftmesszelle besitzt eine zusätzliche Anwendung, die in der 27A gezeigt ist. In einem Mehrfachgatter-System mit einer einzigen Höhlung ist es oft erwünschenswert, die Gatter der Reihe nach zu öffnen, so bald die Flussfront des geschmolzenen Materials das Gatter erreicht. Wenn das geschmolzene Material 166 in den Gatterbereich des Ventilstiftes geflossen ist, dann wird eine Kraft F3 von der Schmelze in die Höhlung auf die Vorderseite 142 des Ventilstiftes ausgeübt.
Auf diese Weise können die Gatter der Reihe nach durch die Messung der Kraft des Druckes der Schmelze auf die Vorderseite des Ventilstiftes sequenziell geöffnet werden, wenn der Ventilstift geschlossen ist. Bei typischen Gatterdurchmessern von 0,2 Zoll und Drücken der Schmelze von 10.000 psi wird die resultierende Kraft von 300 Pfund sofort von erhältlichen Kraftmesssensoren gemessen, weil die Kraft des Zelle der Fläche des Gatters mal dem Druck an dem Gatter gleicht. Somit kann diese Erfassung der Schmelze dann verwendet werden, um das Öffnen des Gatters wie in dem sequenziellen Ventilgatter zu signalisieren. Das stellt sicher, dass das Gatter nicht vorzeitig öffnet.
Die 28A und 28B zeigen eine alternative Ausführungsform, in der die Scherkraft auf den Ventilstift verringert ist. Die Düse 21 ist derart ausgestaltet, dass sie einen Kanal für den Fluss der Schmelze 168 und ein Bohrloch 170 einschließt, durch das sich der Ventilstift hin- und herbewegt. An sich erzeugt der Fluss keine axiale Scherkraft auf den Ventilstift und verringert somit Fehler bei der Druckmessung. Eine Einkerbung 172 ist in der Düse 21 bereitgestellt, so dass eine seitliche Belastung auf den Ventilstift verringert wird, d. h. um den Druck auf beiden Seiten des Ventilstiftes auszugleichen. Ein zusätzlicher Vorteil der in den 28A und 28B gezeigten Konfiguration besteht darin, dass, weil der Materialfluss von dem Ventilstift weg ist, der Ventilstift den Materialfluss nicht "teilt", was dazu neigen kann, Teillinien oder Flussschlieren auf dem gegossenen Teil zu erzeugen.
Die 29 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu der 19 ähnlich ist. Wie in der 19 wird ein Kolben 565 verwendet, um Material aus der Vertiefung 640 in die Höhlung 525 bei einer gesteuerten Geschwindigkeit zu pressen. Die Geschwindigkeit wird durch Signale gesteuert, die von dem Regler 535 an das Servoventil 560A gesendet werden, das wiederum die Geschwindigkeit steuert, bei welcher der Auslöser 560 den Kolben 565 nach vorne bewegt.
In der 29 ist der Auslöser 560 detaillierter gezeigt, der den Kolben 564, die Auslöserkammer 566 und die hydraulischen Leitungen 561 und 562 einschließt, die durch das Servoventil 560A gesteuert werden. Das Betätigen der hydraulischen Leitung 561 und das Befüllen der Kammer 566 veranlasst den Kolben 564 und den Kolben 565 dazu, sich nach vorne zu bewegen und Material aus der Vertiefung 640 durch den Kanal 585 und durch die Düse 520 und in die Höhlung 525 zu versetzen. In der Ausführungsform der 19 steuert der Regler die Geschwindigkeit, bei welcher der Kolben Material gemäß den von dem Druckmesswertwandler 530 empfangenen Signalen einspritzt, die mit einem Soll-Profil verglichen werden. In der Ausführungsform der 29 ist der Druckmesswertwandler 530 zu Gunsten des Druckmesswertwandlers 563 entfernt worden, der entlang der hydraulischen Leitung 561 angebracht ist, die zu der Kammer 566 führt. Der Druckmesswertwandler 563 misst den hydraulischen Flüssigkeitsdruck in der Leitung 561 und sendet ein entsprechendes Signal an den Regler 535. Weil der Druck der hydraulischen Flüssigkeit, welche die Kammer 566 betritt, direkt zu der Geschwindigkeit in Bezug gesetzt wird, bei welcher sich der Kolben 565 nach vorne bewegt, und weil die Geschwindigkeit, bei welcher sich der Kolben nach vorne bewegt, direkt zu der Geschwindigkeit des Materialflusses in die Höhlung 525 in Bezug gesetzt wird, wird der von dem Druckmesswertwandler 563 gemessene Druck direkt zu der Geschwindigkeit des Materialflusses in die Höhlung 525 in Bezug gesetzt und kann dazu verwendet werden, um die Materialfluss-Geschwindigkeit zu steuern.
Dementsprechend wird, wie in vorherigen Ausführungsformen, ein Soll-Profil erstellt, das gezeigt hat, dass es annehmbare gegossene Teile erzeugt. In der Ausführungsform der 29 stellt das Soll-Profil jedoch Soll-Werte des von dem Druckmesswertwandler 563 gemessenen hydraulischen Druckes dar, die entgegengesetzt zu einem direkten Messen des Materialdruckes sind. Im Betrieb vergleicht der Regler das von dem Druckmess wertwandler 563 gemessene Druck-Signal mit dem Soll-Druck-Profil für das Gatter 555. Wenn der gemessene Druck zu gering ist, dann erhöht der Regler den hydraulischen Druck in der Leitung 561 (der die Geschwindigkeit des Kolbens erhöht, der die Flussgeschwindigkeit des Materials erhöht), und wenn der Druck zu groß ist, dann verringert der Regler den hydraulischen Druck (der die Geschwindigkeit des Kolbens verringert, der die Geschwindigkeit des Materialflusses verringert).
Das Soll-Druck-Profil der hydraulischen Flüssigkeit erscheint ähnlich zu einem herkömmlichen Materialprofil, weil der Druck der hydraulischen Flüssigkeit während dem Einspritzabschnitt des Zyklus schnell ansteigt, während dem Verdichtungsabschnitt des Zyklus abflacht und während der Zyklus beendet wird auf den Druck Null abfällt, wobei der Ventilstift 550 schließt.
Obwohl nur eine Einspritzdüse 520 und eine Höhlung 525 gezeigt sind, gibt es eine ähnliche Anordnung, die mit jeder Einspritzdüse der Auslöser 575, 565, 545 sowie den Magnetventilen 540 und 570 und dem Servoventil 560 assoziiert ist, um die aus jedem Gatter fließende Schmelze gemäß dem für dieses Gatter erstellte Soll-Profil unabhängig zu steuern. Obwohl eine einzige Höhlung 525 gezeigt ist, kann ferner jede Düse in mehrere Höhlungen oder in eine Gussform mit einer einzigen Höhlung einspritzen. Nur ein einziger Regler 535 ist jedoch erforderlich, um sämtliche mit dem Verteiler 515 assoziierte Düsen zu steuern.
Unter Verwendung der vorangegangenen Anordnung der 29 kann, wie in vorherigen Ausführungsformen, der Materialfluss aus jeder Düse des Verteilers unabhängig gesteuert werden.
Die 30 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform der 30 ist im Wesentlichen die gleiche, wie die in der 13 gezeigte Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der Druckmesswertwandler 217 aus dem Verteiler 231 in das Innere der Gussformhälfte 650 verlegt worden ist, die zusammen mit der Gussformhälfte 660 die Formhöhlung 670 bildet, in der das gegossene Teil gebildet wird. In dieser Ausführungsform stellt dementsprechend das Soll-Profil die Soll-Werte des von dem Druckmesswertwandler 217 gemessenen Druckes innerhalb der dem Gatter 211 entgegengesetzten Höhlung dar.
Der Betrieb der Ausführungsform der 30 ist der gleiche, wie der in der 13 gezeigten Ausführungsform beschriebene, hinsichtlich der Erstellung eines Soll-Profils und der Verwendung des Ventilstiftes 200, um den Materialfluss zu steuern (die Schnittstelle 214 ist in der 30 nicht gezeigt, kann aber verwendet werden). Das Platzieren des Druckmesswertwandlers in der Höhlung bietet jedoch mehrere Vorteile, zum Beispiel ist in der Höhlung der Druckmesswertwandler 217 den hohen von dem Verteiler erzeugten Temperaturen nicht ausgesetzt, wie in der 13. Ferner kann das Vorhandensein des Druckmesswertwandlers in dem Verteiler den Materialfluss in dem Verteiler ein wenig stören. Eine weitere Erwägung bei der Wahl der Anbringung des Messwertwandlers in der Gussform oder in dem Verteiler besteht darin, ob es die Gussformgeometrie zulässt, dass der Messwertwandler in der Gussform angebracht wird.
Die 31 ist eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu der 13 ähnlich ist (gleiche Bezugsziffern werden verwendet, wo immer es möglich ist). Die Erstellung des Soll-Profils sowie der Arbeitsgang der Flusssteuerung durch den Ventilstift 200 sind im Wesentlichen die gleichen, wie oben beschrieben ist. Die 31 schließt jedoch nicht einen Druckmesswertwandler 217 ein, wie in der 13 gezeigt ist, um den Fluss von geschmolzenem Material in die Höhlung unmittelbar zu messen. An Stelle davon führt die in der 31 gezeigte Anordnung, ähnlich zu der in der 24 gezeigten Ausführungsform, die Flusssteuerung durch die Messung des Materialdruckes F2 aus, der von dem geschmolzenen Material auf den Ventilstift ausgeübt wird.
In der 24 wurde das Messen der Belastung auf den Ventilstift unter Verwendung einer Kraftmesszelle 140 ausgeführt, und in der 31 wird es jedoch durch die Druckmesswertwandler 700 und 710 ausgeführt, die entlang den hydraulischen Leitungen 720 und 730 angebracht sind, die zu den Auslöserkammern 740 beziehungsweise 750 führen. Das Betätigen der Leitungen 720 und 730 und das Befüllen der Auslöserkammern 740 und 750 ermöglicht eine axiale Bewegung des Kolbens 223, wodurch der Ventilstift 200 bewegt und die Flussgeschwindigkeit des Materials in die Höhlung 760 beeinflusst wird, wie oben beschrieben ist.
Die Druckmesswertwandler 700 und 710 messen einen Druckunterschied, der direkt zu der auf den Ventilstift 200 ausgeübten Kraft in Bezug gesetzt wird, die direkt zu der Flussgeschwindigkeit des Materials in Bezug gesetzt wird. Wenn zum Beispiel der Materialfluss veranlasst, dass eine Kraft F2 auf den Ventilstift 200 wirkt, dann setzt sich die Kraft entlang des Ventilstiftes zu dem Kolben fort, der wiederum dazu neigt, den Druck in der Kammer 740 und in der Leitung 720 zu erhöhen und den Druck in der Kammer 750 und in der Leitung 730 zu verringern, wodurch eine Änderung in den von den Messwertwandlern 700 und 710 gemessenen Druckunterschieden unmittelbar verursacht wird. Dementsprechend wird der Druckunterschied zu der Flussgeschwindigkeit des Materials in die Höhlung direkt in Bezug gesetzt. Wenn einmal ein annehmbares Soll-Profil des Druckunterschiedes unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken entwickelt worden ist, dann veranlasst der Regler das Servoventil 212 dazu, dieses Soll-Profil durch das Verändern der Position des Ventilstiftes zu verfolgen, um die Flussgeschwindigkeit des Materials zu ändern und das Soll-Profil des Druckunterschiedes zu verfolgen. Wenn zum Beispiel der Druckunterschied zu groß ist (z. B. ist der von dem Messwertwandler 700 gemessene Druck größer als der von dem Messwertwandler 710 gemessene Druck um einen Betrag, der größer ist als der Soll-Druckunterschied), dann veranlasst der Regler das Servoventil dazu, den Ventilstift zurückzuziehen, um die Flussgeschwindigkeit zu verringern, wodurch die Kraft F2 auf den Ventilstift verringert wird, wodurch der Druck in der Kammer 740 und in der Leitung 720 verringert wird, wodurch der von dem Messwertwandler 700 gemessene Druck verringert wird, wodurch der von den Messwertwandlern 700 und 710 gemessene Druckunterschied verringert wird. Man beachte, dass in bestimmten Anwendungen der Druckunterschied aufgrund der Scherkraft des Materials auf den Ventilstift negativ sein kann, wobei das jedoch die Fähigkeit des Reglers zur Verfolgung des Soll-Profils nicht beeinflusst.
Wie in der 24 gezeigten Ausführungsform bietet die in der 31 gezeigte Ausführungsform den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, einen Druckmesswertwandler in der Gussform oder in dem Verteiler anzubringen. Wie in sämtlichen vorherigen Ausführungsformen ermöglicht die in der 31 gezeigte Ausführungsform, dass für den Materialfluss aus jeder an den Verteiler angebrachten Düse ein Profil unabhängig erstellt werden kann.
Nachdem somit bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, erscheinen dem Fachmann sofort verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen. Derartige Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen fallen in den Schutzumfang der Erfindung. Dementsprechend ist die vorangehende Beschreibung ausschließlich beispielhaft und soll nicht beschränkend sein. Die Erfindung ist nur insoweit beschränkt, wie sie in den folgenden Ansprüchen und den Äquivalenten davon definiert wird.
Dort, wo technische Merkmale, die in irgendeinem Anspruch erwähnt sind, von Bezugsziffern gefolgt werden, sind diese Bezugsziffern für den alleinigen Zweck der Erhöhung der Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt worden, und dementsprechend besitzen derartige Bezugsziffern keine beschränkende Wirkung auf die Auslegung von jedem Element, das von derartigen Bezugsziffern beispielhaft identifiziert wird.

Claims

Ein Spritzgussapparat (1), der folgendes umfasst: einen Verteiler (231); wenigstens eine Einspritzdüse (215), die an den Verteiler (231) gekoppelt ist, und zu einem Gatter (211) führt; einen Auslöser (212, 223, 225, 240); und einen Ventilstift (200), der so ausgestaltet ist, dass er sich durch den Verteiler (231) und die Einspritzdüse (215) hin- und herbewegt, und ein erstes mit dem Auslöser (223, 225, 240) gekoppeltes Ende und ein zweites Ende (227) besitzt, welches das Gatter (211) in einer Vorwärtsposition schließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstift eine Regelfläche (205) umfasst, die, von dem Gatter (211) entfernt und zwischen den ersten und zweiten Enden (227) liegend, zum Einstellen der Geschwindigkeit des Materialflusses während einem Einspritzzyklus bereitgestellt ist.
Der Spritzgussapparat gemäß Anspruch 1, worin das Zurückziehen des Ventilstiftes (200) dazu neigt, die Geschwindigkeit des Materialflusses während dem Einspritzzyklus zu verringern, und das Versetzen des Ventilstiftes (200) in Richtung des Gatters (211) dazu neigt, die Geschwindigkeit des Materialflusses während dem Einspritzzyklus zu erhöhen.
Der Spritzgussapparat gemäß Anspruch 1, worin das Zurückziehen des Ventilstiftes (200) dazu neigt, die Geschwindigkeit des Materialflusses während dem Einspritzzyklus zu erhöhen, und das Versetzen des Ventilstiftes (200) in Richtung des Gatters (211) dazu neigt, die Geschwindigkeit des Materialflusses während dem Einspritzzyklus zu verringern.
Der Spritzgussapparat gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-2, worin die Regelfläche (205) einen Spalt (207) mit einer Oberfläche (209) des Verteilers (231) bildet, so dass die Größe des Spaltes (207) verringert wird, wenn der Ventilstift (200) von dem Gatter (211) zurückgezogen wird, und die Größe des Spaltes (207) vergrößert wird, wenn der Ventilstift (200) in Richtung des Gatters (207) versetzt wird.
Der Spritzgussapparat gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 und 3, worin die Regelfläche (205) einen Spalt (207) mit einer Oberfläche (209) des Verteilers (231) bildet, so dass die Größe des Spaltes (207) vergrößert wird, wenn der Ventilstift (200) von dem Gatter (211) zurückgezogen wird, und die Größe des Spaltes (207) verringert wird, wenn der Ventilstift (200) in Richtung des Gatters (211) versetzt wird.
Der Spritzgussapparat gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-5, ferner einen Regler (210) umfassend, der an den Auslöser (212, 223, 225, 240) gekoppelt ist, um den Ventilstift (200) auf eine Vielzahl von Positionen während dem Einspritzzyklus einzustellen, um die Geschwindigkeit des Materialflusses während dem Einspritzzyklus zu verändern.
Der Spritzgussapparat gemäß Anspruch 6, worin der Regler (210) einen mit der Materialfluss-Geschwindigkeit in Bezug stehenden gemessenen Zustand mit einem Soll-Zustand vergleicht und den Ventilstift (200) einstellt, um den Soll-Zustand zu verfolgen.
Der Spritzgussapparat gemäß Anspruch 7, worin der gemessene Zustand einen Druck darstellt, und worin der Apparat ferner einen Druckmesswertwandler (217) zum Messen des Materialdruckes stromabwärts von der Regelfläche (205) des Ventilstiftes (200) umfasst.
Der Spritzgussapparat gemäß Anspruch 8, worin der Druckmesswertwandler (217) entweder mit dem Verteiler (231), der Einspritzdüse (215) oder der Formhöhlung (5) gekoppelt ist.
Der Spritzgussapparat gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–9, ferner Mittel zum Beschränken der Vorwärtsbewegung des Ven tilstiftes (200) während dem Einspritzzyklus umfassend.
Der Spritzgussapparat gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–10, worin der Ventilstift (200) einen Abschnitt mit einem gleichmäßigen Querschnitt einschließt, der sich von der Regelfläche (205) in Richtung des zweiten Endes (227) erstreckt.
Der Spritzgussapparat gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–3 und 6–11, worin sich die Regelfläche (205) innerhalb des Verteilers (231) befindet.