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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen linearen Aktuator,
der mit unter Druck stehendem Fluid betrieben ist und von der Bauart
mit Kolben und Zylinder ist, der eine Anzahl von Kolbenoberflächen innerhalb
eines einheitlichen Zylinders aufweist, um eine größere Ausgangskraft
für einen gegebenen
Zylinderdurchmesser und einen gegebenen Druck des unter Druck stehenden
Fluids bereitzustellen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf einen mit unter Druck stehendem Fluid betriebenen Aktuator mit
kompakten Abmessungen, der einen einzelnen bewegbaren Kolben aufweist, der
mit zwei in axialer Richtung beabstandeten Druckoberflächen für eine vergrößerte Betätigungskraft
und zur Bewegung des Kolbens in einer ersten Richtung versehen ist,
und einer zusätzlichen,
einzelnen Druckoberfläche
zum Bewegen des Kolbens in einer zweiten Richtung, die der ersten
Richtung entgegengesetzt ist.
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Stand der
Technik
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Lineare
Aktuatoren, die mit unter Druck stehendem Fluid betrieben sind und
Kolben enthalten, die innerhalb von Zylindern bewegbar sind, sind
im Stand der Technik weithin bekannt und werden für zahlreiche
unterschiedliche Zwecke eingesetzt, einschließlich dazu, um eine ausreichende
Kraft bereitzustellen, um eine Vorrichtung zu betätigen oder
um ein oder mehrere Teile von einer Kombination aus Elementen zu
bewegen. Allgemein gesprochen kann die Ausgangskraft, die von solchen
Aktuatoren bereitgestellt wird, entweder dadurch vergrößert werden,
daß der
Druck des Fluids vergrößert wird,
das dazu verwendet wird, um den Aktuator zu betätigen, oder daß die Oberfläche des
Kolbens vergrößert wird,
wobei hier auch eine Vergrößerung des
Durchmessers des Zylinders erforderlich ist, innerhalb dessen der
Kolben angeordnet ist. Es kommt allerdings vor, daß der verfügbare Platz,
innerhalb dessen ein Aktuator angeordnet werden muß, sehr
beschränkt ist,
und häufig
ist der verfügbare
Platz nicht ausreichend, um zu ermöglichen, daß der Durchmesser des Zylinders
vergrößert wird.
Zusätzlich
kann es vorkommen, daß der
verfügbare
Druck des unter Druck stehenden Fluids nicht ausreicht, um die gewünschte Ausgangskraft
von einem Aktuator bereitzustellen, der einen gege benen Durchmesser
aufweist. Es besteht daher der Wunsch, die Möglichkeit zu haben, einen Aktuatoraufbau
bereitzustellen, der einen kleinen Aktuator in die Lage versetzt,
die Ausgangskraft eines Aktuators mit einem größeren Durchmesser bereitzustellen,
oder die Möglichkeit
zu schaffen, die gleiche oder eine größere Ausgangskraft bereitzustellen,
wenn die Versorgung mit einem unter Druck stehenden Fluid bei einem
niedrigeren Druck erfolgt.
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Eine
Anzahl von Aktuatorstrukturen sind entwickelt worden, um die vorstehend
genannten Probleme zu lösen.
In dem US-Patent Nr. 3, 880,051 mit dem Titel „Pneumatic System Including
Auxiliary Output (Pneumatisches System mit zusätzlichem Ausgang)", das am 29. April
1975 an Eppler erteilt worden ist, ist ein Doppelkammerzylinder
offenbart, wobei in jeder Kammer davon ein getrennter, unabhängiger Kolben
verschieblich angeordnet ist. Die Kolbenstange eines Kolbens erstreckt
sich in die benachbarte Kammer und weist einen axialen Durchgang
durch den Kolben und die Kolbenstange auf, um zu ermöglichen,
daß der
Fluiddruck an dem kopfseitigen Ende eines Kolbens an das kopfseitige
Ende des zweiten Kolbens übertragen
wird, während
die Kolbenstange des ersten Kolbens sich in Kontakt mit dem Kopf
des zweiten Kolbens befindet. Als Ergebnis davon wird die Ausgangskraft
der Kolbenstange des zweiten Kolbens vervielfacht, ohne eine Vergrößerung entweder
des Zylinderdurchmessers oder des Drucks des Betriebsfluids.
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Eine
andere Form eines linearen Aktuators mit mehreren Kammern ist in
dem US-Patent Nr. 3,752,040 mit dem Titel „Multi Piston Power Pack Unit
for Fluid Actuated Tool (Antriebseinheit mit mehreren Kolben für ein fluidbetätigtes Werkzeug)" offenbart, das am
14. August 1973 an Pawlowski et al. erteilt worden ist. Diese Referenz
zeigt eine die Kraft multiplizierende Aktuatorstruktur, bei der
zwei in axialer Richtung beabstandete Kolben, die physikalisch miteinander
verbunden sind, in jeweiligen Kammern innerhalb eines einzelnen
Zylinders verschieblich geführt
sind. Der Zylinder des Aktuators ist durch eine feste, innere Trennwand
in zwei Kammern unterteilt, und unter Druck stehendes Fluid von
dem kopfseitigen Ende einer Kammer wird dem kopfseitigen Ende der
benachbarten Kammer durch einen sich in axialer Richtung erstreckenden
Durchgang zugeführt,
der durch das verbindende Teil hindurchgeht, das die beiden Kolben
miteinander verbindet.
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Weitere
Bauarten von linearen Aktuatoren mit mehreren Kammern sind in dem
US-Patent Nr. 5,191,825 „Low-Impact
Air Cylinders (Luftzylinder mit geringem Aufschlag)" offenbart, das am
09. März 1993
an Beneteau et al. erteilt worden ist, und in dem US-Patent Nr.
5,483,796 mit dem Titel „Fluid
Cylinder (Fluidzylinder)" das
am 16. Januar 1996 für
Ando erteilt wor den ist. In jedem der genannten Patente sind drei
koaxiale Kolben innerhalb eines einzigen äußeren Zylinders angeordnet,
um eine vergrößerte Ausgangskraft
bereitzustellen. In dem Patent von Beneteau et al. sind zwei der
Kolben miteinander verbunden, und jeder Kolben ist in einer getrennten
Kammer geführt.
Einer der beiden miteinander verbundenen Kolben ist verschieblich
innerhalb des dritten Kolbens aufgenommen. In der Struktur, die
in dem Patent von Ando offenbart ist, sind die drei Kolben konzentrisch
innerhalb eines Zylinders angeordnet, der keine feststehende innere
Trennwand aufweist.
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Eine
weitere Bauform eines linearen Aktuators mit mehreren Kammern ist
in dem US-Patent Nr. 5,368,470 mit dem Titel „Multiple Pin Closure Nozzle Assembly
for Injection Molds (Düsenschließanordnung
mit mehreren Stiften für
Spritzformen)" gezeigt, die
am 29. November 1994 für
Männer
erteilt worden ist, und 5,375,994 mit dem Titel „Piston Driven Pin Closure
Nozzle Assembly (Mittels Kolben angetriebene Stift-Düsenschließanordnung)", die am 27. Dezember
1994 für
Friderich et al. erteilt worden ist, sowie in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 4-320820 mit dem Titel „Mold
Device for Injection Molding (Formvorrichtung zum Spritzformen)", die am 11. November
1992 veröffentlicht
worden ist. In diesen drei Referenzen ist der Zylinder für unter Druck
stehendes Fluid in zwei Druckkammern (drei Kammern bei dem Patent
von Friderich) unterteilt, innerhalb jeder von denen ein jeweiliger
Antriebskolben angeordnet ist, um die Ausgangskraft des Aktuators
zu vervielfachen, indem die Ausgangskräfte, die durch die einzelnen
Kolben erzeugt werden, addiert werden.
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Obwohl
aus dem Stand der Technik unterschiedliche Bauarten bekannt sind,
um eine vergrößerte Ausgangskraft
bei einem Aktuator, der mit einem unter Druck stehenden Fluid betrieben
ist, bereitzustellen, erfordern die Bauarten bei jeder der vorstehend
genannten Referenzen entweder eine erhebliche Vergrößerung der
axialen Länge
des Aktuators, oder eine wesentliche Vergrößerung des Durchmessers des
Zylinders des Aktuators, oder sie bringen eine komplexe Struktur
mit sich, die zahlreiche innere Teile aufweist. Als Ergebnis davon
sind die bekannten Bauarten bei beengten Platzverhältnissen nur
beschränkt
anwendbar.
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Beschreibung
der Erfindung
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Kurz
zusammengefaßt
wird gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung ein Aktuator bereitgestellt, der einen äußeren Zylinder
mit einer rohrartigen Form umfaßt,
der eine innere zylindrische Oberfläche festlegt und der eine Längsachse
aufweist. Ein Kolben ist verschieblich innerhalb des äußeren Zylinders
für eine
axiale Bewegung innerhalb davon geführt und weist eine daran befestigte
Stange auf, wobei sich die Stange von dem Kolben in einer axialen
Richtung relativ zu dem äußeren Zylinder
erstreckt. Der Kolben teilt den äußeren Zylinder
in eine an einem Kopfende befindliche Kammer und eine an einem Stangenende
befindliche Kammer, die in axialer Richtung von der am Kopfende
befindlichen Kammer beabstandet ist. Der Kolben weist ferner einen inneren
zylindrischen Raum auf.
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Eine
Trennwand erstreckt sich in Querrichtung quer über den inneren zylindrischen
Raum innerhalb des Kolbens und an einer festen axialen Position
relativ zu dem äußeren Zylinder,
so daß der
innere zylindrische Raum in eine erste innere Kammer und eine zweite
innere Kammer unterteilt wird. Eine erste Fluidleitung befindet
sich in Strömungsverbindung
mit der am Kopfende befindlichen Kammer des äußeren Zylinders und mit der
ersten inneren Kammer, um den Kolben und die Stange in einer ersten axialen
Richtung relativ zu dem äußeren Zylinder
zu bewegen, um die Stange dazu zu veranlassen, sich in einer Richtung
nach außen
relativ zu dem äußeren Zylinder
zu bewegen, um einen ausfahrenden Stangenhub bereitzustellen, wenn
unter Druck stehendes Fluid in die erste Fluidleitung eingeleitet
wird.
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Eine
zweite Fluidleitung befindet sich in Strömungsverbindung mit der zweiten
inneren Kammer, um den Kolben und die Stange in einer zweiten axialen
Richtung relativ zu dem äußeren Zylinder
und entgegengesetzt zu der ersten axialen Richtung zu bewegen, um
die Stange dazu zu veranlassen, sich in einer Richtung nach innen
relativ zu dem äußeren Zylinder
zu bewegen und um einen Einzugshub der Stange bereitzustellen, wenn
unter Druck stehendes Fluid in die zweite Fluidleitung eingeleitet
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine bruchstückhafte
Seitenansicht im Querschnitt von einem Abschnitt einer Formanordnung
in einer Spritzgießmaschine,
wobei ein mit unter Druck stehendem Fluid betriebener Aktuator gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist, der wirkungsmäßig einem Absperrschieber zugeordnet
ist, um den Strom eines plastifizierten Materials in einen Formhohlraum
zu steuern, wobei sich der Kolben in einer zurückgezogenen Position befindet,
so daß sich
der Ventilstift in der offenen Stellung befindet, um einen Strom
von plastifizierten Material in den Formhohlraum zuzulassen.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht des Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung,
entlang der Linie 2–2
in 1.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht des Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung,
entlang der Linie 3–3
in 1.
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4 zeigt
eine teilweise Seitenansicht ähnlich
wie 1, wobei der Kolben des Aktuators in einer Zwischenposition
zwischen einer vollständig
zurückgezogenen
und einer vollständig
ausgeschobenen Position dargestellt ist.
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5 zeigt
eine teilweise Seitenansicht ähnlich 1 und 4,
wobei der Kolben des Aktuators in einer vollständig ausgefahrenen Position
dargestellt ist.
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Beste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist
ein mit unter Druck stehendem Fluid betriebener Aktuator 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Eine Strömungsdüse 12 ist
dem Aktuator 10 wirkungsmäßig zugeordnet, um den Strom
eines geschmolzenen Kunststoffmaterials von einer nicht dargestellten
Einspritzeinheit durch einen Durchgang 14 für geschmolzenes Material
in der Düse 12 zu
einem Formhohlraum 16 zu leiten und zu steuern, wobei dieser
durch jeweilige gegenüberliegende,
in geeigneter Weise geformte Vertiefungen gebildet ist, die in einem
ersten Formteil 18 und in einem damit zusammenwirkenden
zweiten Formteil 20 ausgebildet sind. Wie ein Fachmann
auf dem vorliegenden Gebiet erkennt, wird das erste Formteil 18 in
einem ortsfesten Zustand gehaltert. Das zweite Formteil 20 ist
zur Bewegung in Richtung auf das erste Formteil 18 abgestützt, um
den geschlossenen Formhohlraum 16 zu bilden, wenn sich die
Formteile 18 und 20 in einer sich berührenden Beziehung
befinden, und ist von dem ersten Formteil 18 weg bewegbar,
um den Formhohlraum 16 zu öffnen, so daß die Entnahme
eines geformten Teils möglich
ist.
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Das
geschmolzene Kunststoffmaterial von der Einspritzeinheit wird dazu
veranlaßt,
durch den Durchgang 14 für Formmaterial in die Düse 12 zu strömen, die
einen Abgabeauslaß oder
Einguß 22 aufweist,
der das Formmaterial in den Formhohlraum 16 führt. Der
Strom des geschmolzenen Kunststoffmaterials durch die Düse 12 wird
durch einen Ventilstift 26 gesteuert, der in Richtung auf
den Einguß 22 und
davon weg bewegbar ist, um den Auslaß 22 selektiv zu geeigneten
Zeitpunkten während
eines Formzyklus zu schließen
und zu öffnen.
Wie in 1 dargestellt ist, befindet sich der Ventilstift 26 in
der zurückgezogenen
oder offenen Stellung, um einen Strom von geschmolzenem Kunststoffmaterial
durch die Düse 12 und
in den Formhohlraum 16 hinein zu ermöglichen.
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Der
Ventilstift 26 ist ein Endabschnitt einer langgestreckten
Stange 28, deren gegenüberliegendes
Ende mit einem bewegbaren Kolben 30 verbunden ist, der
verschieblich innerhalb eines äußeren Zylinders 32 aufgenommen
ist. Eine erste Stirnwand 34 schließt ein Ende des äußeren Zylinders 32 ab, um
mit dem Kolben 30 eine am Kopfende befindliche Kammer 36 zu
bilden. Eine zweite Stirnwand 38 schließt das gegenüberliegende
Ende des äußeren Zylinders 32 ab,
um mit dem Kolben 30 eine am Stangenende befindliche Kammer 40 zu
bilden. Die zweite Stirnwand 38 kann durch eine Platte 42 gebildet sein,
die einen Teil einer Anordnung mit mehreren Platten bildet, um den
Aktuator 10 abzuschließen. Wie
dargestellt ist, ist der Aktuator 10 in eine Bohrung mit
geeigneter Größe in einer
mittleren Platte 44 eingesetzt, die an der Platte 42 befestigt
ist, und eine obere Platte 45 ist an der mittleren Platte 44 befestigt, um
den Aktuator 10 vollständig
zu umschließen.
Die Platte 42, die die zweite Stirnwand 38 bildet,
ist in geeigneter Weise relativ zu der Düse 12 in dem Formteil 18 befestigt,
so daß die
Stange 28 und der Ventilstift 26 relativ zu dem
Ventilsitz 46 in der Düse 12 richtig orientiert
sind. Wie dargestellt ist, weist der Ventilsitz 46 einen
konisch zulaufenden Durchgang auf, der ausgehend von dem Einguß 22 zu
einer zylindrischen Bohrung 48 divergiert, die mit dem
Durchgang 14 verbunden ist.
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Der äußere Zylinder 32 weist
eine erste Öffnung 50 und
eine zweite Öffnung 52 auf,
von denen jede abwechselnd dazu bestimmt ist, in Verbindung mit
einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid (nicht dargestellt)
zu stehen, etwa mit einem unter Druck stehenden Gas oder einem unter
Druck stehenden Hydraulikfluid, und mit einem nicht dargestellten
Fluidbehälter
mit niedrigerem Druck. Die Verbindungen zwischen den Öffnungen 50, 52 und
der entsprechenden Quelle für
unter Druck stehendes Fluid und dem Behälter für Fluid unter niedrigerem Druck
kann durch ein geeignetes umsteuerbares Strömungssteuerventil erfolgen,
das nicht dargestellt ist und von einer Bauart ist, die für einen
Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist.
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Die
erste Öffnung 50 erstreckt
sich nur teilweise durch die Seitenwand 54 des äußeren Zylinders 32 und
endet an einem Kanal 56, der sich in einer axialen Richtung
innerhalb der Seitenwand 54 und in Richtung auf die Stirnwand 34 erstreckt.
Der Kanal 56 mündet
in die am Kopfende befindliche Kammer 36 bei einer Öffnung 37,
um eine Strömungsverbindung
zwischen der am Kopfende befindlichen Kammer 36 und der
ersten Öffnung 50 zu ermöglichen.
Eine erste ringförmige
Kammer 118 ist an dem Ende des Kanals 56 gegenüberliegend
der Öffnung 37 vorgesehen,
um eine Strömungsverbindung
zwischen dem Kanal 56 und dem Inneren des Kolbens 30 zu
ermöglichen,
für Zwecke,
die nachfolgend noch erläutert
werden.
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Weiterhin
erstreckt sich durch die Seitenwand 54 des Zylinders ein
Durchgang oder eine Belüftungsöffnung 41,
um die am Stangenende befindliche Kammer 40 zur umgebenden
Atmosphäre
zu belüften.
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Die
zweite Öffnung 52 erstreckt
sich durch die Seitenwand 54 des äußeren Zylinders 32,
um eine Verbindung abwechselnd zwischen dem Inneren des Zylinders 32 und
der nicht dargestellten Quelle von unter Druck stehendem Fluid und
dem nicht dargestellten Behälter
mit Fluid bei niedrigerem Druck herzustellen. Die zweite Öffnung 52 ist
in axialer Richtung entlang des Zylinders 32 von der ersten Öffnung 50 beabstandet
und ist zwischen der ersten Öffnung 50 und
der ersten Stirnwand 34 angeordnet.
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Innerhalb
des äußeren Zylinders 32 ist
eine die Stange abstützende
Hülse 60 vorgesehen,
die durch die zweite Stirnwand 38 hindurchgeht und starr in
der Platte 42 angeschlossen ist. Die Stützhülse 60 legt eine Bohrung 62 fest,
innerhalb der die Stange 28 axial verschieblich geführt ist,
und sie erstreckt sich in das Innere des äußeren Zylinders 32,
um an einer sich in Querrichtung erstreckenden inneren Trennwand 64 zu
enden. Die Trennwand 64 ist ein scheibenförmiges Teil,
das einen Umfangsrand 66 aufweist, der von der inneren
Oberfläche
der Seitenwand 54 des Zylinders nach innen beabstandet
ist. Der Umfangsrand 66 weist eine ringförmige Vertiefung 68 auf,
um einen über
den Umfang verlaufenden Dichtungsring 70 aufzunehmen. Die
Trennwand 64 weist ferner eine innere ringförmige Vertiefung 72 auf,
um einen inneren Dichtungsring 74 zum abdichtenden Kontakt
mit der äußeren Oberfläche der
Stange 28 aufzunehmen.
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Der
Kolben 30 weist eine hohle, im wesentlichen zylindrische
Struktur auf, die innerhalb des äußeren Zylinders 32 für eine axiale,
verschiebliche Bewegung entlang dessen innerer Oberfläche aufgenommen
ist. Der Kolben 30 weist eine ringförmige Kolbenstirnwand 76 auf,
die sich in Querrichtung im Inneren des äußeren Zylinders 32 zwischen
der inneren Oberfläche
der Seitenwand 54 des Zylinders und der Stützhülse 60 erstreckt.
Die Kolbenstirnwand 76 weist eine innere ringförmige Vertiefung 78 auf,
um einen ringförmigen
Dichtungsring 80 aufzunehmen, der entlang der äußeren Oberfläche der
Stützhülse 60 verschieblich
ist und dichtend mit dieser in Eingriff steht, und eine äußere über den
Umfang verlaufende Vertiefung 82, um einen ersten äußeren Dichtungsring 84 aufzunehmen,
der verschieblich entlang der inneren Oberfläche der Seitenwand 54 des
Zylinders ist und dichtend mit dieser in Eingriff steht. Die Kolbenstirnwand 76 ist
zwischen der Trennwand 64 und der zweiten Stirnwand 38 des
Zylinders angeordnet.
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Eine
rohrförmige
Kolbenwand 86 erstreckt sich in axialer Richtung von dem
Umfang der Kolbenstirnwand 76 benachbart zu und entlang
der inneren Oberfläche
der Seitenwand 54 des Zylinders und in Richtung auf die
erste Stirnwand 34 des Zylinders. Ein zweiter äußerer Dichtungsring 88 und
ein dritter äußerer Dichtungsring 90 sind
jeweils in ringförmigen Vertiefungen 92 und 94 auf
dem äußeren Umfang
der Kolbenwand 86 in einer axial beabstandeten Beziehung
mit dem ersten äußeren Dichtungsring 84 und in
axial beabstandeter Beziehung miteinander geführt. Sowohl der zweite als
auch der dritte Dichtungsring 88, 90 ist verschieblich
entlang der inneren Oberfläche
der Seitenwand 54 des Zylinders und wirkt abdichtend mit
dieser zusammen.
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In
axialer Richtung entlang der Kolbenwand 86 von der Kolbenstirnwand 76 beabstandet
und auf der gegenüberliegenden
Seite der Trennwand 64 von der Kolbenstirnwand 76 ist
ein Kolbenkopf 96 angeordnet, der durch eine quer verlaufende
Wand gebildet ist, die sich quer über das Innere der Kolbenwand 86 erstreckt.
Das Ende 98 der Stange 28, das gegenüber von
dem Ventilstift 26 liegt, ist fest innerhalb des Kolbenkopfs 96 aufgenommen,
so daß sich
der Kolbenkopf 96 und der Ventilstift 26 gemeinsam
bewegen. Wenn gewünscht,
kann das Ende 98 der Stange 28 mittels Gewinde
in dem Kolbenkopf 96 aufgenommen sein, um eine Einstellung
der Länge
der Stange 28, die sich in die Düse 12 erstreckt, zu
ermöglichen. Wie
am deutlichsten in 1b dargestellt ist, weist die
innere Oberfläche
der Kolbenwand 86 eine radiale Stufe 100 auf,
gegen die der Kolbenkopf 96 anliegt, und ein ringförmiger Haltering 102 ist
in einer inneren, über
den Umfang verlaufenden Nut 104 aufgenommen, die in der
inneren Oberfläche
der Kolbenwand 86 ausgebildet ist, um den Kolbenkopf 96 in seiner
Position relativ zu der Kolbenwand 86 zu halten. Zusätzlich kann
der Kolbenkopf 96 auch eine äußere, über den Umfang verlaufende
Vertiefung 106 aufweisen, um einen ringförmigen Dichtungsring 108 aufzunehmen.
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Wie
am besten aus 4 hervorgeht, legt das ringförmige Volumen
zwischen der Kolbenstirnwand 76 und der Trennwand 64 eine
erste innere Kammer 110 innerhalb des Kolbens 30 fest,
und das ringförmige
Volumen zwischen dem Kolbenkopf 96 und der Trennwand 64 legt
eine zweite innere Kammer 112 innerhalb des Kolbens 30 fest.
Die Kolbenwand 86 weist eine sich in radialer Richtung
erstreckende Öffnung 114 auf,
die sich von deren äußerem Umfang
bis zu der zweiten inneren Kammer 112 erstreckt. Wenn der
Kolbenkopf 96 eine beträchtliche axiale
Dicke aufweist, wie in 1 dargestellt ist, kann der
Kolbenkopf 96 einen L-förmigen
Durchgang 116 aufweisen, um eine Strömungsverbindung zwischen der
zweiten inneren Kammer 112 und der radialen Öffnung 114 herzustellen.
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Der äußere Durchmesser
der Kolbenwand 86 ist im Zusammenwirken mit dem inneren
Durchmesser der Seitenwand 54 des Zylinders konfiguriert, um
dazwischen einen ringförmigen
Raum bereitzustellen, wobei auf 2 und 3 verwiesen
sei. Der ringförmige
Raum zwischen dem ersten äußeren Dichtungsring 84 und
dem zweiten äußeren Dichtungsring 88 liegt
eine erste ringförmige
Kammer 118 fest, und der ringförmige Raum zwischen dem zweiten äußeren Dichtungsring 88 und
dem dritten äußeren Dichtungsring 90 liegt
eine zweite ringförmige Kammer 120 fest.
In dieser Hinsicht steht die erste ringförmige Kammer 118 in
ständiger
Strömungsverbindung
mit dem Kanal 56 und dadurch mit der ersten Öffnung 50.
In ähnlicher
Weise steht die zweite ringförmige
Kammer 120 in ständiger
Verbindung mit der zweiten Öffnung 52,
mit der radialen Öffnung 114 in der
Kolbenwand 86, und mit dem L-förmigen
Durchgang 116. Zusätzlich
weist die Kolbenwand 86 einen radialen Schlitz 122 benachbart
zu der Kolbenstirnwand 76 auf, um eine Strömungsverbindung
zwischen der ersten inneren Kammer 110 und der ersten ringförmigen Kammer 118 herzustellen.
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Der
Aktuator 10 ist in 1 dargestellt,
wobei sich der Kolben 30, die Stange 28 und der
Ventilstift 26 jeweils in ihren zurückgezogenen Positionen befinden,
in Bezug auf den äußeren Zylinder 32 und den
Ventilsitz 46. Im Betrieb, um den Ventilstift 26 und
den Kolben 30 dazu zu veranlassen, sich von ihren zurückgezogenen
Positionen weg zu bewegen, wird unter Druck stehendes Fluid durch
die erste Öffnung 50 eingeleitet,
wobei die zweite Öffnung 52 sich in
Strömungsverbindung
mit einem Fluidbehälter
befindet, der unter niedrigerem Druck steht, oder ähnlichem.
Die Einleitung von unter Druck stehendem Fluid an der ersten Öffnung 50 veranlaßt das unter Druck
stehende Fluid dazu, in den axialen Kanal 56 und die Öffnung 37 einzutreten
und durch diese in die am Kopfende befindliche Kammer 36 hindurchzuströmen. Gleichzeitig
strömt
ein Teil des unter Druck stehenden Fluids durch das entgegengesetzte
Ende des Kanals 56 und tritt in die erste ringförmige Kammer 118 ein.
Unter Druck stehendes Fluid strömt
aus der ersten ringförmigen
Kammer 118 durch den radialen Schlitz 122 und
in die erste innere Kammer 110 innerhalb des Kolbens 30.
Als Folge davon befinden sich sowohl die am Kopfende befindliche
Kammer 36 als auch die erste innere Kammer 110 unter
einem erhöhten
Druck, relativ zu der am Stangenende befindlichen Kammer 40,
die durch die Belüftungsöffnung 41 zur
Atmosphäre
hin belüftet
ist, und relativ zu der zweiten inneren Kammer 112, die
in Strömungsverbindung
mit dem Fluidbehälter
bei niedrigerem Druck durch den L-förmigen Durchgang 116, die
radiale Öffnung 114,
die zweite ringförmige
Kammer 120 und die zweite Öffnung 52 steht.
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Die
sich daraus ergebenden Druckunterschiede, die gegen den Kolbenkopf 96 und
gegen die Kolbenstirnwand 76 wirken, veranlassen den Kolben 30 dazu,
sich in Richtung auf die zweite Stirnwand 38 des Zylinders 32 zu
bewegen, was den Ventilstift 26 dazu veranlaßt, sich
relativ zu dem äußeren Zylinder 32 von
ihren relativen Positionen, die in 1 dargestellt
sind, nach außen
in ihre relativen Positionen zu bewegen, die in 4 dargestellt
sind. Während
dieses zeitlichen Intervalls verringert sich das Volumen sowohl
von der am Stangenende befindlichen Kammer 40 als auch
von der zweiten inneren Kammer 112, während sich das Volumen sowohl
von der ersten inneren Kammer 110 als auch von der am Kopfende
befindlichen Kammer 36 vergrößert. Zur gleichen Zeit geht
jegliches innerhalb der zweiten inneren Kammer 112 vorhandenes
Fluid durch den L-förmigen
Durchgang 116 in den Kolbenkopf 96, durch die
radiale Öffnung 114,
in die zweite ringförmige Kammer 120 und
aus der zweiten Öffnung 52,
die sich auf einem niedrigeren Druck als die erste Öffnung 50 befindet.
Die fortgesetzte Aufbringung von einem größeren Fluiddruck an der ersten Öffnung 50 veranlaßt den Kolben 30 dazu,
sich bis zum Ende seines ausfahrenden Hubs zu bewegen, wie in 5 dargestellt
ist, wobei sich an dieser Position die Kolbenstirnwand 76 anstoßend an
die zweite Stirnwand 38 des Zylinders befindet, und wobei
das äußerste Ende
des Ventilstifts 26 gegen den Ventilsitz 46 anliegt,
um einen Strom durch den Einguß 22 zu
blockieren. Um den Widerstand zu vermeiden, der anderenfalls gegen
die Kolbenstirnwand 76 innerhalb der am Stangenende befindlichen
Kammer 40 wirken würde,
wird die innerhalb der Kammer 40 enthaltene Luft durch
die Belüftungsöffnung 41 ausgestoßen.
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Um
das Ventil zu öffnen
und um den Strom des geschmolzenen Kunststoffmaterials in den Formhohlraum 16 zu
ermöglichen,
wird die erste Öffnung 50 von
der Quelle mit unter Druck stehendem Fluid getrennt und wird in
Verbindung mit einem Behälter unter
niedrigerem Druck oder ähnlichem
gebracht. Die zweite Öffnung 52 wird
dann mit der Quelle von unter Druck stehendem Fluid verbunden, und
unter Druck stehendes Fluid tritt durch die zweite Öffnung 52 in
die zweite ringförmige
Kammer 120 ein. Aus der zweiten ringförmigen Kammer 120 strömt dann
unter Druck stehendes Fluid durch die radiale Öffnung 114 in der
Kolbenwand 86 und in die zweite innere Kammer 112 innerhalb
des Kolbens 30, wodurch ein größerer Druck gegen die innere
Oberfläche 124 des Kolbenkopfs 96 aufgebracht
wird und der Kolben 30 und der Ventilstift 26 dazu
veranlaßt
werden, sich in den äußeren Zylinder 32 zurückzuziehen.
Als Ergebnis davon zieht sich der Ventilstift 26 in die
Düse 12 zurück und von
dem Einguß 22 weg,
um zu ermöglichen,
daß das
Formmaterial durch die Düse 12 strömt. Der
reduzierte Luftdruck, der anderenfalls innerhalb der am Stangenende
befindlichen Kammer 40 erzeugt würde, wird dadurch entlastet,
daß die Möglichkeit
besteht, daß Umgebungsluft
durch die Belüftungsöffnung 41 in
die am Stangenende befindliche Kammer 40 eintritt.
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Es
wird somit deutlich, daß ein
Aktuator gemäß der vorliegenden
Erfindung eine größere Ausgangskraft
mit dem gleichen Zylinderdurchmesser erzeugt, so daß die Möglichkeit
besteht, daß ein
solcher Aktuator unter beschränkten
Platzverhältnissen eingesetzt
werden kann, die Zylinder mit größeren Durchmessern
nicht zulassen würden,
wenn größere Betätigungskräfte benötigt würden. Wenn
eine ähnliche
räumliche
Beschränkung
vorhanden wäre,
aber eine größere Betätigungskraft
als die, die bei Verwendung eines einzelnen Kolbens verfügbar wäre, benötigt würde, während nur
eine Quelle mit relativ niedrigem Fluiddruck verfügbar wäre, würde der
Aktuator nach der vorliegenden Erfindung eine vergrößerte Betätigungskraft
bei einem solchen niedrigerem Fluiddruck bereitstellen.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
vorstehende Erläuterung
und die dargestellte Ausführungsform
der Erfindung stehen im Kontext der Benutzung des Aktuators bei
einer Spritzgießmaschine
für Kunststoff
zum Steuern der Strömung
von geschmolzenem Kunststoffmaterial von einer Einspritzeinheit
zu einem Formhohlraum. Insbesondere handelt es sich um einen Aktuator,
der einen mit unter Druck stehendem Fluid betriebenen Zylinder aufweist,
der eine gewünschte
vergrößerte Ausgangskraft
ohne wesentliche Vergrößerung der Abmessungen
des Zylinders des Aktuators bereitstellen kann, so daß ein kompakter
linearer Aktuator zum Betätigen
eines Ventilstifts in einem Absperrschieber einer Spritzgießanordnung
bereitgestellt wird.
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Es
sei allerdings darauf verwiesen, daß die Verwendung eines solchen
Aktuators nicht auf einen derartigen Gieß- bzw. Formvorgang beschränkt ist. Der
Aktuator nach der vorliegenden Erfindung kann in anderen Anwendungen
eingesetzt werden, wie beispielsweise in pneumatisch oder hydraulisch
betriebenen Werkzeugen, wo der Platz beschränkt ist oder wo verfügbare Fluiddrücke niedrig
sind, aber dennoch vergrößerte Betätigungskräfte erforderlich sind.
Für einen
Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist es deutlich, daß unterschiedliche
Veränderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß der Rahmen
der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Es ist daher beabsichtigt,
daß alle
solche Veränderungen
und Modifikationen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen,
durch die beigefügten
Ansprüche
abgedeckt sind.