DE69706167T2

DE69706167T2 - Einspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE69706167T2
Application number: DE69706167T
Authority: DE
Inventors: Takaaki Higashida; Shinji Kadoriku; Tadao Murata; Hiroshi Yutani
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2017-05-10
Also published as: DE69706167D1; EP0906180A1; EP1016512A3; KR20000010680A; US6461142B1; WO1997043106A1; KR100293498B1; EP0906180B1; EP1016512A2

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zum Gießen von Harz.

STAND DER TECHNIK

Es ist eine Einspritzvorrichtung zum Gießen bzw. Formen eines Harzes bekannt, die einen Zylinder mit einer an seinem einen Ende vorgesehenen Einspritzdüse, einen Kolben, der innerhalb des Zylinders in axialer Richtung in eine Position gegenüberliegend zur Einspritzdüse verschiebbar ist, und eine Antriebseinrichtung zum Vorschieben sowie Zurückziehendes Kolbens aufweist, wobei der Zylinder eine Öffnung zum Zuführen eines Form- bzw. Gießmaterials zwischen der Verschiebeposition des Kolbens sowie der Einspritzdüse besitzt und wobei das Formmaterial, welches dem Zylinder zugeführt wird, durch den Vorschub des Kolbens komprimiert bzw. zusammengedrückt wird, so dass das Formmaterial in einen Formhohlraum eingespritzt wird, der mit der Einspritzdüse verbunden ist. Hierbei ist im Falle einer Einspritzvorrichtung des vorplastizierenden Typs eine Schraube zum Schmelzen des Formmaterials außerhalb des Zylinders und im Falle einer Einspritzvorrichtung des Reihentypes innerhalb des Zylinders vorgesehen, wobei bei letzterem Typ die Schraube einstückig mit einem vorderen Ende des Kolbens verbunden ist. Der Kolben einer vorplastizierenden Einspritzvorrichtung kann mit einem Abschnitt größeren Durchmessers versehen sein, der mit einer innen liegenden Umfangswandoberfläche des Zylinders zum Isolieren des inneren und des äußeren Bereichs des Zylinders voneinander in Kontakt steht, und kann einen Abschnitt kleineren Durchmessers an einem vorderen Ende aufweisen.
Die oben erwähnte Einspritzvorrichtung einer bekannten Einspritzgießmaschine zeigt die nachstehend erläuterten Probleme.
Wenn die Formen zum Entnehmen eines Produktes geöffnet werden, wird, da das Formmaterial aus dem vorderen Ende der Einspritzdüse herausgedrängt wird, was einen so genannten Drooling-Zustand hervorruft, wenn ein Druck (Gegendruck) des Formmaterials an der Seite des Kolbenkopfes zu groß ist, wogegen der Wiegevorgang instabil wird, wenn der Gegendruck zu gering ist, ein Rücksaugvorgang für eine weitere Bewegung des Kolbens geringfügig rückwärts aus einer Position des Kolbens, nachdem er durch den Gegendruck zurückgedrückt worden ist, in einen Maße ausgeführt, das ausreicht, um das Drooling zu vermeiden.
Um den Austritt des Spritz- bzw. Formmaterials aus dem Zylinder über einen Freiraum (Spalt) zwischen dem Zylinder und dem Kolben bei dem Zuführen des Formmaterials in den Zylinder, dem Einspritzen des Formmaterials in den Formhohlraum und dgl. zu vermeiden, wird die Länge eines Abschnittes des Kolbens, der sich in Kontakt mit dem Zylinder befindet, länger ausgeführt und der Freiraum zwischen dem Kolben sowie dem Zylinder verringert, d. h. auf ein solch minimales Maß verringert, das ein Verschieben des Kolbens erlaubt.
In dem Zylinder wird ein Rückschlagventil (Ringventil) zwischen einem Fluidhalteabschnitt mit der Einspritzdüse und der Zuführöffnung verwendet, um die geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials bzw. der Formmaterialschmelze, das bzw. die sich in dem Fluidhalteabschnitt befindet, an dem Zurückfließen zu der Zuführöffnung zu hindern. Das Rückschlagventil wird in festem Kontakt mit einem Ventilsitz des Kolbens durch den Gegendruck der geschmolzenen Flüssigkeit des Formmaterials gebracht, wenn die Rückwärtsbewegung des Kolbens nach dem Wiegevorgang unterbrochen wird, so dass die Rückströmung der geschmolzenen Flüssigkeit zu der Zuführöffnung verhindert ist.
Auf der anderen Seite wurde bei einem Versuch, den Rückfluss des Formmaterials aus dem Formhohlraum in einen inneren Bereich des Zylinders zu verhindern, bis ein Druckhalte- und Kompressionsvorgang nach dem Einspritzen des Formmaterials in den Formhohlraum abgeschlossen ist, eine Drucksteuerung durch Aufbringen einer Kraft auf den Kolben in Vorschubrichtung des Kolbens eingesetzt, bis der Druckhalte- und Kompressionsvorgang nach dem Einspritzen des Formmaterials in den Formhohlraum beendet ist, so dass eine Kraft des Formmaterials, das aus dem Formhohlraum in den Zylinder zurückströmt, durch die Kraft, die auf den Kolben ausgeübt wird, ausgeglichen ist.
Eine derartige Einspritzvorrichtung gemäß dem Stand der Technik weist jedoch die nachstehenden Probleme auf.
Während des Rücksaugvorganges wird von außen Luft in den Zylinder durch ein hinteres Ende des Kolbens eingeführt, da der innere Bereich des Zylinders einen verringerten Druck aufweist, und die Luft wird in einem Produkt als ein Hohlraum (Blase) eingeschlossen, was eine Beeinträchtigung des Produkts zur Folge hat. Obwohl P&sub2; > P&sub0; zum Zeitpunkt des Wiegens des Formmaterials ist, P&sub2; < P&sub0; nach der Beendigung des Wiegevorganges ist, bei dem ein Druck des Formmaterials von dem Kolbenkopf auf eine Führung P&sub1; beträgt, ein Druck des Formmaterials (Gegendruck) auf der Seite eines vorderen Endes des Kolbenkopfes P&sub2; ist und ein Druck außerhalb des Zylinders P&sub0; ist (atmosphärischer Druck), wird das Einschließen der Luft von außerhalb des Zylinders bei P&sub1; < P&sub0; infolge des unzureichenden Schließens des Rückschlagventils verursacht.
Sogar wenn der Freiraum zwischen dem Kolben und dem Zylinder verringert wird, haftet Gießmaterial an den Wandoberflächen des Kolbens und des Zylinders in der Schiebe- bzw. Bewegungszone des Kolbens an, und es ist unvermeidbar, dass das Formmaterial zwischen den Kolben und den Zylinder gelangt. Sobald das Formmaterial zwischen den Kolben und den Zylinder gelangt, fließt es kaum noch zwischen diesen beiden Teilen, da der Freiraum sehr eng ist, und das Formmaterial bleibt in dem Freiraum gefangen. Das darin gefangene Formmaterial verschlechtert sich in seiner Qualität und verkokt infolge der Reibungswärme, die durch die Gleitbewegung des Kolbens hervorgerufen wird. Anschließend gelangt das Carbid in das Formmaterial in dem Zylinder und verunreinigt ein Formprodukt, was ein fehlerhaftes Produkt hervorruft.
Obwohl, wie in Fig. 8A gezeigt ist, eine geschmolzene Flüssigkeit des Form- bzw. Gießmaterials bei einer vorplastizierenden Einspritzvorrichtung, die einen Kolben 2 mit einem Abschnitt 21 größeren. Durchmessers, der mit einer innen liegenden Umfangswandoberfläche eines Zylinders 1 zum Isolieren innerer und äußerer Bereiche des Zylinders voneinander in Kontakt steht, und einen Abschnitt 22 kleineren Durchmessers an einem vorderen Ende hiervon aufweist, von einer Öffnung 12 zum Zuführen des Formmaterials in den Zylinder 1 in Richtung einer Einspritzdüse (untere Seite der Figur, nicht gezeigt) durch eine gestufte Oberfläche 23 in einem Grenzbereich zwischen dem Abschnitt 21 größeren Durchmessers und dem Abschnitt 22 kleineren Durchmessers geführt wird, erfolgt, eine Aufteilung eines Teils der geschmolzenen Flüssigkeit des Formmaterials, welches von der Formmaterial-Zuführöffnung 12 zugeführt wird, in zwei Ströme, die links und rechts über den Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser des Kolbens 2 strömen, wie in Fig. 8B gezeigt, die an einer Stelle, welche, bezogen auf die Zuführöffnung 12, an der Rückseite liegt, aufeinander treffen und die einen stillstehenden Bereich 9 in dieser Position hervorrufen. Das Formmaterial in dem stillstehenden Bereich 9 verschlechtert sich in seiner Qualität und verkokt infolge der Wärme, wobei das Carbid von der Wandoberfläche des Abschnitts 22 mit kleinerem Durchmesser entfernt wird und ein Produkt verunreinigt, was zu einem fehlerhaften Produkt führt.
Da das Rückschlagventil nicht in ausreichend dichtem Kontakt mit dem Ventilsitz des Kolbens gebracht wird, d. h. nicht vollständig geschlossen ist, sogar wenn die Rückwärtsbewegung des Kolbens nach der Beendigung des Wiegevorgangs unterbrochen wird, und nur vollständig geschlossen ist, nachdem der Einspritzvorgang beendet worden ist, strömt eine signifikante sowie instabile Menge der geschmolzenen Flüssigkeit des Formmaterials zurück, bevor das Ventil vollständig geschlossen ist, so dass im Ergebnis eine voreingestellte Menge des Formmaterials, welche zuzuführen ist, und eine tatsächliche Menge des Formmaterials, welche zugeführt worden ist, nicht einander gleicht, sich die tatsächliche Menge, die zugeführt worden ist, verändert und es daher schwierig ist, eine konstante bzw. feste Menge des in den Formhohlraum zu zuführenden Formmaterials sicherzustellen.
Bei der Drucksteuerung, die vorstehend beschrieben worden ist, wird, obwohl die Position des Kolbens in dem Zylinder stabil sein sollte, da der Druck des Formmaterials in dem Formhohlraum während des Druckhalte- und Kompressionsschrittes und die Kraft, die auf den Kolben in Kolbenvorschubrichtung aufgebracht wird, sich miteinander im Gleichgewicht befinden, die Position des Kolbens verändert, da sich das Gleichgewicht zwischen diesen Kräften tatsächlich in geringfügiger Weise ändert, so dass es ebenfalls schwierig ist, die Kräfte in einem genau ausbalancierten Zustand konsistent aufrechtzuerhalten, um einen konstanten Haltedruck bereitzustellen. Demzufolge wird das Formmaterial während des Druckhalte- und Kompressionsschrittes in den Formhohlraum hinein- und aus dem Formhohlraum herausgedrückt und es ist schwierig, eine konstante Menge des Formmaterials, welches dem Hohlraum zuzuführen ist, sicherzustellen.
Die Japanische Patentanmeldung JP-A-06166072 betrifft einen Einspritzmechanismus einer Spritzgießmaschine des Vorziehtyps. Diese Maschine beinhaltet einen Reserveabschnitt für das geschmolzene Harz, welcher in Einspritzrichtung von einer Gleitoberfläche zwischen einem Kolben und einem Einspritzzylinder vorgesehen ist. Die einem Plastifizierungszylinder gegenüberliegende Oberfläche besitzt einen dreieckförmigen Vorsprung, durch den ein Ruheraum verringert werden kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Einspritzvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Nachteile bei einem Gießen bzw. Formen infolge des Einschlusses von Carbiden und Hohlräumen sowie Schwierigkeiten in der Sicherstellung einer konstanten Menge des Formmaterials, welches dem Formhohlraum zu zuführen ist, zu beseitigen.
Zur Lösung dieser sowie weiterer Aufgaben wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einer Einspritzvorrichtung vorgesehen, die enthält:
einen Zylinder mit einer Einspritzdüse an dessen Ende,
einen Kolben, der innerhalb des Zylinders in axialer Richtung in eine Position verschiebbar ist, die der Einspritzdüse gegenüberliegt,
und eine Antriebseinrichtung zum Vorschieben und Zurückziehen des Kolbens, wobei der Zylinder eine zum Zuführen eines Formmaterials dienende Öffnung zwischen einer Verschiebeposition des Kolbens und der Einspritzdüse aufweist, wobei das Formmaterial, das dem Zylinder zugeführt worden ist, durch die Vorschubbewegung des Kolbens zusammengedrückt wird, so dass das Formmaterial in einen Hohlraum der Formen eingespritzt wird, welche mit der Einspritzdüse verbunden sind, und wobei der Kolben eine Nut aufweist, welche sich um seine Außenumfangs-Wandoberfläche in Umfangsrichtung erstreckt.
Insoweit kann die Einspritzvorrichtung sowohl des vorplastizierenden Typs als auch des Reihentyps sein.
Ist PX ein Druck in einem innen liegenden Bereich X des Zylinders, PZ ein Druck in einem außen liegenden Bereich Z des Zylinders und PY ein Druck in einem Bereich Y des Kolbens kann die Luft in dem außen liegenden Bereich des Zylinders nicht in den innen liegenden Bereich des Zylinders hereingezogen werden, wenn der innen liegende Bereich des Zylinders einen positiven Druck (+PX) aufweist, da ein Druckgradient, der durch eine ausgezogene Linie in Fig. 6 gezeigt ist, d. h. ein Gradient eines position Drucks (+PY) in dem Bereich Y des Kolbens zwischen dem innen und dem außen liegenden Bereich des Zylinders vorhanden ist. Jedoch wird Luft von dem außen liegenden Bereich des Zylinders in den innen liegenden Bereich des Zylinders gezogen, falls keine Nut in der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbens vorhanden ist, wenn der innen liegenden Bereich des Zylinders einen negativen Druck (-PX) aufweist, da ein Druckgradient, der durch eine unterbrochene Linie in Fig. 6 gezeigt ist, d. h. ein Gradient eines negativen Druckes (-PY) in dem Bereich des Kolbens zwischen dem innen und demaußen liegenden Bereich des Zylinders vorhanden ist. Demgegenüber kann in dem Fall, dass eine Nut in der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbens vorhanden ist, wie es durch eine aufeinander folgend lange und kurze Linienabschnitte enthaltende Linien in Fig. 6 gezeigt ist, ein positiver Druck (+PY) vorübergehend in einem Bereich der Nut aufrechterhalten werden und die Luft daran gehindert werden, in den innen liegenden Bereich des Zylinders gezogen zu werden.
Obwohl eine solche Nut vorgesehen sein kann, ist es bevorzugt, mehrere derartige Nuten vorzusehen, um die Wirkung, dass das Hereinziehen von Luft von der Außenseite des Zylinders vermieden wird, zu steigern. Obwohl die Nut jede Querschnittsform aufweisen kann, wird bevorzugt, dass sie runde Ecken in ihrem unteren Teil aufweist, um das Zurückbleiben eines Formmaterials in dem unteren Teil zu vermeiden.
Die Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie gemäß dem vorplastizierenden Typ aufgebaut ist, dass der Kolben einen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser in einem vorderen Bereich und einen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser in einem hinteren Bereich aufweist, dass eine Außenumfangs-Wandoberfläche des Abschnittes mit dem größeren Durchmesser mit einer Innenumfangs-Wandoberfläche des Zylinders zum Isolieren des inneren und des äußeren Bereichs des Zylinders voneinander in Kontakt steht, so dass ein Formmaterial in Richtung der Einspritzdüse durch eine gestufte Oberfläche zwischen dem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser und dem Abschnitt mit größerem Durchmesser geführt wird, und dass in dem Fall, dass eine Nut in dem Kolben vorgesehen ist, ein Freiraum zwischen der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbenabschnittes mit größerem Durchmesser und der Innenumfangs-Wandoberfläche des Zylinders durch die nachstehend angegebene Gleichung 1 definiert ist, wobei η die Viskosität des Formmaterials, P der Gegendruck (kgf/cm²) während des Wiegevorgangs, Q die Menge (cm³/s) des zuzuführenden Formmaterials, R ein Innenradius des Zylinders, r&sub1; ein Außenradius des Abschnitts mit kleinerem Durchmesser, r&sub2; ein Außenradius des Teils des Abschnittes mit größerem Durchmesser vor der Nut, r&sub3; ein Außenradius einer unteren Fläche der Nut, r&sub4; ein Außenradius des Teils des Abschnittes mit größerem Durchmesser nach der Nut, I&sub1; eine axiale Länge des Abschnittes mit kleinerem Durchmesser, 12 die axiale Länge des Teils des Abschnittes mit dem größeren Durchmesser vor der Nut, 13 die axiale Länge (Breite) der Nut, I&sub4; die axiale Länge des Teils des Abschnittes mit dem größeren Durchmesser nach der Nut und k das Verhältnis des Strömungsgeschwindigkeit in Aufwärtsrichtung des Kolbens von der Zuführöffnung des Formmaterials in den Zylinder zu der Gesamtmenge des zugeführten Formmaterials ist.
πP/2ηQ + {(1 - k)I&sub1;/[(R&sup4; - r&sub1;&sup4;) - (R² - r&sub1;²)/(InR - Inr&sub1;)]} = kI&sub2;/[(R&sup4; - r&sub2;&sup4;) - (R² - r&sub2;²)/(InR - Inr&sub2;)] + kI&sub3;/[(R&sup4; - r&sub3;&sup4;) - (R² - r&sub3;²)/(InR - Inr&sub3;)] + kI&sub4;/[R&sup4; - r&sub4;&sup4;) - (R² - r&sub4;²)/(hR - Inr&sub4;)] [Gleichung 1]
Durch Bereitstellen des Abschnitts mit kleinerem Durchmesser und des Abschnitts mit größerem Durchmesser an dem Kolben und durch Führen des Formmaterials in Richtung der Einspritzdüse durch eine gestufte Oberfläche in dem Grenzbereich bzw. Übergang zwischen diesen Abschnitten wird die Rückströmung einer geschmolzenen Flüssigkeit des Formmaterials verringert. Um den Führungsvorgang gleichmäßig auszuführen, ist es bevorzugt, dass die Formmaterial-Zuführöffnung teilweise durch den Abschnitt mit größerem Durchmesser überdeckt wird, wenn das Formmaterial aus der Formmaterial- Zuführöffnung zugeführt wird.
Durch Definieren des Freiraums zwischen der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbenabschnittes mit größerem Durchmesser und der Innenumfangs-Wandoberfläche des Zylinders, wie dies vorstehend erläutert worden ist, kann die geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials im Vergleich zum Stand der Technik einfach in den Freiraum strömen und die Wandoberflächen werden durch das Formmaterial gewaschen, so dass ein Anhaften des Formmaterials verringert wird. Eine Verschlechterung sowie eine Carbonisierung des Formmaterials kann hierdurch verhindert werden.
Obwohl die Länge des Kolbenabschnitts mit größerem Durchmesser verkürzt werden sollte und der Freiraum im Hinblick auf das Verhindern einer Stockung bzw. eines Stillstandes des Formmaterials zunehmen sollte, sollte die Länge des Kolbenabschnittes mit größerem Durchmesser länger und der Freiraum im Hinblick auf das Verhindern des Einschließens von Luft aus dem Außenbereich des Zylinders im Innenbereich des Zylinders verringert werden, so dass die Parameter in unmittelbarer Relation zueinander stehen. Die Erfinder haben als Ergebnis ihrer Studien herausgefunden, dass die vorstehende Gleichung 1 zum Bestimmen eines optimalen Werts des Freiraumes dient.
Die Gleichung 1 könnte aus den nachstehend angegebenen Gleichungen abgeleitet werden. D. h., dass sich die folgende Gleichung 2 ergibt, wenn die Druckverluste in den Teilen A, B, C und D in dem Schiebebereich des Kolbens 2 innerhalb des Zylinders 1 PA, PB, PC und 1% sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
dPA/dx = (2ηQ&sub1;/π){1/[R&sup4; - r&sub1;&sup4;) - (R² - r&sub1;²)/(InR - Inr&sub1;)]}
dPB/dx = (2ηQ&sub2;/π){1/[(R&sup4; - r&sub2;&sup4;) - (R² - r&sub2;²)/(InR - Inr&sub2;)]}
dPC/dx = (2ηQ&sub2;/π){1/[(R&sup4; - r&sub3;&sup4;) - (R² - r&sub3;²)/(InR - Inr&sub3;)]}
dPD/dx = (2ηQ&sub2;/π){1/[(R&sup4; - r&sub4;&sup4;) - (R² - r&sub4;²)/(InR - Inr&sub4;)]} [Gleichung 2]
Daher wird die Gleichung 3 gebildet:
PA = (2ηQ&sub1;/π){1/[R&sup4; - r&sub1;&sup4;) - (R² - r&sub1;²)/(InR - Inr&sub1;)]}
PB = (2ηQ&sub2;/π){1/[(R&sup4; - r&sub2;&sup4;) - (R² - r&sub2;²)/(InR - Inr&sub2;)]}
PC = (2ηQ&sub2;/π){1/[(R&sup4; - r&sub3;&sup4;) - (R² - r&sub3;²)/(InR - Inr&sub3;)]}
PD = (2ηQ&sub2;/π){1/[(R&sup4; - r&sub4;&sup4;) - (R² - r&sub4;²)/(InR - Inr&sub4;)]} [Gleichung 3]
Da hierbei Q = Q1 + Q2, P + PA = PB + PC + PD und Q&sub1; = (1 - k)Q ist wenn Q&sub2; = kQ ist, ergibt sich die nachstehend angegebene Gleichung 4:
P + (2η(1 - k)QI&sub1;/π{(R&sup4; - r&sub1;&sup4;) - (R² - r&sub1;²)/(InR - Inr&sub1;)]} = (2ηkQI&sub2;)/π{(R&sup4; - r&sub2;&sup4;) - (R² - r&sub2;²)/(InR - Inr&sub2;)} + (2ηkQI&sub3;)/π{(R&sup4; - r&sub3;&sup4;) - (R² - r&sub3;²)/(InR - Inr&sub3;)} + (2ηkQI&sub4;)/π{(R&sup4; - r&sub4;&sup4;) - (R² - r&sub4;²)/(InR - Inr&sub4;)} [Gleichung 4]
Auf diese Weise wird die vorstehend erwähnte Gleichung 1 abgeleitet.
Eine Einspritzvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie nach dem vorplastizierenden Typ aufgebaut ist und dass ein Führungselement in dem Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser des Kolbens in einer rückwärtigen Position, bezogen auf die Zuführöffnung, vorgesehen ist, so dass zwei Ströme aus geschmolzener Flüssigkeit des Formmaterials, die um den Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser strömen, um die rückseitige bzw. rückwärtige Position zu erreichen, in Richtung Einspritzdüse geführt werden. Weiterhin weist das Führungselement vorzugsweise ein Paar schräg verlaufende Führungsoberflächen mit annähernd dem gleichen Neigungswinkel gegenüber der axialen Richtung des Kolbens auf oder das Führungselement ist vorzugsweise ein im Wesentlichen gleichschenkliges Dreieck an einem vorstehenden Ende seines Scheitelpunktes, obwohl es insbesondere nicht auf eine derartige Form beschränkt ist. In einem solchen Fall können die beiden einander gegenüberliegenden schräg verlaufenden Linien des Dreiecks für eine gleichmäßigere liegenden schräg verlaufenden Linien des Dreiecks für eine gleichmäßigere Strömung der geschmolzenen Flüssigkeit gekrümmt sein.
Obwohl es für den Vorsprung des Führungselementes nur erforderlich ist, dass er in Vorschubrichtung des Kolbens konvex ausgestaltet ist, so dass er mit der Strömungsrichtung des Formmaterials übereinstimmt, um den Stillstand des Formmaterials dort zu verhindern, und er daher in der Form einer Aufteilungs- bzw. Trennplatte ausgebildet sein kann, da der Stillstandsbereich des Formmaterials im Wesentlichen dreiecksförmig ist, und eine Beziehung von xy = c (wobei x die Basis der zu einem Dreieck ähnlichen Form des Formmaterial-Stillstandsbereiches (ein Teil der unteren Kolbenoberfläche) sowie y die Höhe zu der dem Dreieck ähnlichen Form ist und c von der Viskosität des Formmaterials und dgl. abhängt) gegeben ist, ist er vorzugsweise in dieser Dreiecksform ausgebildet und weiter vorzugsweise weist er eine solche Form auf, dass die Gleichung erfüllt ist. Es ist weiterhin bevorzugt, dass sich der konvexe Abschnitt in seiner Dicke in Richtung der Spitze progressiv verringert und keine Dicke an der Spitze aufweist.
Die rückwärtige bzw. rückseitige Position des Abschnittes mit kleinerem Durchmesser ist vorzugsweise in einer solchen Stellung angeordnet, dass er die obere Hälfte der Formmaterial-Zuführöffnung im Hinblick auf das Verhindern einer Rückströmung und eines Stillstandes sowie im Hinblick auf die Erleichterung der Strömung des Formmaterials in die Kopfrichtung des Kolbens einnimmt, obwohl er hierauf nicht besonders beschränkt ist.
Um eine konstante Menge des Formmaterials, das einem Formhohlraum zu zuführen ist, sicherzustellen, ist eine Einspritzvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil zwischen einem Fluidhalteteil mit der Einspritzdüse und der Zuführöffnung vorgesehen ist, um geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials, welche sich in dem Fluidhalteteil befindet, daran zu hindern, zu der Zuführöffnung zurückzuströmen, wobei das Rückschlagventil mittels einer Feder gegen einen in dem Kolben vorgesehenen Ventilsitz gedrängt wird, wobei die Feder in einem Verbindungsschaft vorgesehen ist, welcher sich von dem Kolben in Vorwärtsrichtung erstreckt. Insoweit kann die Einspritzvorrichtung entweder nach dem vorplastifizierenden Typ oder nach dem Reihentyp aufgebaut sein.
Obwohl das Material der Feder auf kein besonderes Material beschränkt ist, kann die Feder beispielsweise eine Metallfeder und dgl. sein und es kann eine Schraubenfeder und dgl. als ein Beispiel ohne Beschränkung auf eine spezifische Form eingesetzt werden. Hinsichtlich der Zahl der Federn ist zumindest eine Feder erforderlich.
Schließlich ist eine Einspritzvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung weiterhin mit einem Steuermittel versehen ist, welches einen Positionsdetektor zum Erfassen einer Position des Kolbens innerhalb des Zylinders besitzt, um den Betrieb der Antriebseinrichtung entsprechend einem Erfassungssignal zum Fixieren der Position des Kolbens in einer Position am Ende des Einspritzens zu steuern. Insoweit kann die Einspritzvorrichtung sowohl von dem vorplastifizierenden Typ als auch vom Reihentyp sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

Diese sowie andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren deutlicher zu Tage treten. Hierbei ist:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht, die die Gesamtanordnung einer Einspritzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine Vorplastifizierungseinrichtung und Formen wiedergibt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die einen in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendbaren Kolben wiedergibt;
Fig. 3 eine Rückansicht, die die Form des Kolbens zeigt;
Fig. 4 eine Seitenansicht, die die Form und die Abmessungen des Kolbens wiedergibt;
Fig. 5A, 5B, 5C erläuternde Ansichten zum Erklären der Anordnung eines Rückschlagventils bei dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 ein Graph zum Erläutern des Einschließens von Luft in dem Zylinder und eine Lösung hierfür;
Fig. 7 eine Schnittansicht, die eine Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wiedergibt mit einer linken Hälfte des Kolbens, welche seine äußere Erscheinung zeigt, und einer rechten Hälfte des Kolbens, welche seine Schnittansicht zeigt;
Fig. 8 A, 8B erläuternde Ansichten zum Erklären des Bildens eines Stillstandsbereiches in einer rückwärtigen Position eines Kolbenabschnittes mit kleinerem Durchmesser.

BESTE VORGEHENSWEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Bevor mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, ist zu bemerken, dass gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen in sämtlichen beigefügten Zeichnungsfiguren gekennzeichnet sind.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es ist jedoch zu bemerken, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele, die nachstehend erläutert werden, beschränkt ist und dass nicht davon ausgegangen wird, dass die Materialien, Formen und anderen Zuständen der Bauteile, die in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben werden, den Umfang der Erfindung einschränken, soweit nicht eine einschränkende Beschreibung erfolgt, und sie nur zu illustrativen Zwecken gezeigt sind.
Fig. 1 bis 5 zeigen eine Einspritzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Einspritzvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist für eine Spritzgießmaschine des Schrauben-Vor-Kolbentyps (screw-pre-plunger-Typ) vorgesehen.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Gesamtanordnung einer Einspritzvorrichtung 100, einer Vorplastifiziereinrichtung 200 zum Zuführen eines plastifizierten Formmaterials zu der Einspritzvorrichtung 100 und Formen 300 zur Aufnahme des plastifizierten Formmaterials, welches aus der Einspritzvorrichtung 100 eingespritzt wird, wiedergibt.
Die Einspritzvorrichtung 100 enthält einen Zylinder 1 mit einer Einspritzdüse 11 an seinem Ende, einen Kolben 2, der innerhalb des Zylinders in axialer Richtung in eine Positi- Ein Führungselement 24 weist vorzugsweise zumindest ein Paar schräg verlaufende Führungsoberflächen 24a, 24b mit annähernd dem gleichen Neigungswinke gegenüber einer axialen Richtung des Kolbens 2 auf, um zwei Ströme an geschmolzener Flüssigkeit des Formmaterials, die um den Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser strömen und die rückwärtige Position erreichen, in Richtung der Einspritzdüse gut ausgeglichen zu führen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Führungselement 24 im Wesentlichen gleichwinklig trapezförmig mit dem Paar geneigter Führungsoberflächen 24a, 24b ausgebildet ist. Es ist bevorzugt, dass das Führungselement 24 ein im Wesentlichen gleichseitiges Dreieck mit einem vorspringenden Ende einer Spitze, die zu der Einspritzdüse ausgerichtet ist, bildet, um den Stillstand der geschmolzenen Flüssigkeit des Formmaterials zuverlässiger zu verhindern. Weiterhin ist bevorzugt, dass das Führungselement 24 als gleichseitiges Dreieck ausgebildet ist, um die geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials effektiver zu führen.
Der Kolben 2 besitzt einen Abschnitt 21 mit größerem Durchmesser sowie einen Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser, die einstückig in einem vorderen Ende des Kolbens ausgebildet sind, wie es in einer der Fig. 2 bis 4 gezeigt ist. Der Kolben ist darüber hinaus in dem Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser mit einem Führungselement 24 von im Wesentlichen Dreiecksform in einer rückwärtigen Position, bezogen auf die Formmaterial-Zuführöffnung 12, ausgebildet.
In einer Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbenabschnitts 21 mit größerem Durchmesser ist eine Nut 211 zum Verhindern des Einschließens von Luft von der Außenseite des Zylinders vorgesehen. Um den Stillstand des Formmaterials in dem konkaven Bereich der Nut 211 zu verhindern, sind die unteren Ecken der Nut 211 gerundet, wie es in den Figuren wiedergegeben ist.
In diesem Fall ist ein Freiraum zwischen der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbenabschnitts 21 mit größerem Durchmesser und einer Innenumfangs-Wandoberfläche des Zylinders 1 so gestaltet, dass sie einen optimalen Wert mit Bezug auf die axiale Länge des Kolbenabschnittes 21 mit größerem Durchmesser gemäß der Gleichung 1 besitzt.
Fig. 7 zeigt eine Modifikation des Ausführungsbeispiels, bei dem das Formmaterial, das in die Nut 211 eintritt und aus der Nut 211 austritt, durch ein Schneidelement 250 geschnitten werden kann, um das überschüssige Formmaterial aus dem Innenraum des Zylinders 1 zu entfernen und zuverlässig den Stillstand des Formmaterials in dem konkaven Bereich der Nut 211 zu verhindern.
In Fig. 7 gelangt das Formmaterial in die Nut 211 des Kolbenabschnitts 21 mit größerem Durchmesser und anschließend strömt das Formmaterial 499 in der Nut 211 infolge der gerundeten unteren Ecken der Nut 211 und der Bewegung des Kolbens 2 aus der Nut 211 heraus und strömt in einen Freiraum zwischen dem oberen Teil des Abschnittes 21 mit dem größeren Durchmesser sowie dem Zylinder 1. Daraufhin kann das Formmaterial in dem Freiraum durch die Wärme verkoken und zu Carbid bzw. Kohlenstoff werden. Das Carbid bewegt sich in Übereinstimmung mit den Bewegungen des Kolbens 2 nach oben sowie unten und gelangt schließlich von der Innenseite des obersten Teiles des Zylinders heraus. Das zylindrische Schneidelement 250 ist an dem obersten Teil des Zylinders 1 angeordnet, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Das Schneidelement 250 besitzt einen Körper 250c, dessen Innenumfangs-Oberfläche auf der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbens 2 gleitet, und besitzt an seinem unteren Ende eine Schneidklinge 250a zum Schneiden der Carbide 500 um den Kolben 2 und weist darüber hinaus Ausnehmungen 250b, die getrennt voneinander in gleichen Abständen angeordnet sind, auf, um die Carbide 500 aufzuteilen, während die Carbide 500 geschnitten werden. Der Kolben 2 gleitet nach oben und unten an der Innenseite des Schneidelements 250, das an dem Zylinder 1 angebracht ist, wobei die zylindrischen Carbide 500, die sich aus der Nut 211 nach oben bewegen, durch die Schneidklinge 250a geschnitten und in viele kleine Bestandteile infolge der Ausnehmungen 250b aufgeteilt werden. Die Carbide 500 werden in einen Kohlenstoff- bzw. Carbidaufnahmeraum 100 aufgenommen, der in dem Zylinder 1 vorgesehen ist. Druckluft wird in den Raum 100 von einer Lufteinblasöffnung 101 eingeblasen, um die Carbide 500 zusammen mit der Luft durch eine Austragsöffnung 102 auszutragen. Wenn die Luft durch die Austragsöffnung 102 gesaugt wird, können die Carbide 500 gleichmäßiger aus dem Raum 100 durch die Öffnung ausgetragen werden. Es ist bevorzugt, dass die axiale Richtung der Lufteinblasöffnung 101 nicht in der axialen Richtung der Austragsöffnung 102 angeordnet ist, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, um die Luft daran zu hindern, im Wesentlichen geradlinig ausgetragen zu werden und um turbulente Strömungen in dem Raum 100 hervorzurufen, wodurch so die Carbide 500 wirksamer aus dem Raum 100 ausgetragen werden. Die Schneidklinge 250a kann eine gekrümmte Oberfläche zum Führen der geschnittenen Carbide 500 in der Weise aufweisen, dass die Carbide 500 von der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbens 2 getrennt werden. Die Schneidklinge 250a kann keine Ausnehmung aufweisen.
Die Antriebseinrichtung 3 enthält einen Schiebeführungsschaft 31, der sich von einem hinteren Ende des Zylinders 1 aus erstreckt, einen Servomotor 33, der an einer Halterung 32 an dem anderen Ende des Schiebeführungsschaftes 31 angebracht ist, einen Schraubenschaft 34, der mit einem Ende des Servomotors 33 für einen Drehantrieb verbunden ist, sowie ein Transmission- bzw. Übertragungselement 35, welches mit dem Schraubenschaft 34 in Eingriff steht und welches entlang des Schiebeführungsschaftes 31 entsprechend einer Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Schraubenschaftes 34 vorgeschoben und zurückgezogen wird. Das Übertragungselement 35 ist mit einem vorderen Ende des Kolbens 2 verbunden und überträgt die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Kolbens 2, um den Kolben 2 vorzuschieben und zurückzuziehen.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Rückschlagventil 4 zwischen einem Fluidhalteteil 13 und der Zuführöffnung 12 an einer Stelle vor der Einspritzdüse 11 innerhalb des Zylinders 1 eingesetzt, um eine geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials, welches in dem Fluidhalteteil 13 gehalten wird, daran zu hindern, in die Zuführöffnung 12 zurückzufließen. Das Rückschlagventil 4 ist zylindrisch ausgebildet, wie es in Fig. 5C gezeigt ist, und ist, wie es in Fig. 5A gezeigt ist, durch einen Verbindungsschaft 25, welcher sich von dem Kolbenabschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser in Richtung der Einspritzdüse 11 (vgl. Fig. 1) für eine Schiebebewegung innerhalb des Zylinders 1 in vertikale Richtung der Figur erstreckt, hindurchgeführt. An einem vorderen Ende des Kolbenabschnittes 22 mit kleinerem Durchmesser ist ein Ventilsitz 221, der mit der sich verjüngenden Form eines Ventilelements 41 des Rückschlagventils 4 übereinstimmt, vorgesehen.
Eine Feder 27 wird in einen pfeilförmigen Kopf 26 eingesetzt, der an dem vorderen Ende des Verbindungsschaftes 25 vorgesehen ist, und das Ventilelement 41 des Rückschlagventils 4 wird gleichförmig gegen den Ventilsitz 221 in dem Kolbenabschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser mittels der Feder 27 gedrängt, wie es in Fig. 5B gezeigt ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält die Antriebseinrichtung 3 eine Codiereinrichtung 51, die mit dem Servomotor 33 zusammenwirkt, um den Drehwinkel des Servomotors 33 zu erfassen. Die Codiereinrichtung 51 bestimmt die Position des Kolbens 2 innerhalb des Zylinders aus dem erfassten Drehwinkel. Die Antriebseinrichtung 3 enthält Steuermittel 5 zum Steuern des Betriebes der Antriebseinrichtung 3 und die Steuermittel 5 empfangen ein Erfassungssignal aus der Codiereinrichtung 51 zum Steuern des Betriebes des Servomotors 33 der Antriebseinrichtung 3.
Die Vorplastifiziereinrichtung 200 enthält, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, einen Trichter 201 sowie eine Schraubeneinheit 202 und führt Formmaterial, das in der Schraubeneinheit 201 plastifiziert worden ist, durch die Zuführöffnung 12 des Zylinders 1 in den Zylinder 1 ein. Nachdem die geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials in den Zylinder 1 eingeführt worden ist, wird sie in Richtung der Einspritzdüse 11 durch eine gestufte Oberfläche 23 in einem Übergangsbereich zwischen dem Kolbenabschnitt 21 mit größerem Durchmesser und dem Kolbenabschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser geführt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wobei ein Teil des Formmaterials in zwei Ströme aufgeteilt wird, die um den Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser strömen und eine rückwärtige Position, bezogen auf die Zuführöffnung 12, erreichen, wie es in Fig. 8B gezeigt ist, und anschließend entlang der Kontur des Führungselementes 24 in Richtung der Einspritzdüse 11 strömen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, um dadurch keinen Stillstandsbereich in der rückwärtigen Position zu bilden.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, tritt das Formmaterial kaum über den Freiraum zwischen der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbenabschnitts 21 mit größerem Durchmesser und der Innenumfangs-Wandoberfläche des Zylinders 1 aus dem Zylinder aus, wenn das Formmaterial dem Zylinder 1 zugeführt wird, da dem Kolbenabschnitt 21 mit größerem Durchmesser ermöglicht wird, annähernd eine Hälfte der Formmaterial-Zuführöffnung 12 zu verschließen, und das Formmaterial neigt dazu, ohne weiteres in Richtung der Einspritzdüse 11 geführt zu werden.
Das Formmaterial innerhalb des Zylinders 1 wird in Richtung des Fluidhalteteils 13 vor dem Kolbenkopf 26 für den Wiegeschritt geführt. Obwohl das Formmaterial, das dem Fluidhalteteil 13 zugeführt worden ist, auf die Vorwärtsbewegung reagiert und daher den Kolben 2 veranlasst, geringfügig während des Wiegeschrittes zurückgezogen zu werden, sobald eine voreingestellte Menge (ein Schuss) des Formmaterials das Fluidhalteteil 13 erreicht, wird der Kolben 2 nicht länger zurückgezogen und der Wiegeschritt kann vollständig abgeschlossen werden. Der Kolben 2 wird für den Komprimierungsschritt des Formmaterials, das in den Zylinder 1 eingeführt worden ist, vorgeschoben. Die voreingestellte Menge der geschmolzenen Flüssigkeit des Formmaterials, welche in dem Fluidhalteteil 13 innerhalb des Zylinders 1 gehalten wird, hält einen positiven Druck durch den Kompressionsschritt aufrecht und wird infolge des positiven Druckes in einen Hohlraum 301 der Formen 300 eingespritzt, der mit der Einspritzdüse 11 verbunden ist. Das Formmaterial, welches in den Formhohlraum 301 mit hoher Geschwindigkeit unter einem hohen Druck eingespritzt wird, wird auf dem Einspritzdruck durch den Kolben 2 gehalten, bis es fest geworden ist.
Das Rückschlagventil 4 schließt einen Kanal des Formmaterials, wie es in Fig. 5B gezeigt ist, wenn das Ventilelement 41 des Rückschlagventils 4 gegen den Ventilsitz 221 in dem Kolbenabschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser während des Einspritzens, nach dem Einspritzen und während des Druckhalteschrittes gepresst wird. Der Kanal wird geöffnet, wie es in Fig. 5A gezeigt ist, zu Beginn des Wiegevorganges, während des Wiegevorganges und wenn das Formmaterial zugeführt wird, da der Zuführdruck des Formmaterials die Federkraft übersteigt. Obwohl das Ventil dazu neigt, geöffnet zu sein, und die Feder 27 nicht vorhanden ist, wenn es einem negativen Druck während eines Rücksaugvorganges ausgesetzt ist, da das Rückschlagventil 4 kontinuierlich durch die Feder 27 in der Einspritzvorrichtung beaufschlagt ist, ist es nicht geöffnet und schließt den Kanal des Formmaterials ab, sogar wenn es einem negativen Druck ausgesetzt ist. Auf diese Weise kann die Rückströmung des Formmaterials verhindert werden und eine bestimmte Menge des Formmaterials kann dem Formhohlraum 301 zugeführt werden.
Das Formmaterial neigt dazu, in den Zylinder von einer Innenseite des Formhohlraums 301 nach dem Einspritzen in den Formhohlraum 301 zurückzuströmen, bis der Druckhalte- und Kompressionsvorgang beendet sind. Anschließend erfasst das Steuermittel 5 der Antriebseinrichtung 3 die Position des Kolbens 2 innerhalb des Zylinders 1 mittels der Codiereinrichtung 51 und steuert die Drehung des Servomotors 33 gemäß dem Erfassungssignal, so dass die Position des Kolbens 2 in einer geeigneten Position am Ende des Einspritzschrittes fixiert ist. Die Positionssteuerung ermöglicht eine zuverlässige Regulierung einer Einspritzkapazität im Vergleich mit der bekannten Drucksteuerung.
Wenn die Erfindung wie vorstehend aufgebaut ist, lassen sich die folgenden Vorteile erzielen.
Bei der Einspritzvorrichtung kann durch Bereitstellen der Nut, die sich in Umfangsrichtung entlang der Außenumfangs-Wandoberfläche des Kolbens erstreckt, das Einschließen von Luft von der Außenseite des Zylinders zu der Innenseite des Zylinders verhindert werden und Einschlüsse hierdurch eliminiert werden, so dass ein Formprodukt mit guter Qualität hergestellt werden kann.
Bei der Einspritzvorrichtung kann durch Bereitstellen des Abschnittes mit kleinerem Durchmesser und des Abschnittes mit größerem Durchmesser in dem Kolben und durch Bilden des Freiraumes zwischen der Außenumfangs-Wandoberfläche des Abschnittes mit größerem Durchmesser und der Innenumfangswand des Zylinders durch die genannte Gleichung ein Formprodukt mit guter Qualität ohne Verunreinigung durch ein Carbid des Formmaterials hergestellt werden, da der Stillstandsbereich des Formmaterials zwischen der Außenumfangs-Wandoberfläche des Abschnittes mit größerem Durchmesser und der Innenumfangs-Wandoberfläche des Zylinders verhindert werden kann.
Bei der Einspritzvorrichtung kann durch Vorsehen des Führungselementes in der rückwärtigen Position des Kolbenabschnittes mit kleinerem Durchmesser zum Führen des Formmaterials in Richtung der Einspritzdüse ein Formprodukt mit guter Qualität ohne Verunreinigung mit einem Carbid des Formmaterials hergestellt werden, da der Stillstandsbereich des Formmaterials in dieser Position verhindert werden kann.
Bei der Einspritzvorrichtung kann durch Ausbilden des Führungselementes in einer im Wesentlichen Dreiecksform, die sich in Richtung der Einspritzdüse an dem vorspringenden Ende der Spitze hiervon erstreckt, das Formmaterial gleichförmiger geführt und ein Stillstandsbereich weiter verhindert werden.
Bei der Einspritzvorrichtung kann durch kontinuierliches Aufbringen der Kraft in die Schließrichtung auf das Rückschlagventil mittels der Feder die Zeit, die erforderlich ist, um das Rückschlagventil zu schließen, verringert werden, die Rückströmung effektiv verhindert werden, eine konstante Menge des Formmaterials dem Formhohlraum zugeführt werden und ein Formprodukt mit guter Qualität hergestellt werden.
Bei der Einspritzvorrichtung kann ein Formprodukt mit guter Qualität hergestellt werden, da eine konstante Menge des Formmaterials in den Formhohlraum durch die Positionssteuerung des Kolbens zugeführt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert worden ist, ist zu bemerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann erkennbar sind. Diese Änderungen und Modifikationen werden als innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten verstanden, sofern sie sich nicht hiervon entfernen.

Claims

1. Einspritzvorrichtung, enthaltend:

einen Zylinder (1) mit einer Einspritzdüse (11) an dessen Ende,

einen Kolben, der innerhalb des Zylinders in axialer Richtung in eine Position verschiebbar ist, die der Einspritzdüse gegenüberliegt, und

eine Antriebseinrichtung (3) zum Vorschieben und Zurückziehen des Kolbens,

wobei der Zylinder eine zum Zuführen eines Formmaterials dienende Öffnung (12) zwischen einer Verschiebeposition des Kolbens und der Einspritzdüse aufweist, wobei das Formmaterial, das dem Zylinder zugeführt worden ist, durch die Vorschubbewegung des Kolbens zusammengedrückt wird, so dass das Formmaterial in einen Hohlraum (301) der Formen (300) eingespritzt wird, welche mit der Einspritzdüse verbunden sind, und wobei der Kolben eine Nut (211) aufweist, welche sich um seine Außenumfangs-Wandoberfläche in Umfangsrichtung erstreckt,

wobei der Kolben einen Abschnitt (22) mit einem kleineren Durchmesser in einem vorderen Teil und einen Abschnitt (21) mit einem größeren Durchmesser in einem hinteren Teil aufweist, wobei eine Außenumfangs-Wandoberfläche des Abschnitts mit dem größeren Durchmesser in Kontakt mit einer Innenumfangs- Wandoberfläche des Zylinders steht, um den innern und den äußeren Bereich des Zylinders voneinander zu isolieren, und wobei eine gestufte Oberfläche (23) an der Grenze zwischen dem Abschnitt mit dem

kleineren Durchmesser und dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser zum Führen des Formmaterials in Richtung der Einspritzdüse dient, und

wobei ein Freiraum zwischen der Außenumfangs-Wandoberfläche des Abschnitts mit dem größeren Durchmesser des Kolbens und der Innenumfangs- Wandoberfläche des Zylinders durch die folgende Gleichung definiert ist, wobei ç die Viskosität des Formmaterials, P der Gegendruck (kgf/cm²) während des Wiegens, Q eine Menge (cm³/s) des zuzuführenden Formmaterials, R ein Innenradius des Zylinders, r&sub1; ein Außenradius des Abschnitts mit dem kleineren Durchmesser, r&sub2; ein Außenradius eines Teils des Abschnitts mit dem größeren Durchmesser vor der Nut, r&sub3; ein Außenradius einer unteren Fläche der Nut, r&sub4; ein Außenradius eines Teils des Abschnitts mit dem größeren Durchmesser nach der Nut, I&sub1; eine axiale Länge des Abschnitts mit dem kleineren Durchmesser, I&sub2; eine axiale Länge des Teils des Abschnitts mit dem größeren Durchmesser vor der Nut, 13 eine axiale Länge der Nut (Breite der Nut), I&sub4; eine axiale Länge des Teils des Abschnitts mit dem größeren Durchmesser nach der Nut und k das Verhältnis einer Strömungsgeschwindigkeit in eine Aufwärtsrichtung des Kolbens von der Zuführöffnung des Formmaterials in den Zylinder zu der Gesamtmenge des zugeführten Formmaterials ist.

2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Führungselement (24) in dem Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser des Kolbens in einer rückwärtigen Position, bezogen auf die Zuführöffnung, vorgesehen ist, so dass zwei Ströme aus geschmolzener Flüssigkeit des Formmaterials, die um den Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser strömen und die rückseitige Position erreichen, in Richtung Einspritzdüse geführt werden.

3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Führungselement ein Paar schräg verlaufende Führungsoberflächen mit annähernd dem gleichen Neigungswinkel gegenüber einer axialen Richtung des Kolbens aufweist.

4. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Führungselement ein im wesentlichen gleichschenkliges Dreieck mit dem Paar an geneigten Führungsoberflächen ist, wobei ein vorstehendes Ende eines Scheitelpunktes des Führungselements in Richtung zu der Einspritzdüse ausgerichtet ist.

5. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Führungselement ein gleichseitiges Dreieck ist.

6. Einspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin enthaltend ein Rückschlagventil (4), das innerhalb des Zylinders zwischen einem Fluidhalteteil (13) mit der Einspritzdüse und der Zuführöffnung vorgesehen ist, um geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials, welche sich in dem Fluidhalteteil befindet, daran zu hindern, zu der Zuführöffnung zurückzuströmen, wobei ein Ventilelement (41) des Rückschlagventils kontinuierlich gegen einen Ventilsitz (221) in dem Kolben mittels einer Feder (27) gedrängt wird, die in einem Verbindungsschaft (25) vorgesehen ist, welche sich von dem Kolben in Vorwärtsrichtung erstreckt.

7. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung weiterhin enthält: ein Rückschlagventil (4) ist innerhalb des Zylinders zwischen einem Fluidhalteteil (13) mit der Einspritzdüse und der Zuführöffnung vorgesehen, um geschmolzene Flüssigkeit des Formmaterials, welches sich in dem Fluidhalteteil befindet, daran zu hindern, zu der Zuführöffnung zurückzuströmen, wobei ein Ventilelement (41) des Rückschlagventils kontinuierlich gegen einen Ventilsitz (221) in dem Kolben mittels einer Feder (27) gedrängt wird, die in einem Verbindungsschaft (25) vorgesehen ist, welche sich von dem Kolben in Vorwärtsrichtung erstreckt.

8. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Antriebseinrichtung weiterhin mit einem Steuermittel (5) versehen ist, welches einen Positionsdetektor zum Erfassen einer Position des Kolbens innerhalb des Zylinders besitzt, um den Betrieb der Antriebseinrichtung entsprechend einem Erfassungssignal zum Fixieren der Position des Kolbens in einer Position am Ende des Einspritzens zu steuern.

9. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Antriebseinrichtung weiterhin mit einem Steuermittel (5) versehen ist, welches einen Positionsdetektor zum Erfassen einer Position des Kolbens innerhalb des Zylinders aufweist, um den Betrieb der Antriebseinrichtung entsprechend einem Erfassungssignal zum Fixieren der Position des Kolbens in einer Position am Ende des Einspritzens zu steuern.

10. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der das Ventilelement (41) des Rückschlagventils (4) einen sich verjüngenden Abschnitt in Übereinstimmung mit dem Ventilsitz (221) aufweist.