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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Spritzgießmaschinen und insbesondere
die gemeinsame Steuerung mehrerer Spritztöpfe in einer Spritzgießmaschine.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Einsatz von Steuerungseinheiten wie beispielsweise Spritztöpfen zum
Einführen
von thermoplastischen Harzen oder anderen Materialien in ein Formnest
einer Spritzgießmaschine
ist bekannt. Normalerweise führt
eine primäre
Harzquelle das Material einem Spritztopfbehälter zu, der wiederum so betrieben
wird, dass er eine bemessene (dosierte) Menge des Materials in das
Formnest leitet. Die
US-Patente
Nr. 3.516,123 (Titel: „Injection Molding Machine", an Lang) und
Nr. 3,231,656 (Titel: „Apparatus
and Method of Plastic Molding",
an Ninneman) offenbaren beide die Verwendung von Spritztöpfen zur
Bereitstellung von genau dosierten Schüssen von Harz für ein Formnest.
Die Dosierung ermöglicht
das Einspritzen einer genauen Materialmenge in ein Formnest. damit
sichergestellt wird, dass ein korrekt geformtes Teil erzeugt wird
und dass es wegen überfüllter Formnester
zu keiner Materialverschwendung in Form von „Graten" usw. kommt. Die Dosierung wird im Allgemeinen durch
die Steuerung der Strecke erzielt, um die ein Spritzkolben im Spritztopf für jeden
Schuss vor- und zurückgeschoben
wird.
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Es
sind auch andere Dosierungstechniken bekannt. Beispielsweise zeigt
das
US-Patent Nr. 4,966,545 (Titel: „Staged
Shooting Pot for Injection Molding", an Brown), wie ein einzelner Spritztopf
betrieben werden kann, um zwei aufeinander folgende dosierte Einspritzungen
desselben Harzes in dasselbe Formnest zu bewirken. Das
US-Patent Nr. 4,460,324 an Van Appledorn
mit dem Titel „Shot
Cylinder Controller for Die Casting Machines and the Like" zeigt, wie die Einspritzgeschwindigkeit
des Kolbens des Spritztopfes gesteuert werden kann, wodurch die
Rate der Harzeinspritzung ins Formnest gesteuert wird.
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Es
ist ferner bekannt, dass man das thermoplastische Material durch
ein Heißkanalsystem
einem Mehrfachwerkzeug zuführen
kann. Das Heißkanalsystem
kann mehrere Spritztöpfe
umfassen, wobei jedem Formnest mindestens ein Spritztopf zugeordnet
ist.
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Heißkanalsysteme
können
auch für
das Spritzgießen
mehrerer Materialien (Mehrkomponenten-Spritzgießen) eingesetzt werden. Normalerweise werden
zwei oder mehr Harze gleichzeitig oder nacheinander in jedes Formnest
gespritzt, um mehrschichtig geformte Strukturen zu erzeugen. Eine übliche Anwendung
für das
Spritzgießen
mehrerer Materialien ist beispielsweise die Herstellung von für Lebensmittel
geeigneten Behältern
aus Recycling-Kunststoff. Gesetzliche Normen verlangen, dass die
Oberflächen,
die in Kontakt mit dem Lebensmittel gelangen, aus Neukunststoff
bestehen. Zur vorteilhaften Nutzung der preiswerteren Recycling-Kunststoffe
verwenden Hersteller Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren, um das recycelte
Material in einem Mantel aus Neukunststoff einzukapseln. Das
US-Patent Nr. 5,098,274 an
Krishnakumar mit dem Titel „Apparatus
for Injection Molding of Multilayer Preforms" und das
US-Patent Nr. 4,717,324 an Schad
mit dem Titel „Coinjection
of Hollow Articles and Preforms" offenbaren
beide Spritzgießmaschinen
für Anwendungen
mit mehreren Materialien.
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Bei
diesen dem Stand der Technik entsprechenden Spritzgießmaschinen
ist generell eine individuelle Steuerung der Spritztopfhübe vorgesehen. In der
festen Maschinenplatte der Maschine sind separate hydraulische Arbeitszylinder
für jeden
Spritzkolben eines Spritztopfes angebracht. Diese Hydraulikzylinder
müssen
einzeln für
den Hub eingestellt werden, um die individuelle Dosierung der Harze
in die Formnester zu steuern. Die Einstellung der Zylinder kann
ein gefährlicher
Vorgang sein, der manuell durchgeführt wird und bei dem Personal
zwischen den erhitzten Spritzdüsen
und in der Nähe
von heißen
Oberflächen
und erhitzten Einspritzmaterialien in die Maschine greifen muss.
Darüber
hinaus muss das Spritzgießverfahren
für diese
Einstellung unterbrochen werden, was zu einem wesentlichen Verlust von
Produktionszeit führen
kann, insbesondere bei größeren Maschinen
mit bis zu 96 Spritzkolben.
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Das
US-Patent Nr. 4,632,653 an
Plocher mit dem Titel „Press
with a Plurality of Injection Plungers" beschreibt eine gemeinsame Antriebsvorrichtung
für die
Spritzkolben in einer Spritzpresse. Die Spritzkolben werden durch
einen Hydraulikantrieb betätigt, der
auf einen einzelnen Querträger
wirkt. Die bei Plocher offenbarte Spitztopfantriebsvorrichtung hat
allerdings einige Einschränkungen
und Nachteile, die sie für
Spritzgießmaschinen
mit Dosierung nicht anwendbar machen. Erstens stellen die Spritztöpfe in einer
Formpresse keine dosierten Schüsse
bereit. Statt dessen wird eine ungefähre Menge Harz in jeden Spritztopf
gefüllt
und werden die Spritzkolben durch den Querträger betätigt, um das Harz ins Formnest
zu pressen. Plocher offenbart Druckausgleichskolben und Überlaufkanäle zur Entlastung
der Formnester bei Überfüllung, was
zu einem ungleichmäßigen Produkt
und Gratbildung führt.
Ferner ist kein Mechanismus zur Einstellung des Hubs der Spritzkolben
vorgesehen, da die exakte Steuerung der in das Formwerkzeug eingespritzten
Harzmenge bei einer solchen Spritzpresse nicht von entscheidender
Bedeutung ist. Zweitens ist die Querträgerantriebsvorrichtung bei
Plocher innerhalb des Formwerkzeugs angeordnet, was die Kosten für die Entwicklung
und Fertigung des Formwerkzeugs erhöht. Eine solche Konstruktion
ist außerdem
bei Maschinen mit hohen Schließkräften unpraktisch,
da das vom Querträger
eingenommene Volumen die Festigkeit des Formwerkzeugteils verringert,
in dem er sich befindet, und da somit die Wahrscheinlichkeit von Verformungen
der Formwerkzeugteile größer ist, wenn
sie geschlossen werden. Das Formwerkzeug muss ferner ganz aus einander
gebaut werden, um für
Wartung, Einstellung oder Austausch Zugang zu erhalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Spritztopfantriebsvorrichtung
für eine
Mehrfachwerkzeug-Spritzgießmaschine
bereitzustellen, die zumindest einen der Nachteile des Stands der
Technik verhindert oder verringert.
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Bei
einer ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist eine Spritzgießmaschine vorgesehen, die Folgendes
umfasst:
eine Schließeinheit
zum Schließen
eines Formwerkzeugs mit mindestens zwei Spritztöpfen, die jeweils einen Spritzkolben
aufweisen, wobei die Schließeinheit
eine feste Maschinenplatte und eine bewegliche Maschinenplatte umfasst,
die an gegenüberliegenden
Seiten des Formwerkzeugs angeordnet sind;
eine Spritzeinheit,
um den Spritztöpfen
das einzuspritzende Material bereitzustellen;
eine Spritztopfantriebsvorrichtung,
die sich außerhalb
der Schließeinheit
befindet und durch eine der Maschinenplatten verläuft; und
ein
Antriebsmittel, das so betrieben werden kann, dass es die Antriebsvorrichtung
zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegt,
wobei bei der ersten Stellung die Spritzkolben das Materialvolumen
begrenzen, das jeder Spritztopf von der Spritzeinheit aufnehmen
kann, und wobei das Material aus den Spritztöpfen herausgedrückt wird, während die
Antriebsvorrichtung zur zweiten Stellung bewegt wird.
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Bei
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Multimaterial-Spritzgießmaschine vorgesehen,
die Folgendes umfasst:
ein Formwerkzeug mit mindestens zwei
Formnestern, wobei jedes der zwei Formnester mindestens einen damit
in Verbindung stehenden ersten und zweiten Spritztopf aufweist,
wobei die ersten und zweiten Spritztöpfe jeweilige erste und zweite
Spritzkolben aufweisen;
eine Schließeinheit, die eine feste Maschinenplatte und
eine bewegliche Maschinenplatte umfasst, die an gegenüberliegenden
Seiten des Formwerkzeugs angeordnet sind;
eine Spritzeinheit,
um den Spritztöpfen
das einzuspritzende Material bereitzustellen;
eine Spritztopfantriebsvorrichtung,
die sich außerhalb
der Schließeinheit
befindet und durch eine der Maschinenplatten verläuft; wobei
die Antriebsvorrichtung eine erste Gruppe von Schubvorrichtungen,
die an den ersten Spritzkolben anliegen, und eine zweite Gruppe
von Schubvorrichtungen aufweist, die an den zweiten Spritzkolben
anliegen; und
ein Antriebsmittel, das so betrieben werden kann, dass
es die erste und zweite Gruppe von Schubvorrichtungen zwischen einer
ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegt, wobei bei der
ersten Stellung die Spritzkolben das Materialvolumen begrenzen,
das jeder Spritztopf von der Spritzeinheit aufnehmen kann, und wobei
das Material aus den Spritztöpfen
herausgedrückt
wird, während
die Antriebsvorrichtung zur zweiten Stellung bewegt wird.
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Bei
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Spritztopfantriebseinheit
für eine Spritzgießmaschine
vorgesehen, die eine Schließeinheit
zum Schließen
eines Formwerkzeugs mit mindestens zwei Spritztöpfen aufweist, die jeweils
einen Spritzkolben haben, wobei die Schließeinheit eine feste Maschinenplatte
und eine bewegliche Maschinenplatte umfasst, die an gegenüberliegenden Seiten
des Formwerkzeugs angeordnet sind; und eine Spritzeinheit aufweist,
um den Spritztöpfen
das einzuspritzende Material bereitzustellen, umfassend:
einen
Rahmen, der an der Außenseite
von einer der Maschinenplatten befestigt werden kann und einen von
der Maschinenplatte beabstandeten Abschnitt aufweist;
eine
Spritztopfantriebsvorrichtung, die für die lineare Bewegung im Rahmen
getragen wird, zum Ausfahren durch die Maschinenplatte, um an den
Spritzkolben anzuliegen; und
einen an dem Abschnitt angebrachten
Antrieb, wobei das Antriebsmittel so betrieben werden kann, dass
es die Antriebsvorrichtung zwischen einer ersten Stellung und einer
zweiten Stellung bewegt, wobei die erste Stellung das Materialvolumen
bestimmt, das jeder Spritztopf von der Spritzeinheit aufnehmen kann, und
wobei das Volumen aus den Spritztöpfen herausgedrückt wird,
während
die Antriebsvorrichtung zur zweiten Stellung bewegt wird.
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Bei
einer weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist eine Spritztopfantriebsvorrichtung für eine Multimaterial-Spritzgießmaschine
vorgesehen, die eine Schließeinheit
aufweist, die eine feste Maschinenplatte und eine bewegliche Maschinenplatte
umfasst, die an gegenüberliegenden
Seiten eines Formwerkzeugs angeordnet sind, das mindestens zwei
Formnester und mindestens einen ersten und einen zweiten Spritztopf
für jedes
Formnest aufweist, wobei die Spritztöpfe entsprechende erste und zweite
Spritzkolben aufweisen; und eine Spritzeinheit aufweist, um den
Spritztöpfen
das einzuspritzende Material bereitzustellen, umfassend:
mindestens
zwei erste Schubvorrichtungen, wobei jede erste Schubvorrichtung
so betrieben werden kann, dass sie an einem jeweiligen ersten Spritzkolben
anliegt; und
mindestens zwei zweite Schubvorrichtungen, durch die
die ersten Schubvorrichtungen verlaufen, wobei jede zweite Schubvorrichtung
so betrieben werden kann, dass sie an einem jeweiligen zweiten Spritzkolben
anliegt;
wobei die ersten und zweiten Schubvorrichtungen so betrieben
werden können,
dass sie sich unabhängig voneinander
zwischen einer ersten und zweiten Stellung bewegen, wobei die erste
Stellung das Materialvolumen bestimmt, das jeder jeweilige Spritztopf
von der Spritzeinheit aufnehmen kann, und wobei das Volumen aus
den Spritztöpfen
herausgedrückt
wird, während
die Schubvorrichtungen zur zweiten Stellung bewegt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
werden nun bevorzugte Ausführungen der
vorliegenden Erfindung nur beispielhaft anhand der beigefügten Figuren
beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Multimaterial-Heißkanalsystems
für ein
Vierfachwerkzeug;
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2:
einen Querschnitt eines Multimaterial-Heißkanalsystems in der Nähe einer
Düsenanordnung;
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3:
einen Querschnitt eines Abschnitts einer Multimaterial-Spritzgießmaschine
einschließlich einer
gemeinsamen Spritztopfantriebseinheit mit allen Schubvorrichtungen
in eingezogener Stellung;
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4:
eine Rückansicht
der Maschine von 3 in Richtung der Linie D;
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5:
einen Querschnitt der Maschine von 3 entlang
der Linie A-A;
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6:
einen Querschnitt der Maschine von 3 entlang
der Linie B-B;
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7:
einen Querschnitt der Maschine von 3 entlang
der Linie C-C;
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8:
die Maschine von 3 mit der ersten Gruppe von
Schubvorrichtungen in vorgeschobenem Zustand; und
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9:
die Maschine von 3 mit der ersten und zweiten
Gruppe von Schubvorrichtungen in vorgeschobenem Zustand.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung wird zum Zwecke der Veranschaulichung anhand
einer Doppelheißkanal-Spritzgießmaschine
beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt ist. Es ist für den Fachmann offensichtlich,
dass die vorliegende Erfindung generell bei Spritzgießmaschinen
mit mehreren Spritztöpfen
verwendet werden kann, für
die eine gemeinsame Steuerung gewünscht wird.
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In 1 und 2 ist
eine Ausführung
der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei 1 eine schematische
Darstellung und 2 einen Querschnitt eines Abschnitts
eines allgemein durch das Bezugszeichen 20 gekennzeichneten
Heißkanalsystems
einer Spritzgießmaschine
zeigt, das zwei thermoplastische Harze oder anderes zu formendes
Material aufnimmt. Ein Harz wird aus einer als Extruder A gekennzeichneten
Quelle bereitgestellt, und das andere Harz wird aus einer als Extruder
B gekennzeichneten Quelle zugeführt.
Obgleich die dargestellte Ausführung
zwei Harzquellen A und B zeigt, liegt es ohne Einschränkungen
im Schutzbereich der Erfindung, dass eine, zwei oder mehr Quellen
eingesetzt werden. Der vom Extruder A ausgehende Abschnitt des Heißkanalsystems 20 ist
in durchgehenden Linien dargestellt, wohingegen der vom Extruder B
ausgehende Abschnitt des Systems in gestrichelten Linien dargestellt
ist.
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In 1 werden
die von den Extrudern A und B zugeführten Materialien durch entsprechende einzelne
Mehrkomponenten-Düsen 32, 34, 36 und 38 zu
den Formnestern 22, 24, 26 und 28 geleitet.
Der Extruder A leitet zu einem erhitzten Verteiler Ma, der wiederum über Heißkanäle (Kanäle) 42, 44, 46 bzw. 48
mit jeder Düse 32, 34, 36 und 38 verbunden
ist. Drehkolbenventile 52, 54, 56 und 58 arbeiten
derart, dass sie die Befüllung
der Spritztöpfe
bzw. Spritzzylinder 62, 64, 66 und 68 steuern.
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Dementsprechend
leitet der erhitzte Verteiler Mb vom Extruder B über die Heißkanäle 72, 74, 76 und 78 zu
jeder Düse 32, 34, 36 und 38.
Drehkolbenventile 82, 84, 86 und 88 steuern
die Befüllung
der Spritztöpfe 92, 94, 96 und 98.
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Obwohl
die schematische Darstellung von 1 ein Heißkanalsystem 20 zeigt,
das von zwei Quellen – Extruder
A und B – ausgehend
konditionierte thermoplastische Harze zu einem Vierfachwerkzeug
transportiert, liegt es ohne Einschränkungen im Schutzbereich der
vorliegenden Erfindung, dass Material aus einer, zwei oder mehr
Quellen 48 oder mehr Formnestern zugeführt wird.
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In 2 wird
ein mittiger Verteilerblock 102 durch Heizelemente 104 im
geeigneten Temperaturbereich gehalten. Wenn das Harz beispielsweise
Polyethylenterephthalat (PET) ist, kann der mittige Verteilerblock
bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 260 bis 290°C (500 bis
550°F) gehalten
werden. Die Kanäle 106 und 108 erhalten
weiches Harz vom Extruder A. Das Drehkolbenventil 112,
das sich in einem Kreis mit dem Kanal 108 befindet und
durch den Verbindungsmechanismus 114 betrieben wird, steuert
die Befüllung
des Behälters 116 des
Spritztopfes bzw. Spritzzylinders 118, von denen jeder
mit einem Spritzkolben 122 versehen ist. Das Drehkolbenventil 112 ist
mit einer quer verlaufenden Durchgangsbohrung 124 ausgebildet
und in 2 in geschlossener Stellung dargestellt. Der Behälter 116 steht
mit dem Kanal 126 in Verbindung, der wiederum zur Düsenanordnung 32 führt. Die
Düsenanordnung 32 dient zum
Einspritzen des Harzes in ein Formnest (nicht dargestellt).
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Für den vom
Extruder B ausgehenden Weg wird in ähnlicher Weise ein Verteilerblock 130,
der ein vom Verteiler 102 getrenntes Segment oder ein Teil davon
sein kann, durch Heizelemente 132 im geeigneten Temperaturbereich
gehalten. Wenn das Harz beispielsweise Ethylenvinylalkohol-Polymer
(EVOH) ist, kann der mittige Verteilerblock durch die Heizelemente 132 bei
einer Temperatur im Bereich von ungefähr 200 bis 230°C (400 bis
440°F) gehalten
werden. Der Kanal 134 erhält weiches Harz vom Extruder
B. Das Drehkolbenventil 144, das sich in einem Kreis mit
dem Kanal 134 befindet und durch den Verbindungsmechanismus 133 betrieben
wird, steuert die Befüllung
des Behälters 136 des
Spritztopfes bzw. Spritzzylinders 138, von denen jeder
mit einem Spritzkolben 142 versehen ist. Das Drehkolbenventil 144 ist
mit einer quer verlaufenden Durchgangsbohrung 146 ausgebildet
und in 2 in geschlossener Stellung dargestellt. Der Behälter 136 steht
mit dem Kanal 140 in Verbindung, der wiederum zur Düsenanordnung 32 führt.
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Die
Düsenanordnung 32 umfasst
einen mittigen Zapfen 146, der in Wärmekontakt mit dem Verteilerblock 102 steht.
Der Zapfen 146 ist mit einem Durchgangskanal 148 ausgebildet,
durch den das Harz zu einem Düsenanschnitt 152 fließen kann. Man
sieht, dass ein durch einen Kolben 168 bewegter Ventilschaft 166 das Öffnen und
Schließen
des Anschnitts 152 steuert. Man kann auch andere dem Fachmann
bekannte Anschnittsysteme verwenden, um das Einspritzen des Harzes
durch die Düsenanordnung 32 zu
steuern.
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Der
Zapfen 146 wird durch minimale Halteflächen in einem Gehäuse 158 getragen,
das durch einen isolierenden Luftspalt vom Zapfen 146 um
im Wesentlichen dessen Länge
beabstandet ist, um das Harz vom Extruder B bei dessen optimaler
Verarbeitungstemperatur zu halten, während es durch einen Kanal 160 zum
Anschnitt 152 weiterfließt.
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Im
Allgemeinen wird zum Einspritzen der von den Extrudern A und B kommenden
zwei Harze in jedes Formnest die Gruppe von Spritzkolben 122 für das vom
Extruder A zugeführte
Harz zuerst vorgeschoben, um eine dosierte Menge des ersten Harzes in
das Formnest zu verdrängen,
wobei Letzteres teilweise gefüllt
wird. Anschließend
wird der Spritzkolben 142 vorgeschoben, um eine dosierte
Menge des vom Extruder B kommenden zweiten Harzes zu verdrängen, wobei
das Formnest wieder nur teilweise gefüllt wird. Zuletzt füllt eine
direkt durch den Kanal 126 laufende zweite Zufuhr des ersten
Harzes unter Umgehung des Spritztopfes 118 das Formnest,
wobei die Formteile ausgefüllt
werden. Es versteht sich, dass die für die Herstellung der Formteile
gewählte spezielle
Reihenfolge von der gewünschten
Endstruktur abhängt
und ein gleichzeitiges sowie auch aufeinander folgendes Einspritzen
ins Formnest umfassen kann.
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Die 3–9 zeigen
Seiten- und Rückansichten
einer Spritzgießmaschine,
die eine Ausführung
der vorliegenden Erfindung enthält.
In 3 ist ein Formwerkzeug 180, das das Heißkanalsystem 20 umfasst,
zwischen einer Schließeinheit 184 angebracht.
Die Schließeinheit 184 umfasst
normalerweise eine feste Maschinenplatte 190 und eine bewegliche
Maschinenplatte 192. An der Außenseite der festen Maschinenplatte 190 ist
eine gemeinsame Spritztopfantriebseinheit 196 angebracht.
Obgleich die Spritztopfantriebseinheit 196 in der dargestellten Ausführung und
in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung an der
festen Maschinenplatte 190 angebracht ist, ist von den
Erfindern ohne Einschränkungen
vorgesehen, dass die Antriebseinheit 196 an der beweglichen
Maschinenplatte 192 befestigt sein kann.
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Die
Spritztopfantriebseinheit 196 umfasst normalerweise einen
Rahmen 198, eine Spritztopfantriebsvorrichtung 200 und
ein Antriebsmittel 202. Der Rahmen 198 hat vier
Säulen 204, 206, 208 und 210,
die durch Bolzen 212 in generell rechteckiger Struktur
an der festen Maschinenplatte 190 befestigt sind (am besten
in 4 ersichtlich). Ein Antriebsträger 214, der um die
freie Länge
der Säulen 204, 206, 208 und 210 von
der Rückseite
der festen Maschinenplatte 190 beabstandet ist, ist an
den Enden der Säulen
angebracht und durch Bolzen 216 befestigt. Am Antriebsträger 214 sind
ein erster und ein zweiter Antrieb 218 und 220 angebracht,
deren Betrieb weiter unten beschrieben wird. Die Antriebe 218 und 220 können Hydraulikkolben,
Linearelektromotoren oder irgendein anderer geeigneter Antrieb sein.
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Die
Spritztopfantriebsvorrichtung 200 ist für die Gleitbewegung zwischen
dem Antriebsträger 214 und
der Rückseite
der festen Maschinenplatte 190 an den Säulen 204, 206, 208 und 210 angebracht.
Die Antriebsvorrichtung 200 hat in der dargestellten Ausführung zwei
parallele und getrennt bewegliche Platten 222 und 224.
An der ersten Platte 222 ist eine erste Gruppe von Schubvorrichtungen 226 befestigt.
Die Schubvorrichtungen 226 sind so angeordnet, dass sie
der Stellung jedes der Spritzkolben 142 in deren jeweiliger
Gruppe im Formwerkzeug 180 entsprechen. Eine zweite Gruppe
von Schubvorrichtungen 228 ist in ähnlicher Weise an der zweiten
Platte 224 befestigt und so angeordnet, dass sie der Stellung der
Spritzkolben 122 in deren jeweiliger Gruppe entspricht.
Die Schubvorrichtungen 226 und 228 können in
die Platten 222 und 224 eingeschraubt, mit Bajonetthalterungen
oder in irgendeiner anderen geeigneten Art befestigt werden. Das
Befestigungsverfahren stellt Idealerweise sicher, dass jede angebrachte Schubvorrichtung 226, 228 mit
im Wesentlichen identischer Länge
von ihrer jeweiligen Platte 222, 224 ausfährt.
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Die
Schubvorrichtungen 226 und 228 verlaufen durch
Bohrungen 230 bzw. 232 in der festen Maschinenplatte 190 und
liegen an den Spritzkolben 142 und 122 an. Die
Anordnung der Schubvorrichtungen 226 und 228 hängt von
der Positionierung der Spritztöpfe 138 und 118 sowie
von ihren jeweiligen Spritzkolben 142 und 122 im
Heißkanalsystem 20 ab. 7 zeigt
eine Anordnung, die für
eine Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine
mit 48 Formnestern zur Fertigung von Vorformlingen geeignet ist.
Zur Unterbringung mehrerer verschiedener Spritztopfanordnungen können die
Schubvorrichtungen 226 und 228 gelöst und wie
gewünscht
neu an den Platten 222 und 224 angeordnet werden – oder man
sieht separate Platte-Schubvorrichtung-Anordnungen für unterschiedliche
Formwerkzeuge 180 vor. Es ist vorgesehen, dass man standardisierte
Spritzkolbenabstände verwenden
kann, damit Formwerkzeuge ausgewechselt werden können, wie unten noch ausführlicher
beschrieben wird.
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Die
Platte 222 kann durch den entsprechenden Antrieb 218 in
Hin- und Herbewegung entlang den Säulen 204, 206, 208 und 210 angetrieben
werden.
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In 5 und 6 sieht
man am besten, dass der Antrieb 218 zwei Hydraulikzylinderkolben 234 umfasst.
Die Platte 224 wird in ähnlicher
Weise durch den Antrieb 220 angetrieben, der zwei Hydraulikzylinderkolben 236 umfasst.
Da die Platte 222 vor der Platte 224 angeordnet
ist, sind Kolbenbohrungen 238 in der Platte 224 vorgesehen,
um den Durchgang der Kolben 236 aufzunehmen und die in
Bezug auf die Platte 224 freie Bewegung der Platte 222 zu
ermöglichen.
In ähnlicher
Weise sind Bohrungen 239 in der Platte 222 vorgesehen,
um den freien Durchgang der Schubvorrichtungen 228 dadurch
zu erlauben. Je nach der Konfiguration der Kolben 236 können die Bohrungen 238 und 239 durch
Ausschnitte ersetzt oder ganz ausgelassen werden, wenn die Schubvorrichtungen
nicht anstoßen
würden.
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Die
Position und die lineare Geschwindigkeit der Platten 222 und 224 können durch
ein lineares Positionssensormittel 240 erfasst werden.
Der Sensor 240 kann ein magnetischer, optoelektronischer oder
in anderer Weise geeigneter Sensor sein, beispielsweise wie die
Sensoren, die von Temposonic Inc. hergestellt werden. Der Sensor 240 ist
am Rahmen 198 oder anderweitig relativ zu den Platten 222 und 224 befestigt.
Der Sensor 240 kann, wie dem Fachmann bekannt ist, für die übliche elektronische und/oder
programmierbare Steuerung der Antriebsvorrichtung 200 an
ein geeignetes Steuersystem (nicht dargestellt) angeschlossen sein.
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Der
Betrieb der Antriebsvorrichtung 200 wird hinsichtlich der
Einspritzfolge mehrerer Materialien anhand von 3, 8 und 9 beschrieben. Die
Schließeinheit 184 wird
vor der unten beschriebenen Einspritzfolge eingeschaltet, um das
Formwerkzeug 180 in einer dem Fachmann bekannten Weise
zusammenzudrücken.
Die Einspritzfolge beginnt mit den Schubvorrichtungen 226 und 228 und den
Platten 222 und 224 in eingezogener Stellung (in 3 dargestellt).
In der eingezogenen Stellung begrenzen die freien Enden der Schubvorrichtungen 226 und 228,
die an den Spritzkolben 142 und 122 im Heißkanalsystem 20 anliegen,
die Rückwärtsbewegung
der Spritzkolben 142 und 122 und demnach das Materialvolumen,
das in den Spritztopfbehältern 136 und 116 aufgenommen
werden kann. Die Einstellung der eingezogenen Stellungen der Platten 222 und 224 durch
Justieren des Rückwärtshubs
von deren jeweiligen Zylinderkolben 234 und 236 dosiert
dadurch effizient die Materialmenge, die jeder Spritztopf 138 und 118 von
den Extrudern B und A aufnehmen kann.
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Sobald
die Spritztöpfe 138 und 118 in
der oben beschriebenen Weise mit der gewünschten Materialmenge befüllt sind,
werden die Platte 224 und ihre Schubvorrichtungen 228 vorgeschoben,
um die Gruppe von Spritzkolben 122 zu betätigen, wodurch der
dosierte Schuss des Materials aus jedem Behälter 116 in dessen
jeweiliges Formnest eingespritzt wird. Die Schubvorrichtungen 228 werden
durch einen Vorwärtshub
der Zylinderkolben 234 vorgeschoben, die in Richtung des
Pfeils F (in 8 dargestellt) auf die Platte 224 wirken.
Die Bohrungen 238 und 239 ermöglichen die Vorwärtsbewegung
der Platte 224, ohne die Stellung der Platte 222 zu
beeinträchtigen.
Die Stellung und die Geschwindigkeit der Platte 224 während des
Vorwärtshubs
werden durch den Sensor 240 erfasst. Der Sensor 240 leitet
die Informationen an das Steuersystem weiter, das wiederum die Geschwindigkeit
und den von den Schubvorrichtungen 228 zurückgelegten
Weg steuert.
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Als
Nächstes
(in 9 dargestellt) werden die Platte 222 und
ihre Schubvorrichtungen 226 vorgeschoben, um die Spritzkolben 142 zu
betätigen, wodurch
der dosierte Schuss des Materials aus jedem Behälter 136 in dessen
jeweiliges Formnest eingespritzt wird. Die Schubvorrichtungen 226 werden durch
einen Vorwärtshub
der Zylinderkolben 236 vorgeschoben, die in Richtung des
Pfeils G auf die Platte 222 wirken. Die Stellung und die
Geschwindigkeit der Platte 222 werden durch den Sensor 240 erfasst,
um wie oben beschrieben die Geschwindigkeit und den von den Schubvorrichtungen 226 zurückgelegten Weg
zu steuern. Dann wird eine Materialeinspritzmenge aus dem Extruder
A direkt zur Düse 32 geführt, um
das Formwerkzeug zu füllen;
anschließend wird
der Anschnitt 152 geschlossen.
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Der
Betrieb des Mehrkomponenten-Spritzgießens läuft dann wie bei herkömmlichen
Maschinen weiter. Das in die Formnester eingespritzte Material wird
abkühlen
gelassen, die Schließeinheit 184 wird
gelöst
und das Endprodukt wird aus dem Formwerkzeug ausgeworfen.
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Es
ist für
den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf zwei Platten beschränkt
ist, sondern gegebenenfalls auf drei oder mehr Platten/Schubvorrichtungen
und entsprechende Gruppen von Spritztöpfen erweitert werden kann. Auch
die Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf
das aufeinander folgende Einspritzen der mehreren Harze beschränkt. Es
sind Kombinationen mit aufeinander folgender und/oder gleichzeitiger
Bewegung der Schubstangen möglich,
um gleiche Einspritzungen der jeweiligen Harze zu bewirken.
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Die
Antriebseinheit
196 der vorliegenden Erfindung kann auch
in ein Spritzpresssystem integriert werden, wie es in der gleichzeitig
anhängigen,
am 19. März
1998 eingereichten provisorischen
US-Patentanmeldung
Nr. 60/078,587 beschrieben wird. Gemäß dieser Beschreibung werden
die Spritzkolben von ihrer Vorwärtshubstellung
aus mit der gleichen Geschwindigkeit nach hinten gezogen, wie die Spritztöpfe befüllt werden,
um den Acetaldehydanteil der Endprodukte zu reduzieren. Zur Integration
der Antriebseinheit
196 sind in diesem Fall die Schubstangen
226,
228 an
den Spritzkolben befestigt, um das gesteuerte Zurückziehen
der Spritzkolben zu erlauben; ein Steuersystem überwacht und steuert die Geschwindigkeit,
mit der die Spritzkolben zurückgezogen
werden.
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Die
Bereitstellung einer einzigen Antriebseinheit 196 für mehrere
Spritztöpfe,
die sich außerhalb
des Formwerkzeugs 180 und der Schließeinheit 184 befindet,
hat gegenüber
dem Stand der Technik eindeutige Vorteile. Die Betätigung einer
Gruppe von Spritztöpfen
in einem Formwerkzeug kann durch eine einzige Einstellung der Geschwindigkeit
und des Wegs realisiert werden, der von deren zugehöriger Platte
und den jeweiligen Schubvorrichtungen zurückgelegt werden. Diese Einstellung
kann beim Betrieb ausgeführt
und/oder automatisch durch das Steuersystem als Antwort auf die
vom linearen Positionssensor erfassten Informationen gesteuert werden.
Dadurch werden gefährliche
manuelle Einzeleinstellungen und längere Unterbrechungen und Verzögerungen
bei der Produktion verhindert, wobei zugleich die Zufuhr von genau
dosierten Materialien sichergestellt wird. Der Hub jeder Platte
und die Anordnung der Schubvorrichtungen an jeder Platte können ebenfalls
unabhängig
voneinander eingestellt werden.
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Die
Tatsache, dass sich die Antriebsvorrichtung außerhalb des Formwerkzeugs befindet,
kann die Kosten für
den Bau einer Spritzgießmaschine
verringern, indem eine weitaus einfachere Struktur vorgesehen und
die Anzahl teurer Hydraulikkomponenten und der für den einzelnen Spritztopfantrieb
erforderlichen Schaltungen reduziert wird. Beispielsweise kann die
wesentliche Reduzierung der Anzahl an Hydraulikzylindern und Ventilen
von 96 bei einer typischen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine
mit 48 Formnestern auf lediglich 4 Zylinder und deren entsprechende
Ventile zu signifikanten Kosteneinsparungen führen. Ferner können wegen
der einfacheren Konstruktion die Kosten für Betrieb und Wartung gesenkt
werden. Insbesondere kann man auf Hydraulikzylinder und Rohre in
der festen Maschinenplatte verzichten und wenigere, robustere Zylinder verwenden,
so dass der für
Wartung und Einstellungen notwendige Zugang zu den Zylindern vereinfacht wird.
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Die
vorliegende Erfindung bietet Konstrukteuren von Formwerkzeugen und
Produktionslinien auch größere Konstruktionsflexibilität. Man kann ohne
weiteres der Antriebsvorrichtung Zusatzplatten hinzufügen, um
zusätzliche
Harzeinspritzungen zu realisieren. Auch die Umpositionierung der
Schubstangen zur Anpassung an verschiedene Spritztopfanordnungen
lässt sich
problemlos vereinfachen. Es ist wesentlich kostengünstiger,
wenn man ein unterschiedliches Bohrungsschema in die Platten der
Antriebsvorrichtung und die feste Maschinenplatte einbohrt und nicht
mehrere Antriebszylinder in der festen Maschinenplatte des Stands
der Technik umpositionieren muss. Ferner wird die Entwicklung von Formwerkzeugen
beträchtlich
vereinfacht, da kein Bedarf an mehreren Zylindern in der festen
Maschinenplatte besteht, so dass die Kosten für die Formwerkzeuge gesenkt
werden.
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Dadurch,
dass man Schubvorrichtungen hinzufügen/herausnehmen und an ihren
jeweiligen Platten neu anordnen kann, werden auch die Zeit und die Kosten
verringert, die beim Umbau der Werkzeugeinrichtung einer Spritzgießmaschine
anfallen. Normalerweise ermöglicht
die Abnehmbarkeit der Schubvorrichtungen die problemlose Neuanordnung
der Schubvorrichtungen für
irgendeine bestimmte Formwerkzeugkonstruktion. Man kann je nach
der bestimmten Formwerkzeugkonstruktion Schubvorrichtungen mit unterschiedli cher
Länge,
Form und Größe an derselben
Platte austauschen. Es ist vorgesehen, dass Formwerkzeuge mit standardisierten
Spritztopfabständen
konstruiert werden können.
Wenn beispielsweise ein Formwerkzeug mit 24 Formnestern in Abständen von
20 cm (8'') durch ein Formwerkzeug mit
12 Formnestern in Abständen
von 40 cm (16'') ersetzt werden
soll, kann jede zweite Schubvorrichtung entfernt werden, um die
passende Anordnung zu erhalten.
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Die
Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus
die Zeit beträchtlich
verringern, die für
die Einstellung oder Umprogrammierung des Hubzyklus bei einem bestimmten
Formwerkzeug oder Produkt erforderlich ist. Der Zyklus muss nur
für jede
Gruppe gleicher Spritztöpfe
eingestellt werden, nicht für
jeden separaten Spritztopf. Man kann die Informationen, die sich
auf die Hubsteuerung bei einem bestimmten Formwerkzeug beziehen,
mit elektronischen oder anderen Mitteln speichern, wodurch Formwerkzeuge
schnell ausgetauscht werden können.
Dies kann insbesondere bei Formwerkzeugen mit „kurzem Lauf" von Nutzen sein.
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Das
Anordnen der Antriebsvorrichtung außerhalb des Formwerkzeugs ermöglicht außerdem, dass
man die Spritztöpfe
im Heißkanal
umpositionieren kann, um die Kanäle
des Harzstroms zu optimieren und die Länge des Stroms zu verkürzen. Antriebsvorrichtungen
nach dem Stand der Technik schränkten
die Spritztopfanordnung wegen des Raums in der festen Maschinenplatte
ein, der für
die Aufnahme der hydraulischen Antriebszylinder und der ihnen zugeordneten
Ventile und Leitungen erforderlich ist. Dadurch, dass diese Einschränkung eliminiert
wird, sind effektivere Kanalkonstruktionen möglich und lässt sich die Führung der
Harze optimieren, wodurch der Harzvorrat in einer Maschine reduziert wird.
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Die
oben beschriebenen Ausführungen
der Erfindung sollen Beispiele der vorliegenden Erfindung sein und
der Fachmann kann daran Änderungen
und Modifikationen vornehmen, ohne vom Schutzbereich der Erfindung
abzuweichen, der ausschließlich
durch die hier beigefügten
Patentansprüche
definiert wird.