Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Druckmessung insbesondere in Spritzgiessformen.
Die bisher bei Kunststoffspritzguss und Metalldruckguss angewandten Druckmessverfahren lassen sich einteilen in indirekte und direkte Messverfahren. Bei der indirekten Druckmessung wird ein Kraftaufnehmer als Druckmesselement auf der rückwärtigen Seite eines kraftübertragenden Messfilters eingesetzt. Ein Nachteil der indirekten Druckmessung besteht darin, dass der Kraftaufnehmer relativ weit vom Medium entfernt liegt, dessen Druck gemessen werden soll. Die Kraftübertragung kann durch Reibung des Stiftes an der Formwand beeinflusst werden, die um so grösser wird, je länger der Kraftübertragungsweg ist. Bei den direkten Druckmessverfahren, die allgemein angewendet werden, wenn die Platzverhältnisse es gestatten, bildet der Druckaufnehmer mit seiner Frontpartie einen Teil der inneren Oberfläche der Formwand.
Der Aufnehmer wird in eine durchgehende Bohrung eingeführt und mittels Schulter- oder Frontdichtung gegen das Druckmedium abgedichtet, wie beispielsweise in EP 90 871 und EP 90 872 beschrieben. Ein Nachteil der direkten Kraftmessung liegt darin, dass das Medium, speziell bei Schulterdichtung, in den Spalt zwischen Aufnehmer und Formwand eindringen kann und diesen krustenartig verschmutzt. Dadurch werden der Wärmeabfluss gestört und die Messgenauigkeit sowie -empfindlichkeit herabgesetzt. Zur Erreichung einer guten Abdichtung gegen aussen sind zudem hohe Dichtkräfte erforderlich, welche sich auf den Sensorteil übertragen und zusätzlich die Membran deformieren können.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile der Druckmessung in Spritzgiessformen zu beheben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Formwand eine Bohrung angebracht ist, die auf ihrer dem Druckmedium zugewandten Seite durch ein als Membranpartie für einen in der Bohrung liegenden Kraftaufnehmer dienendes Wandstück abgeschlossen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den Stand der Technik.
Fig. 2 eine erfindungsgemässe Druckmessanordnung mit Kraftaufnehmer in Formwandbohrung mit Membranpartie.
Fig. 3 eine erfindungsgemässe Druckmessanordnung mit Kraftaufnehmer in Formwandbohrung mit vergrösserter Membranpartie.
Fig. 4 eine erfindungsgemässe Druckmessanordnung mit im zentralen Teil verstärkter Membranpartie.
Fig. 5 eine erfindungsgemässe Druckmessanordnung mit zwischen Membranpartie und Kraftaufnehmer gelagertem Isolierteil.
Fig. 1 zeigt, schematisch, einen schulterdichtenden Kraftaufnehmer für die Druckmessung beim Spritzgiessen, dem Stand der Technik entsprechend. 1 bedeutet die Formwand, 2 den Stützteil des Kraftaufnehmers, 11 den Zylinderteil desselben, 3 die der Abdichtung dienende Schulter. Die kraftempfindlichen Sensorelemente können sich entweder im Stützteil 2 oder im Zylinderteil 11 des Aufnehmers befinden. Die durchgehende Bohrung besteht aus einem dem Druckmedium 9 zugewandten glatten Teil 6, welcher den in einer Hülse liegenden Sensorteil mit Membran enthält (nicht detailliert dargestellt), und einem dem Medium abgewandten Gewindeteil 5, welcher eine Spannmutter 4 enthält, die der Abdichtung des Aufnehmers 2 an der Schulter 3 dient, indem sie angezogen wird. Die mit dieser Messanordnung verbundenen Nachteile wurden bereits eingangs erwähnt.
Der wesentlichste Nachteil besteht darin, dass zwischen Zylinderteil 11 und der Wand der Bohrung 6 ein Spalt liegt, in den verkrustendes Medium eindringen kann, was die Kraftmessung verfälscht.
Fig. 2 stellt eine erfindungsgemässe Druckmessvorrichtung dar, die gegen das Medium vollkommen abgedichtet ist. Die verwendeten Zeichen haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1. Es ist sofort erkennbar, dass die Bohrung 5, 12 (5: Gewindeteil, 12: glatter Teil) nicht mehr durchgehend ist wie bei der den Stand der Technik repräsentierenden Fig. 1, sondern dass sie durch eine Membranpartie 10 abgeschlossen wird. S bedeutet die Dicke der Membranpartie 10, D den Durchmesser der Bohrung 12. Je geringer die Wandstärke S der Membranpartie 10 im Vergleich zum Bohrungsdurchmesser D ist, desto mehr wird die Membranpartie 10 bei einem bestimmten Mediumdruck einwärts gekrümmt, d.h. desto grösser ist die Messempfindlichkeit des Aufnehmers 2, 11. Anderseits begrenzt die Wandstärke S auch den Messbereich nach oben. Eine grössere Wandstärke lässt auch einen höheren Druck zu.
Die Spannmutter 4 presst den Zylinderteil 11 gegen die Membranpartie 10 und erzeugt die Vorspannung für den Aufnehmer 2, 11. Die übrigen bezeichneten Teile haben dieselbe Funktion wie in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der glatte Bohrungsabschnitt 12 mit dem Durchmesser D erweitert sich mediumseitig zu einem Bohrungsabschnitt 13 mit einem grösseren Durchmesser D min , wodurch sich auch die Membranpartie 10 vergrössert. Bei gleichem Mediumdruck krümmt sich die Membranpartie 10 weiter nach aussen als bei Fig. 2, bei der die Membranpartie 10 denselben Durchmesser D besitzt wie die Bohrung 12. Dadurch lässt sich die Messempfindlichkeit der Anordnung steigern. Die Vergrösserung des Durchmessers D auf D min kann auch auf andere Art als stufenweise erfolgen, wie in Fig. 3 dargestellt, beispielsweise durch einen konischen Übergang von D auf D min .
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemässe Ausführungsform der Anordnung zur Druckmessung, bei welcher der Durchmesser D min längs der Bohrung 5, 12 überall derselbe und, zwecks Anhebung der Empfindlichkeit, relativ gross ist. Die Spannschraube 4 muss denselben Durchmesser D min besitzen wie die Bohrung 5, 12, hingegen kann der Kraftaufnehmer 2 einen erheblich geringeren Durchmesser D besitzen als die Bohrung 5, 12. Dies ermöglicht die Verwendung eines kleineren Standardtyps eines Kraftaufnehmers 2 in einer Bohrung 5, 12 mit grösserem Durchmesser D min , die nicht standardisiert ist. Im weiteren ist in Fig. 4 eine zentral verdickte Membranpartie 10 dargestellt.
Bei Druckbelastung der Membran wird diese dadurch nicht längs ihres ganzen Durchmessers gekrümmt, sondern nur in den Randpartien, wodurch die Abstützung des Zylinderteils 11 auf der Membran verbessert und die Gefahr des Ausbeulens der Membran praktisch ausgeschlossen wird.
Fig. 5 schliesslich stellt eine Variante der in Fig. 4 gezeigten Anordnung dar, indem zwischen dem Zylinderteil 11 und der Membranpartie 10 ein Isolierteil 14 eingeschoben ist. Dieser Teil besteht beispielsweise aus keramischem Material, während die Membranpartie 10 und die Formwand 1 metallisch sind. Der vom heissen Druckmedium 9 ausgehende Wärmestrom wird somit im wesentlichen durch das Metall abfliessen und die Funktion des Kraftaufnehmers 2 nicht beeinträchtigen.
Im allgemeinen sind die verwendeten Kraftaufnehmer piezoelektrisch. Sie können aber auch piezoresistiv sein oder auf DMS-Basis arbeiten.
The invention relates to an arrangement for measuring pressure, in particular in injection molds.
The pressure measurement methods previously used in plastic injection molding and metal die casting can be divided into indirect and direct measurement methods. In indirect pressure measurement, a force transducer is used as a pressure measuring element on the rear side of a force-transmitting measuring filter. A disadvantage of indirect pressure measurement is that the force transducer is located relatively far from the medium whose pressure is to be measured. The power transmission can be influenced by friction of the pin on the mold wall, which increases the longer the power transmission path is. In the direct pressure measurement methods which are generally used when space permits, the pressure sensor with its front part forms part of the inner surface of the mold wall.
The transducer is inserted into a continuous bore and sealed against the pressure medium by means of a shoulder or front seal, as described for example in EP 90 871 and EP 90 872. A disadvantage of direct force measurement is that the medium, especially with shoulder seals, can penetrate the gap between the transducer and the mold wall and contaminate it like a crust. This disturbs the heat flow and reduces the measuring accuracy and sensitivity. To achieve a good seal against the outside, high sealing forces are also required, which are transmitted to the sensor part and can additionally deform the membrane.
The aim of the invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of pressure measurement in injection molds. The object is achieved according to the invention in that a hole is made in the mold wall, which is closed on its side facing the pressure medium by a wall piece serving as a membrane section for a force transducer lying in the hole.
The invention is described below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 shows the prior art.
Fig. 2 shows a pressure measuring arrangement according to the invention with a force transducer in the mold wall bore with a membrane section.
Fig. 3 shows a pressure measuring arrangement according to the invention with a force transducer in the mold wall bore with an enlarged membrane section.
4 shows a pressure measuring arrangement according to the invention with a membrane section reinforced in the central part.
5 shows a pressure measuring arrangement according to the invention with an insulating part mounted between the membrane section and the force transducer.
1 shows, schematically, a shoulder-sealing force transducer for the pressure measurement during injection molding, in accordance with the prior art. 1 means the mold wall, 2 the support part of the force transducer, 11 the cylinder part of the same, 3 the shoulder serving for sealing. The force-sensitive sensor elements can be located either in the support part 2 or in the cylinder part 11 of the sensor. The through hole consists of a smooth part 6 facing the pressure medium 9, which contains the sensor part with a membrane lying in a sleeve (not shown in detail), and a threaded part 5 facing away from the medium, which contains a clamping nut 4, which seals the sensor 2 serves on the shoulder 3 by being tightened. The disadvantages associated with this measuring arrangement have already been mentioned at the beginning.
The main disadvantage is that there is a gap between the cylinder part 11 and the wall of the bore 6, into which encrusted medium can penetrate, which falsifies the force measurement.
Fig. 2 shows a pressure measuring device according to the invention, which is completely sealed against the medium. The symbols used have the same meaning as in FIG. 1. It can be seen immediately that the bore 5, 12 (5: threaded part, 12: smooth part) is no longer continuous as in FIG. 1, which represents the prior art, but rather that it is completed by a membrane section 10. S means the thickness of the membrane section 10, D the diameter of the bore 12. The smaller the wall thickness S of the membrane section 10 compared to the bore diameter D, the more the membrane section 10 is curved inwards at a certain medium pressure, i.e. the greater the measuring sensitivity of the transducer 2, 11. On the other hand, the wall thickness S also limits the measuring range upwards. A larger wall thickness also allows a higher pressure.
The clamping nut 4 presses the cylinder part 11 against the diaphragm section 10 and generates the pretension for the transducer 2, 11. The other designated parts have the same function as in FIG. 1.
3 shows a further embodiment of the invention. The smooth bore section 12 with the diameter D widens on the medium side to a bore section 13 with a larger diameter D min, which also enlarges the membrane section 10. At the same medium pressure, the membrane section 10 curves further outwards than in FIG. 2, in which the membrane section 10 has the same diameter D as the bore 12. This increases the measuring sensitivity of the arrangement. The enlargement of the diameter D to D min can also be done in a manner other than stepwise, as shown in FIG. 3, for example by a conical transition from D to D min.
4 shows an embodiment of the arrangement for pressure measurement according to the invention, in which the diameter D min along the bore 5, 12 is the same everywhere and, for the purpose of increasing the sensitivity, is relatively large. The clamping screw 4 must have the same diameter D min as the bore 5, 12, on the other hand the force transducer 2 can have a considerably smaller diameter D than the bore 5, 12. This enables the use of a smaller standard type of a force transducer 2 in a bore 5, 12 with a larger diameter D min, which is not standardized. Furthermore, a centrally thickened membrane section 10 is shown in FIG. 4.
When the diaphragm is subjected to pressure, it is not curved along its entire diameter, but only in the edge parts, which improves the support of the cylinder part 11 on the diaphragm and practically eliminates the risk of the diaphragm bulging.
Finally, FIG. 5 shows a variant of the arrangement shown in FIG. 4, in that an insulating part 14 is inserted between the cylinder part 11 and the membrane part 10. This part consists for example of ceramic material, while the membrane section 10 and the mold wall 1 are metallic. The heat flow emanating from the hot pressure medium 9 will thus flow away essentially through the metal and will not impair the function of the force transducer 2.
In general, the force transducers used are piezoelectric. However, they can also be piezoresistive or work on a strain gauge basis.