-
Technischer Bereich
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein mehrere Kolbenoberflächen aufweisendes
lineares Stellglied zur Bereitstellung einer höheren Ausgangskraft nach Anwendung
eines Druckmittels auf ein Stellglied bestimmten Durchmessers. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Druckmittelstellglied kompakter
Größe, welches
einen bewegbaren Zylinder mit einer oder mehreren axial mit Zwischenraum
angeordneten Kolbenoberflächen
zwecks Anwendung einer Betätigungskraft
zur Bewegung des Zylinders in Einziehrichtung, und mindestens eine zusätzliche
Kolbenoberfläche
zur Anwendung einer zusätzlichen
Betätigungskraft
zum Bewegen des Zylinders in Ausfahrrichtung aufweist.
-
Stand der Technik
-
Lineare
Stellglieder, die sich innerhalb von Zylindern auf Anwendung eines
Druckmittels hin bewegen, sind in der Technik wohl bekannt und werden für eine Vielzahl
verschiedener Zwecke eingesetzt. Allgemein kann die von derartigen
Stellgliedern gelieferte Ausgangskraft entweder durch Steigerung
des Drucks des zur Betätigung
des Stellglieds zugeführten
Fluids oder durch Erweiterung des Kolbendurchmessers zur Vergrößerung der
Kolbenoberfläche
erhöht
werden. Bei einigen Anwendungen ist es jedoch erforderlich, dass
das Stellglied nur einen sehr beschränkten Raum einnimmt (so dass
der Kolbendurchmesser nicht erweitert werden kann). Bei derartigen
Anwendungen kann der zur Lieferung der nötigen Betätigungskraft erforderliche
Druck die praktischen Grenzen übersteigen.
Dementsprechend ist eine alternative Konstruktion, welche die erforderliche
Betätigungskraft
bei begrenztem Raum unter angemessenem Druck liefert, vonnöten.
-
Um
dem oben beschriebenen Nachteil zu überwinden, sind eine Anzahl
von Stellgliedkonstruktionen entwickelt worden. Obschon vom Stand
der Technik verschiedene Vorrichtungen zur Bereitstellung einer
erhöhten
Ausgangskraft von einem durch Druckmittel betriebenen Stellglied
bekannt sind, umfassen die Vorrichtungen typischerweise einen komplizierten
Mechanismus oder aber reduzieren die Größe des Stellglieds nicht so
weit, dass es bei beschränktem
Raum eingesetzt werden kann. Zum Beispiel offenbart das am 14. Mai
2002 herausgegebene US Patent Nr. 6,386,508 mit dem Titel „Stellglied
mit zwei Kolbenoberflächen" ein zylinderartiges
Stellglied mit zwei Kolbenoberflächen
zur Lieferung einer erhöhten
Ausgangskraft. Obschon diese Vorrichtung für geeignet Kraft bei beschränktem Raum
sorgt, hat ihre Konstruktion bestimmte Nachteile in Bezug auf die
Bauhöhe
des Zylinders. Insbesondere erfordert die Höhe des Zylinders eine schwerere
(stärkere) Stahlhalteplatte,
wodurch die Gesamtstärke
sowie das Gewicht der Formanordnung erhöht werden. Darüber hinaus
ist diese bestimmte Konstruktion nicht einfach für eine Bauweise geeignet, welche
die Kraft durch Einbezug von mehr als zwei Kolbenoberflächen weiter
erhöhen
würde.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gemäß dieser
Erfindung wird ein Stellglied für
ein Absperrventil zur Verfügung
gestellt, um wie im Patentanspruch 1 definiert einen Strom von Kunststoffschmelze
in einen Formhohlraum einzuführen. Zusätzliche
Aspekte der Erfindung sind in den dazugehörigen Unteransprüchen beschrieben.
-
Kurz
gefasst wird ein Mehrkolbenstellglied reduzierter Höhe, welches
einen eine innere zylindrische Oberfläche bildenden röhrenförmigen ortsfesten
Zylinder umfasst, zur Verfügung
gestellt. Ein bewegbarer Zylinder wird gleitbar innerhalb eines
ortsfesten Zylinders getragen und weist einen daran befestigten
Stab auf, wobei der Stab sich vom bewegbaren Zylinder in Bezug auf
den ortsfesten Zylinder in axialer Richtung erstreckt. Der bewegbare
Zylinder teilt den ortsfesten Zylinder in eine obere Kammer und
eine untere Kammer. Der bewegbare Zylinder umfasst auch einen inneren
zylindrischen Raum.
-
Ein
ortsfester Kolben verläuft
quer durch den zylindrischen Innenraum des bewegbaren Zylinders, wodurch
der zylindrische Innenraum in eine erste innere Kammer und eine
zweite innere Kammer geteilt wird. Eine erste Fluidleitung steht
mit der oberen Kammer des ortsfesten Zylinders und mit der ersten inneren
Kammer des bewegbaren Zylinders in Verbindung. Durch Zuführung eines
unter Druck stehenden Fluids zur ersten Fluidleitung wird somit
die Vorwärtsbewegung
von bewegbarem Zylinder und Stab in Bezug auf den ortsfesten Zylinders
eingeleitet, wodurch ein Stabausfahrhub verursacht wird. Eine zweite
Fluidleitung befindet sich in Strömungsverbindung mit der zweiten
inneren Kammer, um bei Zuführung
des unter Druck stehenden Fluids den bewegbaren Zylinder nebst Stab
in Bezug auf den ortsfesten Zylinder in die entgegensetzte Richtung
zu bewegen, wodurch ein Stabeinziehhub verursacht wird.
-
Das
Stellglied kann einen ortsfesten Zylinder umfassen, welcher einen
durch feste (ortsfeste) Kolben in mehrfache innere Kammern unterteilten
bewegbaren Zylinder enthält.
Die inneren Kammern befinden sich in Strömungsverbindung mit den in
der Zylinderwand vorgesehenen Ausfahr- und Einziehanschlüssen. Die
Zufuhr des unter Druck stehenden Fluids zum Einziehanschluss verursacht
das Einwirken des Fluiddrucks auf „n" Kolbenfläche(n), um den bewegbaren Zylinder
nebst Stab einzuziehen, während
die Zufuhr des unter Druck stehenden Fluids zum Ausfahranschluss
den Fluiddruck zum Einwirken auf „n+1" axial beabstandeter Kolbenoberflächen zwecks
Ausfahren des bewegbaren Zylinders nebst Stab führt. Dementsprechend liefert
das Stellglied eine erhöhte
Ausfahrkraft, ohne den Gesamtdurchmesser des Stellglieds und den
Druck des Fluids zu erhöhen.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine bruchstückartige
Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, eines Abschnitts einer Formanordnung
in einer Spritzgussmaschine, welche zur Regelung des Kunststoffmaterialstroms
zu einem Formhohlraum ein mit einem Absperrventil funktionsfähig verbundenes
lineares Stellglied gemäß vorliegender
Erfindung umfasst, wobei sich der bewegbare Zylinder in einer vollständig eingezogenen
Stellung befindet, so dass der Ventilstift in offener Stellung ist,
um die Strömung
der Kunststoffschmelze in den Formhohlraum hinein zu ermöglichen.
-
2 ist
eine vergrößerte Ansicht
des innerhalb des Kreises 2 befindlichen Abschnitts der 1.
-
3 ist
eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Stellglieds entlang der
Line 3-3 der 1.
-
4 ist
eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Stellglieds entlang der
Linie 4-4 der 1.
-
5 ist
eine teilweise Seitenansicht ähnlich der
der 1 und stellt den bewegbaren Zylinder des Stellglieds
in einer Zwischenstellung zwischen der vollständig eingezogenen und der vollständig ausgefahrenen
Stellung dar.
-
6 ist
eine teilweise Seitenansicht ähnlich der
der 1 und 5 und stellt den bewegbaren Zylinder
des Stellglieds in einer vollständig
ausgefahrenen Stellung dar.
-
7 ist
eine bruchstückartige
Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, eines Abschnitts der Formanordnung,
in der eine alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stellglieds,
das eine erhöhte
Betätigungskraft
liefern kann, darstellt, wobei sich der bewegbare Zylinder des Stellglieds
in vollständig
eingezogener Stellung befindet.
-
8 ist
eine teilweise Seitenansicht der in der 7 dargestellten
alternativen Ausführungsform,
wobei sich der bewegbare Zylinder des Stellglieds in vollständig ausgefahrener
Stellung befindet.
-
Beste Ausführungsweise der Erfindung
-
Zunächst auf
die 1 und 2 der Zeichnungen verweisend
wird ein Ventilstellglied 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Funktionsfähig
mit dem Stellglied 10 verbunden ist eine Normdüse 12,
welche einen Strom von Kunststoffschmelze über einen Formmasseverbindungsweg 14 von
einem Spritzgussaggregat (nicht dargestellt) erhält. Die Düse 12 transportiert
und regelt die Zufuhr der Kunststoffschmelze zu einem Formhohlraum 16, der
durch jeweils gegenüberliegende,
entsprechend geformte Ausnehmungen in einem ersten Formabschnitt 18 und
einem mitwirkenden zweiten Formabschnitt 20 gebildet wird.
Wie Fachleute auf diesem Gebiet verstehen werden, wird der erste Formabschnitt
in einem ortfesten Zustand gehalten. Der zweite Formabschnitt 20 ist
zur Bewegung in Bezug auf den ersten Formabschnitt 18 abgestützt, um bei
Berühren
der Formsegmente 18, 20 den geschlossenen Formhohlraum 16 zu
bilden, und um das Entfernen des geformten Teils durch Trennen der Formsegmente 18, 20 zum Öffnen des
Formhohlraums 16 zu ermöglichen.
-
Beim
Betrieb wird die Kunststoffschmelze aus dem Spritzgussaggregat zum
Strömen
durch den Formmasseverbindungsweg 14 hindurch und in die
Düse 12 hinein gebracht.
Die Düse 12 umfasst
einen Anschnitt oder Einlauf 22, der direkt mit dem Formhohlraum 16 verbunden
ist. Die Regelung des Kunststoffschmelzestroms durch die Düse 12 hindurch
erfolgt durch einen Ventilstift 26, der zu geeigneten Zeitpunkten
eines Formvorgangs zum wahlweisen Schließen und Öffnen des Einlaufs 22 zum Einlauf 22 hin
und von diesem weg bewegt werden kann. Wie in der 1 dargestellt
befindet sich der Ventilstift 26 in der eingezogenen oder
offenen Stellung, die das Strömen
der Kunststoffschmelze durch die Düse 12 und in den Formhohlraum 16 hinein
zulassen wird.
-
Der
Ventilstift 26 ist ein endseitiger Abschnitt eines länglichen
Stabs 28, dessen gegenüberliegendes
Ende mit dem Stellglied 10 verbunden ist. Speziell umfasst
das Stellglied 10 zwei konzentrische Zylinder, nämlich einen
bewegbaren Zylinder 30, der an den Stab 28 anschließt, und
einen ortsfesten Zylinder 32, der den bewegbaren Zylinder 30 gleitbar
aufnimmt. Eine obere Stirnwand 34 und eine untere Stirnwand 36 dienen
zum Schließen
des bewegbaren Zylinders 30, so dass er wie im Folgenden
näher beschrieben
wie ein Kolben innerhalb eines ortsfesten Zylinders 32 funktioniert.
Eine Endkappe 38 schließt zum Bilden einer oberen
Kammer 40 zwischen der Endkappe 38 und der oberen
Stirnwand 34 des bewegbaren Zylinders 30 ein Ende
des ortsfesten Zylinders 32 ab. Vorzugsweise ist das Stellglied 10 in
einer Bohrung 24 angemessener Größe in einer Formplatte 44 enthalten
und wird durch geeignete Befestigungsmittel wie z.B. durch die Endkappe 38 führende Schrauben 42 auf
seinem Platz gehalten. Die Formplatte 44 ist in Bezug auf
die Düse 12 im Formsegment 18 geeignet
befestigt, so dass der Stab 28 und der dazugehörige Ventilstift 26 in
Bezug auf den Ventilsitz 46 in der Düse 12 korrekt ausgerichtet
sind. Der Ventilsitz 46 umfasst wie dargestellt einen kegelförmigen Verbindungsweg,
der vom Einlauf 22 auf eine mit dem Verbindungsweg 14 verbundene
zylindrische Bohrung 48 hin abweicht.
-
Der
ortsfeste Zylinder 32 weist vorzugsweise einen abgestuften
Durchmesser auf, der durch die ähnlich
abgestufte Bohrung 24 in der Formplatte 44 aufgenommen
wird. Diese abgestufte Konstruktion erleichtert einen wirtschaftlichen
Zusammenbau unter Einsatz einer flüssigkeitsdichten Abdichtung
zwischen dem ortsfesten Zylinder 32 und der Bohrung 24,
so dass der untere Abschnitt der Bohrung 24 und der ortsfeste
Zylinder 32 zusammenwirken, um den bewegbaren Zylinder 30 aufzunehmen.
-
Dadurch
wird die Gesamtlänge
des ortsfesten Zylinders 32 auf ein Minimum gehalten, da
die untere Stirnwand 36 des bewegbaren Zylinders 30 gegen
den unteren Abschnitt der Bohrung 24 in der Formplatte 44 hin
abdichtet. Alternativerweise könnte die
Bohrung 24 in der Formplatte 44 zur Aufnahme einen
ortsfesten Zylinders 32 geraden Durchmessers, der sich
zum Boden der Bohrung 24 in der Formplatte 44 erstreckt
um den bewegbaren Zylinder 30 vollständig zu enthalten, mit gleichbleibendem Durchmesser
maschinell hergestellt werden. In beiden Fällen wird eine untere Kammer 41 durch
einen Zwischenraum zwischen der unteren Stirnwand 36 und
der Bodenwand 25 der Bohrung 24 in der Platte 44 bildet.
Eine Bohrung 45 in der Platte 44 ist so dimensioniert,
dass sie dem Stab 28 den Durchlass mit ausreichendem Abstand
erlaubt, um die untere Kammer 41 mit einer Lüftungsöffnung zur
Umgebungsluft zu versehen.
-
Im
Inneren des ortsfesten Zylinders 32 verläuft eine
starr mit der Endkappe 38 wie durch eine Schraube 52 verbundene
Tragsäule 50 nach
unten und führt
durch die untere Stirnwand 34 hindurch und in das Innere
des bewegbaren Zylinders 30 hinein. Die Tragsäule 50 schließt an einem
quer verlaufenden ortsfesten Kolben 54 ab. Der ortsfeste
Kolben 54 ist ein scheibenförmiges Glied, das einen äußeren Rand 56 aufweist,
der mit einem Abstand nach innen von der inneren Oberfläche der
Zylinderseitenwand 58 des ortsfesten Zylinders 32 angeordnet
ist, so dass der Kolben 54 im bewegbaren Zylinder 30 enthalten
ist. Der äußere Rand 56 umfasst
vorzugsweise eine ringförmige
Ausnehmung 60 zur Aufnahme eines äußeren Dichtungsrings 62.
-
Der
bewegbare Zylinder 30 weist einen hohlen, allgemein zylindrischen
Aufbau auf, der im ortsfesten Zylinder 32 und in der Bohrung 24 zur
axialen, gleitenden Bewegung entlang der inneren Oberflächen desselben
aufgenommen wird. Die ringförmige untere
Stirnwand 36 des Zylinders 30 verläuft quer
im Inneren der Bohrung 24 knapp unter dem ortsfesten Zylinder 32.
Wie dargestellt kann die untere Stirnwand 36 zwecks erleichterter
Herstellung zwei durch Schrauben 64 aneinander befestigte
Abschnitte sowie eine Befestigung des Stabs 28 am bewegbaren Zylinder 30 umfassen.
Die untere Stirnwand 36 weist einen mit einem Flansch versehenen
Abschnitt 66 mit einer äußeren umfänglichen
Ausnehmung 68 zur Aufnahme am bewegbaren Zylinder 30 eines
ersten äußeren Dichtungsrings 70,
der längsweise verschoben
werden kann und der mit der inneren Oberfläche der Bohrung 24 dichtend
zusammenwirkt, auf. Die untere Stirnwand 36, die einen
mit einem Flansch versehenen Abschnitt 66 aufweist, befindet
sich wie dargestellt zwischen dem ortsfesten Kolben 54 und der
Bodenwand 25 der Bohrung 24.
-
Axial
vom Umfang der unteren Stirnwand 36 aus angrenzend und
entlang der inneren Oberfläche der
Zylinderseitenwand 58 und zur Endkappe 38 hin verlaufend
befindet sich eine röhrenförmige Seitenwand 72 des
bewegbaren Zylinders 30. Ein zweiter äußerer Dichtungsring 74 und
ein dritter äußerer Dichtungsring 76 werden
jeweils in röhrenförmigen Ausnehmungen 78, 80 bzw.
am äußeren Umfang
der Seitenwand 72 des bewegbaren Zylinders 30 in
einem axial beabstandeten Verhältnis
zum ersten äußeren Dichtungsring 70 und
in axial beabstandetem Verhältnis
zueinander getragen. Der zweite und dritte Dichtungsring 74, 76 können jeweils
in Längsrichtung verschoben
werden und wirken dichtend mit der inneren Oberfläche der
Zylinderseitenwand 58 zusammen. Das Ende 82 des
Stabs 28 gegenüber
des Ventilstifts 26 wird in dem mit einem Flansch versehenen Abschnitt 66 der
unteren Stirnwand 36 sicher aufgenommen, so dass der bewegbare
Zylinder 30 sowie der Ventilstift 26 sich zusammen
bewegen.
-
Entlang
der Seitenwand 72 von der unteren Stirnwand 36 und
an der gegenüberliegenden
Seite des ortsfesten Kolbens 54 von der oberen Stirnwand 36 axial
beabstandet befindet sich die obere Stirnwand 34 des bewegbaren
Zylinders 30, die sich quer durch den von der Seitenwand 72 bestimmten
inneren Raum erstreckt. Wie am offensichtlichsten in der 2 dargestellt
umfasst die innere Oberfläche
der Seitenwand 72 eine radiale Stufe 84, an der
die obere Stirnwand 34 anliegt, und ein ringförmiger Haltering 86 wird
in einer inneren Umfangsrille 88 aufgenommen, die in der
inneren Oberfläche
der Seitenwand 72 zum Festhalten der oberen Stirnwand 34 auf ihrem
Platz in Bezug auf die Seitenwand 72 gebildet wird. Zusätzlich umfasst
die obere Stirnwand 34 vorzugsweise eine äußere Umfangsausnehmung 89 zur Aufnahme
eines Dichtungsrings 90, sowie eine innere ringförmige Ausnehmung 92 zur
Aufnahme eines Dichtungsrings 94, um eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung der oberen Stirnwand 34 mit der Seitenwand 72 bzw.
der Tragsäule 50 zu
ermöglichen.
-
Wie
am besten in der 5 ersichtlich ist, bildet das
Volumen zwischen der unteren Stirnwand 36 und dem ortsfesten
Kolben 54 eine erste innere Kammer 96 innerhalb
des Zylinders 30, und das ringförmige Volumen zwischen der
oberen Stirnwand 34 und dem ortsfesten Kolben 54 bildet
eine zweite innere Kammer 98 innerhalb des Zylinders 30.
Die Seitenwand 72 weist radial verlaufende Öffnungen 100 auf,
die wie im Folgenden noch näher
erklärt
für die Strömungsverbindung
mit der zweiten inneren Kammer 98 sorgen.
-
Ein
erster Anschluss 102 und ein zweiter Anschluss 104 in
der Formplatte 44 münden
in die Bohrung 24, wobei die Anschlüsse 102, 104 jeweils
so angepasst sind, dass sie wechselweise entweder mit einer Quelle
eines unter Druck stehenden Fluids (nicht dargestellt) wie beispielsweise
Druckgas oder Druckhydraulikflüssigkeit
oder mit einem Fluidbehälter
niedrigeren Drucks (nicht dargestellt) in Verbindung sind. Die Verbindungen
zwischen den Anschlüssen 102, 104 und
der jeweiligen Druckmittelquelle und dem Fluidbehälter niedrigeren
Drucks können
durch ein geeignetes umschaltbares Stromregelventil (nicht dargestellt)
einer in der Branche wohlbekannten Art hergestellt werden. Der erste
Anschluss 102 schließt
an eine den unteren Abschnitt der Seitenwand 58 des ortsfesten
Zylinders umgebende und an die untere Stirnwand 36 des
bewegbaren Zylinders 30 angrenzende ringförmige Kammer 106 an.
Die ringförmige
Kammer 106 steht mit der ersten inneren Kammer 96 und
mit der oberen Kammer 40 des ortsfesten Zylinders 32 über einen
Durchlass 108 in der unteren Stirnwand 36 in Verbindung. Insbesondere
mündet
der Durchlass 108 in die erste innere Kammer 96,
die mit der oberen Kammer 40 durch einen zweiten Durchlass 110 und
radialen Öffnungen 118 in
der Tragsäule 50 des
ortsfesten Kolbens 54 verbunden ist, wodurch die Strömungsverbindung
des ersten Anschlusses 102 mit der ersten inneren Kammer 96 sowie
mit der oberen Kammer 40 ermöglicht wird.
-
Der
zweite Anschluss 104 endet an der Nute 112, die
mit radialen Öffnungen 114 durch
die Seitenwand 58 des ortsfesten Zylinders 32 verbunden
ist. Die radialen Öffnungen 114 sind
mit einer den oberen Abschnitt des bewegbaren Zylinders 30 umgebenden
ringförmigen
Kammer 116 verbunden. Die ringförmige Kammer 116 ist
mit der zweiten inneren Kammer 98 durch die radial verlaufenden Öffnungen 100 in
der Seitenwand 72 knapp unterhalb der radialen Stufe 84 verbunden,
wodurch die Strömungsverbindung
zwischen dem zweiten Anschluss 104 und der zweiten inneren
Kammer 98 des bewegbaren Zylinders 30 ermöglicht wird.
-
In
den 1 und 2 wird das Stellglied 10 mit
dem bewegbaren Zylinder 30, dem Stab 28 und dem
Ventilstift 26 jeweils in deren eingezogenen Stellung in
Bezug auf den ortsfesten Zylinder 32 und den Ventilsitz 46 dargestellt.
Um im Betrieb die Bewegung des Ventilsstifts 26 und des
Zylinders 30 aus deren eingezogenen Stellungen zu veranlassen,
wird Druckmittel durch den ersten Anschluss 102 eingespeist,
während
der zweite Anschluss 104 in Strömungsverbindung mit dem Fluidbehälter niedrigeren Drucks
oder dergleichen steht. Die Einspeisung des Druckmittels am ersten
Anschluss 102 verursacht das Druckmittel, in die ringförmige Nute 106 einzutreten,
durch diese und dann durch den ersten Durchlass 108 hindurchzufließen und
dann in die erste innere Kammer 96 innerhalb des Zylinders 30 hineinzufließen. Gleichzeitig
strömt
ein Teil des Druckmittels von der ersten inneren Kammer 96 in
den zweiten Durchlass 110 hinein, durch diesen und die
radialen Öffnungen 118 hindurch
und tritt dann in die obere Kammer 40 ein. Folglich befinden
sich die obere Kammer 40 und die erste innere Kammer 96 in
Bezug auf die untere Kammer 41, die nach außen durch die
den Stab 28 umgebende Bohrung 45 entlüftet wird,
und in Bezug auf die zweite innere Kammer 98 jeweils unter
erhöhtem
Druck. Die zweite innere Kammer 98 ist mittels der Öffnungen 100,
ringförmigen
Kammer 116, radialen Öffnungen 114,
ringförmigen
Nute 112, und zweiten Anschluss 104 in Strömungsverbindung
mit dem Fluidbehälter
niedrigeren Drucks.
-
Die
sich ergebenden Druckunterschiede, die je auf die obere Stirnwand 34 und
die untere Stirnwand 36 einwirken, verursachen die Bewegung
des Zylinders 30 auf die Bodenwand 25 der Bohrung 24 zu,
wodurch sich der Ventilstift 26 zum Ventilsitz 46 hin
bewegt, d.h. von der in der in 1 dargestellten Stellung
durch eine wie in 5 dargestellte Zwischenstellung
hindurch. Während
sich der Zylinder 30 und der Ventilstift 26 derartig
bewegen, nimmt das Volumen von jeweils der unteren Kammer 41 und
der zweiten inneren Kammer 98 ab, während das Volumen von je der
ersten inneren Kammer 96 und der oberen Kammer 40 zunimmt.
Gleichzeit strömt
ein sich in der zweiten inneren Kammer 98 befindliches Fluid
durch die Öffnungen 100 hindurch,
in die ringförmige
Kammer 116 hinein, durch die radialen Öffnungen 114 hindurch
in die ringförmige
Kammer 112 hinein und schließlich durch den zweiten Anschluss 104,
der unter niedrigerem Druck als der erste Anschluss 102 steht,
heraus. Die weitere Anwendung eines höheren Fluiddrucks am ersten
Anschluss 102 verursacht den Zylinder 30, sich
wie in 6 dargestellt zum Ende seines Ausfahrhubs zu bewegen. Nach
Abschluss des Ausfahrhubs kommt die obere Stirnwand 34 mit
dem am ortsfesten Kolben 54 befestigten vorderen Aufschlag 120 in
Berührung
und das Ende des Ventilstifts 26 wird dicht am Ventilsitz 46 festgehalten,
um eine Strömung
durch den Einlauf 22 zu unterbinden. Um einen auf die untere
Stirnwand 36 einwirkenden Druckanstieg zu vermeiden, wird
die sich in der unteren Kammer 41 befindliche Luft durch
die Bohrung 45 abgelassen.
-
Um
das Stellglied 10 aus seiner in der 6 dargestellten
ausgefahrenen Stellung zu bewegen, wodurch der Einlauf 22 geöffnet und
die Strömung der
Kunststoffschmelze in den Formhohlraum 16 hinein ermöglicht wird,
ist der erste Anschluss 102 von der Druckmittelquelle zu
trennen und mit einem Behälter
niedrigeren Drucks oder dergleichen zu verbinden. Der zweite Anschluss 104 wird
dann mit der Druckmittelquelle verbunden und das Druckmittel tritt durch
den zweiten Anschluss 104 in die ringförmige Nute 112 ein.
Das Druckmittel fließt
von der ringförmigen
Nute 112 durch die radialen Öffnungen 114 hindurch
in die Seitenwand 58 und in die zweite innere Kammer 98 innerhalb
des Zylinders 30 hinein. Der Eintritt des Druckmittels
in die zweite innere Kammer 98 wendet eine Kraft gegen
die innere Oberfläche
der oberen Stirnwand 34 an, so dass der Zylinder 30 und der
Ventilstift 26 in den ortsfesten Zylinder 32 eingezogen
werden, bis dieser die in 1 dargestellte Stellung
erreicht, bei der die untere Stirnwand 36 einen am ortsfesten
Kolben 54 befestigten Einziehaufschlag 122 berührt. Daraufhin
wird der Ventilstift 26 in die Düse 12 hinein und vom
Einlauf 22 weg gezogen, damit Formmasse durch die Düse 12 und
in den Formhohlraum 16 hinein fließen kann. Der andernfalls in
der unteren Kammer 41 eventuell erzeugte Unterdruck wird
durch Einlass von Umgebungsluft in die untere Kammer 41 durch
die den Stab 28 umgebende Bohrung 25 entlastet.
-
Die 7 und 8 stellen
eine alternative Ausführungsform
eines Ventilstellglieds 125 gemäß dieser Erfindung dar, bei
der zusätzliche
Oberflächen zur
weiteren Steigerung der Betätigungskraft
zum Einsatz kommen. Das Stellglied 125 hat ein äußeres Gehäuse 126 und
eine Endkappe 138, welche in einer Formplatte 143 aufgenommen
werden. Ein ortsfester Zylinder 132 wird in einem durch
das Gehäuse 126,
die Endkappe 138 und eine dem Innendurchmesser des Gehäuses 126 entsprechende
Bohrung 124 in der angrenzenden Formplatte 144 gebildeten Raum
aufgenommen. Vorzugsweise gehen die Schrauben 142 durch
die Endkappe 138 und das Gehäuse 126 hindurch und
greifen in die darunterliegende Formplatte 144 ein, um
das Stellglied 125 in der Formanordnung zu befestigen.
Alternativ könnte
der ortsfeste Zylinder 132 in den Gegenbohrungen in den Formplatten 143, 144 oder
wie in der oben beschriebenen Ausführungsform in einer einzelnen
Formplatte aufgenommen werden, wodurch das Erfordernis eines äußeren Gehäuses 126 ausgeräumt wird.
Ein bewegbarer Zylinder 130 wir gleitbar im ortsfesten Zylinder 132 aufgenommen.
Ein verlängerter
Stab 128 hat an ein sicher in der unteren Stirnwand 136 des
bewegbaren Zylinders 130 aufgenommenes Ende 182,
so dass der bewegbare Zylinder 130 und der Stab 128 sich
zusammen bewegen, wobei das gegenüberliegende Ende des Stabs 128 wie
vorhergehend beschrieben als Ventilstift funktioniert. Die Endkappe 138 schließt ein Ende
des ortsfesten Zylinder 132 ab, um eine obere Kammer 140 zwischen
einer oberen Wand 134 des bewegbaren Zylinders 130 und
der Endkappe 138 zu bilden. Eine untere Wand 127 der
Bohrung 124 schließt
das gegenüberliegende
Ende des ortsfesten Zylinders 132 zur kompletten Aufnahme
des bewegbaren Zylinders 130 ab.
-
Das
Stellglied 125 umfasst einen ersten Anschluss 202 und
einen zweiten Anschluss 204, welche wie vorstehend beschrieben
jeweils wechselweise zur Verbindung mit einer Druckmittelquelle
(nicht dargestellt) wie z.B. ein Druckgas oder Hydraulikfluid, ausgelegt
sind. Der erste Anschluss 202 verläuft durch das äußere Gehäuse 126 und
endet an einer Nute 206, die mit einem sich in einer röhrenförmigen Seitenwand 158 des
Zylinders 132 befindlichen ersten Durchlass 208 verbunden
ist. Der erste Durchlass 208 mündet an einem Ende 209 in
eine obere Kammer 140 sowie an einem dazwischen liegenden Punkt 210 und
gegenüberliegenden
Ende 211, um die Strömungsverbindung
zwischen dem ersten Anschluss 202 und dem Inneren des bewegbaren
Zylinders 130 für
die im Folgenden noch zu beschreibenden Zwecke zu ermöglichen.
Der zweite Anschluss 204 verläuft durch das äußere Gehäuse 126 und
endet an einer Nute 212, die mit einem in der Wand 158 des
Zylinders 132 befindlichen zweiten Durchlass 214 verbindet.
Der zweite Durchlass 214 mündet an einem Ende 215 in
eine ringförmige
Nute 216 sowie an einer Öffnung 217 in eine zweite
ringförmige
Nute 218, um die Strömungsverbindung
zwischen dem zweiten Anschluss 204 und dem Inneren des
bewegbaren Zylinders 130 zu ermöglichen.
-
Der
bewegbare Zylinder 130 weist einen hohlen allgemein zylindrischen
Aufbau auf, der zur axialen Gleitbewegung entlang seiner inneren
Oberfläche
in einem ortsfesten Zylinder 132 aufgenommen ist. Der bewegbare
Zylinder 130 umfasst eine ringförmige untere Wand 136,
die zur Abdichtung gegen die Innenseite des Zylinders 132 quer
verläuft. Die
untere Stirnwand 136 weist eine äußere periphere Ausnehmung 168 zur
Aufnahme eines ersten äußeren Dichtungsrings 170 auf,
der an der Innenoberfläche
des Zylinders 132 entlang gleiten kann und mit dieser dichtend
zusammenwirkt. Eine röhrenförmige Seitenwand 172 erststreckt
sich axial vom Rand der unteren Stirnwand 136 angrenzend
an und entlang der Innenoberfläche 158 des
Zylinders 132 und in Richtung der Endkappe 138.
Die röhrenförmige obere
Stirnwand 134 verläuft
quer durch das Innere vom Ende des bewegbaren Zylinders 130 angrenzend
an die Endkappe 138. Die obere Stirnwand 134 wird durch
Halteringe 186 in Rillen 184 in der Seitenwand 172 festgehalten.
Vier äußere Dichtungsringe 174 werden
jeweils in ringförmigen
Ausnehmungen 176 am äußeren Rand
der Seitenwand 172 in axialem Abstand vom ersten äußeren Dichtungsring 170 und axial
voneinander beabstandet getragen. Jeder der äußeren Dichtungsringe 174 kann
an der Innenoberfläche
der Seitenwand 158 des ortsfesten Zylinders 132 entlang
gleiten und mit dieser dichtend zusammenwirken.
-
Eine
Tragsäule 150,
die durch eine Schraube 152 an der Endkappe 138 befestigt
ist, geht durch die obere Stirnwand 134 des Zylinders 130 hindurch
und erstreckt sich in das Innere des Zylinders 130, um
an einem quer verlaufenden ersten ortsfesten Kolben 154 zu
enden. Ein zweiter ortsfester Kolben 155 wird durch geeignete
Mittel wie z.B. die Halteringe 156 an der Tragsäule 150 an
einer Stelle zwischen der Endkappe 138 und dem ersten ortsfesten
Kolben 154 befestigt. Die ortsfesten Kolben 154, 155 sind
scheibenförmige
Glieder, die zur Aufnahme in der röhrenförmigen Seitenwand 172 dimensioniert
sind. Der umlaufende Rand je eines der ortsfesten Kolben 154, 155 weist
eine ringförmige
Ausnehmung 160 zur Aufnahme eines peripheren Dichtungsrings 162 auf.
Der Seitenwand 172 entlang und von der unteren Stirnwand 136 axial
beabstandet und zwischen den ortsfesten Kolben 154, 155 befindet
sich eine Zwischenwand 135, die quer durch das Innere des
bewegbaren Zylinders 130 verläuft und durch Halteringe 186 an
der Seitenwand 172 befestigt ist. Die Zwischenwand 135 und
die obere Stirnwand 134 können wie dargestellt innere
und periphere Ausnehmungen 188, 192 zur Aufnahme
ringförmiger
Dichtungsringe 190, 194 aufweisen.
-
Das
Volumen zwischen der unteren Stirnwand 136 und dem ersten
ortsfesten Kolben 154 bildet eine erste Kammer 195 innerhalb
des bewegbaren Zylinders 130. Das ringförmige Volumen zwischen dem
ersten ortsfesten Kolben 154 und der Zwischenwand 135 bildet
eine zweite Kammer 196. Das ringförmige Volumen zwischen der
Zwischenwand 135 und dem zweiten ortsfesten Kolben 155 bildet eine
dritte Kammer 197, und das ringförmige Volumen zwischen der
oberen Stirnwand 134 und dem zweiten ortsfesten Kolben 155 bildet
eine vierte Kammer 198 innerhalb des bewegbaren Zylinders 130. Die
Seitenwand 172 weist zur Ermöglichung der Strömungsverbindung
zwischen der ersten inneren Kammer 195 und dem ersten Durchlass 208 durch
die Endöffnung 211 radial
verlaufende Öffnungen 146 auf. Ähnliche Öffnungen 149 stellen
einen Durchlass zwischen der zweiten inneren Kammer 196 und
der ringförmigen
Nute 218, die Öffnungen 148 einen Durchlass
zwischen der dritten inneren Kammer 197 und der ringförmigen Nute 219,
und die Öffnungen 147 einen
Durchlass zwischen der vierten inneren Kammer 198 und der
ringförmigen
Nute 216 zur Verfügung.
-
Bei
einem wie beschrieben gebauten Stellglied 125 sind die
obere Kammer 140, die erste Kammer 195 und die
dritte Kammer 197 in kontinuierlicher Strömungsverbindung
mit dem ersten Durchlass 208, und dadurch über die
ringförmige
Nute 206 mit dem ersten Anschluss 202. Ähnlicherweise
sind die zweite Kammer 196 und die vierte Kammer 198 in kontinuierlicher
Verbindung mit dem zweiten Durchlass 214 und dadurch über die
zweite Nute 212 mit dem zweiten Anschluss 204.
-
Das
Stellglied 125 ist in der 7 mit dem bewegbaren
Zylinder 130 und dem Stab 128 (und dem dazugehörigen Ventilstift)
jeweils in deren eingezogenen Stellungen in Bezug auf den ortsfesten Zylinder 132 dargestellt.
Um im Betrieb die Bewegung des Ventilstifts und des bewegbaren Zylinders 130 aus
deren eingezogenen Stellungen zu veranlassen, wird Druckmittel durch
den ersten Anschluss 202 eingespeist, während der zweite Anschluss 204 in
Strömungsverbindung
mit dem Fluidbehälter
niedrigeren Drucks oder dergleichen steht. Die Einspeisung des Druckmittels
am ersten Anschluss 202 verursacht das Druckmittel, in
die ringförmige
Nute 206 einzutreten, durch diese hindurch und dann in
den ersten Durchlass 208 hinein zu strömen. Das Fluid strömt dann
gleichzeitig durch (a) die Öffnung 209 in die
obere Kammer 140, (b) die Öffnung 210 zur Nute 219,
durch die Öffnungen 148 und
in die dritte Kammer 197, und (c) die Öffnung 211, durch
die Öffnungen 146 und
in die erste Kammer 195 hinein. Folglich befinden sich
die obere Kammer 140, die dritte Kammer 197 und
die erste Kammer 195 in Bezug auf die zweite und vierte
Kammer 196, 198 jeweils unter erhöhtem Druck.
Die sich ergebenden Druckunterschiede, die auf die obere Stirnwand 134,
Zwischenwand 135 und untere Stirnwand 136 einwirken,
verursachen die Bewegung des bewegbaren Zylinders 130 in
Richtung Bodenwand 127, d.h. von den in der 7 dargestellten
Stellungen zu den in der 8 dargestellten Stellungen.
-
Bei
Bewegung des bewegbaren Zylinders 130 aus der eingezogenen
Stellung zur ausgefahrenen Stellung nimmt das Volumen von je der
vierten Kammer 198 und zweiten Kammer 196 ab,
während das
Volumen von je der ersten Kammer 195, der dritten Kammer 197 und
der oberen Kammer 140 zunimmt. Gleichzeitig strömt jegliches
Fluid in der vierten Kammer 198 und der zweiten Kammer 196 durch die
Nuten 218, 216, und den Durchlass 214 hindurch und
aus dem zweiten Anschluss 204 heraus, der unter einem geringeren
Druck als der erste Anschluss 202 steht. Die weitere Anwendung
eines höheren Fluiddrucks
am ersten Anschluss 202 wird den bewegbaren Zylinder 130 veranlassen,
zum Ende seines Ausfahrhubs wie in 8 dargestellt
zu fahren, in welcher Stellung die untere Stirnwand 136 an
dem an der Bodenwand 127 befestigten vorderen Aufschlag 164 anliegt
und der Ventilstift sich am Ventilsitz befindet, um die Strömung durch
den Formeinlauf zu blockieren. Um den andernfalls gegen die untere
Stirnwand 136 wirkenden Widerstand zu vermeiden, wird die
sich zwischen der unteren Stirnwand 136 und der Bodenwand 127 befindliche
Luft durch eine Bohrung 145 in der Formplatte 144,
durch welche auch der Stab 128 hindurchgeht, abgelassen.
-
Um
das Ventil zu öffnen
und die Kunststoffschmelze in den Formhohlraum fließen zu lassen, wird
der erste Anschluss 202 von der Druckmittelquelle abgetrennt
und mit einem Behälter
unter geringerem Druck oder dergleichen in Verbindung gesetzt. Der zweite
Anschluss 204 wird dann mit der Druckmittelquelle verbunden
und das Druckmittel tritt in die Nute 212 ein, strömt in den
Durchlass 214 hinein und dann durch die Öffnungen 215, 217 in
die ringförmigen
Nuten 216, 218. Das Druckmittel strömt aus den ringförmigen Nuten 216, 218 durch
die Öffnungen 147, 149 in
der Seitenwant 172 und in die vierte Kammer 198 und
die zweite Kammer 196 hinein. Der gegen die innere Oberfläche der
oberen Stirnwand 143 und die Zwischenwand 135 wirkende
erhöhte
Druck führt
zum Einziehen des bewegbaren Zylinders 130 in den ortsfesten
Zylinder 132 hinein. Dadurch bewegt sich der Ventilstift
weg vom Einlauf, um den Schmelzstoff durch die Düse fließen zu lassen. Der andernfalls
zwischen der unteren Stirnwand 136 und der Bodenwand 127 erzeugte
reduzierte Luftdruck wird durch Einlass von Umgebungsluft durch
die den Stab 128 umgebende Bohrung 145 entlastet.
-
Deshalb
wird offensichtlich, dass ein erfindungsgemäßes Stellglied eine höhere Ausgangskraft bei
gleichem Zylinderdurchmesser liefert, so dass ein derartiges Stellglied
bei räumlich
begrenzten Gegebenheiten, welche Zylinder größeren Durchmessers ausschließen würden, sollten
höhere
Betätigungskräfte benötigt werden,
zum Einsatz kommen kann. Falls eine ähnlich räumliche Begrenzung besteht, aber
eine höhere
als die bei Einsatz eines einzelnen Kolbens zur Verfügung stehende
Betätigungskraft
erforderlich wäre,
aber nur ein verhältnismäßig niedriger
Fluiddruck vorhanden wäre,
würde das
erfindungsgemäße Stellglied
eine erhöhte
Betätigungskraft
bei diesem niedrigeren Fluiddruck liefern. Darüber hinaus kann wie durch die
alternative Ausführungsform
dargestellt die Betätigungskraft
wunschgemäß durch
Wiederholung der beschriebenen Anordnung ortsfester Kolben und dazwischen
liegender bewegbarer Zylinderwände
weiter vervielfältigt
werden, wodurch die Anzahl der Betätigungsoberflächen erhöht wird.
-
Technische Anwendbarkeit
-
Die
vorstehende Erörterung
und die dargestellten Ausführungsformen
der Erfindung erfolgten im Rahmen der Anwendung des Stellglieds
in einer Kunststoffspritzgussmaschine zum Regeln des eine Kunststoffschmelzestroms
aus einer Spritzeinheit zum Formhohlraum, um bei begrenztem Raum
oder bei niedrigen Fluiddruckgegebenheiten gesteigerte Betätigungskräfte zur
Verfügung
zu stellen. Für
die Fachleute dieser Technik wird offensichtlich sein, dass ohne
Abweichen von den Konzepten dieser Erfindung verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich
sind. Somit ist beabsichtigt, dass die beiliegenden Patentansprüche alle
derartigen Änderungen
und Modifikationen, die im Umfang dieser Erfindung begriffen sind,
umfassen.