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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontrollierten
Ablassen von Gas und verunreinigenden Feststoffteilchen aus einem
gasunterstützten
Spritzgussformwerkzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein Ablassventil für ein
gasunterstütztes
Formwerkzeug, das zum Regulieren des Gasablasses aus dem Formwerkzeughohlraum
eine Gasregeleinrichtung verwendet.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Beim
gasunterstützten
Spritzgießen
muss das Gas, das zum Ausfüllen
des Formwerkzeughohlraums verwendet wird, abgelassen werden, bevor das
Formwerkzeug geöffnet
werden kann, um das Formteil zu entnehmen. Dieses Ablassen des Gases wird
normalerweise durch dieselbe Einrichtung geregelt, die dafür verwendet
wird, das Formwerkzeug mit Druck zu beaufschlagen, d. h. eine Gasregeleinrichtung.
Infolge dieses doppelten Verwendungszwecks ist die Gasregeleinrichtung
direkt Stoffteilchen und Kondensationsgasen ausgesetzt, die nach
dem Befüllungsvorgang
aus dem Formwerkzeughohlraum ausgestoßen werden. Diese ausgestoßenen Kontaminanten überziehen
das Verrohrungssystem, das die Gasregeleinrichtung mit dem Formwerkzeug
verbindet, in charakteristischer Weise mit einer Schicht. Im Lauf
der Zeit blockieren abgelagerte Kontaminanten die Rohre, was zu
einer erheblichen Beeinträchtigung
der Funktionstüchtigkeit
und Effizienz der Arbeitsabläufe
der Regeleinrichtung führen
kann. Die Regeleinrichtung ist auch anfällig gegen Schäden, die
durch die Ablagerung von Formgaskontaminanten verursacht werden,
und ist Stoffteilchen und Kondensationsgasen ausgesetzt, die aus
dem Formwerkzeughohlraum ausgestoßen werden.
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Auf
diesem technischen Gebiet wurden bereits eine Vielzahl von Verfahren
offenbart, um diese und andere schädliche Auswirkungen des Rückstromes
von Stoffteilchen durch die Gasregeleinrichtung oder die Rohrleitungen,
welche die Regeleinrichtung mit dem Formwerkzeug verbinden, zu überwinden. Bei
einem Verfahren wird ein Rückschlagventil
verwendet, das in den Rohrleitungen zwischen der Regeleinrichtung
und dem Formwerkzeug angeordnet ist, um die Formgase direkt ins
Freie oder in ein Recyclingsystem hinein abzulassen. Bei einem alternativen
Verfahren ist ein mechanisch öffnendes
Ventil am Formwerkzeugeinlassrohr stromabwärts des Rückschlagventils angebracht.
Ein weiteres Verfahren ist in EP-A-309182 offenbart.
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Obgleich
diese den Stand der Technik darstellenden Verfahren ein Entlüften der
Form ohne einen Rückstrom
von Kontaminanten durch die Gasregeleinrichtung hindurch ermöglichen,
haben sie den Nachteil, dass sie den Formwerkzeughohlraum während der
gesamten Entlüftungs-Produktionsphase von
der Gasregeleinrichtung trennen. Vor allem aber ist die Gasregeleinrichtung
nicht mehr in der Lage, das Entlüften
des Formwerkzeughohlraums zu steuern. Darum wäre es von Vorteil, über ein
Mittel zum Entlüften
des Formwerkzeughohlraums zu verfügen, wobei eine Gasregeleinrichtung
die Fähigkeit
behält, die
Entlüftungsabläufe zu regeln,
ohne dass kontaminiertes Formgas zurück durch die Regeleinrichtung geleitet
werden muss.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
erfindungsgemäßes Ablassventil
für ein gasunterstütztes Formwerkzeug
enthält
einen kuppelbeschickten Druckregler mit einem Kolben zum Anlegen
eines zuvor festgelegten Drucks an den Regler. Der Druck wird auf
ein Kuppel-Sitz-Flächenverhältnis von
mehr als 1:1, vorzugsweise jedoch nahe 1:1, kalibriert, weil dies
die Sitzseite des Reglers mit einem ausreichend hohen Vorspanndruck versieht,
um eine Abdichtung aufrecht erhalten zu können. Diese Kalibrierung ermöglicht es,
dass der stromabwärtige
Ventildruck durch den stromaufwärtigen
Druck geschlossen und ausgeglichen wird. Vorzugsweise ermöglicht das
Verhältnis
von 1:1 es dem Ventil, den stromabwärtigen Druck gleich dem niedrigsten
Sollwertdruck abzulassen, der durch die stromaufwärtige Gasregeleinrichtung
erreicht werden kann.
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Das
Ventil der vorliegenden Erfindung enthält einen Druckregler, der einen
Körper
mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass aufweist. Eine Entlüftungsöffnung ist
in dem Körper
zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass ausgebildet. Der Einlass
steht mit der Gasregeleinrichtung in Fluidverbindung, und der Auslass
steht mit dem Formwerkzeughohlraum in Fluidverbindung. Ein Kolben
ist zur Hin- und Herbewegung innerhalb des Körpers eingebaut und kann zwischen
einer ersten Position zum Schließen und einer zweiten Position
zum Öffnen
der Entlüftungsöffnung bewegt
werden. Schließlich
steht ein Rückschlagventil
mit dem Einlass und dem Auslass in strömungsmäßiger Verbindung und hat eine offene
Position, um Gas vom Einlass zum Auslass strömen zu lassen, und eine geschlossene
Position, um die Strömung
von Gas vom Auslass zum Einlass zu sperren. Das Rückschlagventil
behält
einen leichten Vorspannngs-Rückstaudruck
aufrecht, weil seine interne Feder parallel mit dem Ablassventil
verbunden ist oder in demselben Ventilkörper untergebracht ist und
dabei den Ventilkolben umgeht. Das Rückschlagventil und eine zugehörige Umgehungsleitung bilden
einen Gaspfad zur Druckbeaufschlagung des Formwerkzeugs und zum
Blockieren eines vom Formwerkzeug kommenden Gasstromes.
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Während des
Betriebes drängt
in den Einlass eintretendes Gas den Kolben in seine erste Position, strömt durch
das Rückschlagventil
in den Auslass hinein und tritt dann in den Formwerkzeughohlraum ein.
Aus dem Formwerkzeughohlraum austretendes Gas drängt den Kolben in seine zweite
Position, um die Entlüftungsöffnung zu öffnen und
das Gas auszustoßen.
Diese Anordnung ermöglicht
es, dass die Regeleinrichtung die im Formwerkzeughohlraum anliegenden
Drücke überwachen
kann, während
sie gleichzeitig verhindert, dass Gas und Kontaminanten aus dem
Formwerkzeughohlraum zurück
durch die Regeleinrichtung strömen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Ablassventils für ein gasunterstütztes Formwerkzeug.
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Ablassventils für ein gasunterstütztes Formwerkzeug,
wobei das Rückschlagventil
in der geöffneten
Position und der Druckregelkolben in der geschlossenen Position
gezeigt ist, wodurch der Formwerkzeughohlraum mit Druck beaufschlagt
wird.
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Ablassventils für ein gasunterstütztes Formwerkzeug,
wobei das Rückschlagventil
in der geschlossenen Position und der Druckregelkolben in der geöffneten
Position gezeigt ist, wodurch der Formwerkzeughohlraum entlüftet wird.
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Ablassventils für ein gasunterstütztes Formwerkzeug,
wobei das Rückschlagventil
in der geschlossenen Position und der Druckregelkolben in der geöffneten
Position gezeigt ist, wodurch der Formwerkzeughohlraum entlüftet wird.
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5 ist
eine Querschnittsansicht der in 4 gezeigten
Ausführungsform,
wobei jedoch das Rückschlagventil
in der geöffneten
Position und der Druckregelkolben in der geschlossenen Position
gezeigt ist, wodurch der Formwerkzeughohlraum mit Druck beaufschlagt
wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
einer gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Ablassventilvorrichtung 10 für ein gasunterstütztes Formwerkzeug
mit einem kuppelbeschickten Druckregler 12 und einem Rückschlagventil 14 zwischen
der Gasregeleinrichtung 16 und einem Formwerkzeug 18 gezeigt.
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Wie
in 1 weiterhin zu sehen, enthält der Druckregler 12 der
vorliegenden Erfindung einen Reglerkörper 20 mit einem
Gaseinlassabschnitt 22 und einem Gasauslassabschnitt 24.
Ein Kolben 26 ist vorzugsweise verschiebbar in dem Gaseinlassabschnitt 22 angeordnet
und kann zwischen einer (nicht gezeigten) zweiten Position und einer
ersten Position 30, wo er den Sitz 32 eines Endes 34 des
Auslassabschnitts 24 abdichtend berührt, verschoben werden. Eine
Entlüftungsöffnung 36 ist
vorzugsweise in dem Einlassabschnitt 22 des Körpers 20 nahe
dem Kolben 26 angeordnet. In der zweiten Position ist der Kolben 26 vom Ende 34 dergestalt
beabstandet, dass Gas um den Kolben 26 herum zur Entlüftungsöffnung 36 strömen kann.
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Der
Kolben 26 ist so bemessen, dass der Regler 12 so
kalibriert ist, dass er ein Kuppel-Sitz-Flächenverhältnis von mehr als 1:1, vorzugsweise
jedoch nahe 1:1, aufweist, so dass (wie weiter unten noch erklärt wird)
der Kolben 26, wenn er sich in der ersten Position 30 befindet,
einen Vorspannungsdruck auf den Sitz 32 am Auslassabschnitt 24 ausübt und so
eine Abdichtung herstellt. Dieses Verhältnis von nahe 1:1 gestattet
auch, dass der Kolben 26 durch stromaufwärtigen Druck
von der Gasregeleinrichtung 16 geschlossen und ausgeglichen
wird. Besonders bevorzugt (wie weiter unten noch besprochen wird)
gestattet das Verhältnis
nahe 1:1 es dem erfindungsgemäßen Ventil 10,
stromabwärtigen Druck
gleich dem niedrigsten Sollwertdruck abzulassen, der durch die stromaufwärtige Gasregeleinrichtung 16 erreicht
werden kann.
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Wie
in 1 weiterhin zu sehen, ist ein Rückschlagventil 14 am
Gaseinlassabschnitt 22 des Reglers 12 angebracht.
Das Rückschlagventil 14 enthält vorzugsweise
eine interne Feder 40, die einen leichten Vorspannngs-Rückstaudruck
auf den Ventilkopf 42 ausübt. Somit stellt die Vorspannungsanordnung
des Rückschlagventils 14 einen
Durchgang für das
Gas von der Gasregeleinrichtung 16 bereit, um das Formwerkzeug 18 mit
Druck zu beaufschlagen, doch es verhindert, das Gas aus dem Formwerkzeug 18 ausströmt.
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Eine
Umgehungsleitung 38 verbindet das Rückschlagventil 14 mit
dem Gasauslassabschnitt 24 des Reglers 12.
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Vorzugsweise
ist das Rückschlagventil 14 in demselben
Ventilkörper 10 untergebracht
wie der Regler 12.
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Wenden
wir uns den 2 und 3 zu, wo eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
einer gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Ablassventilvorrichtung 110 für ein gasunterstütztes Formwerkzeug
mit einem kuppelbeschickten Druckregler 112 und einem Rückschlagventil 114 zwischen einer
Gasregeleinrichtung 116 und einem Formwerkzeug 118 gezeigt
ist. Die in den 2 und 3 gezeigte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung funktioniert im Wesentlichen in der gleichen
Weise wie die in 1 gezeigte Ausführungsform
und unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
Ausführungsform
im Wesentlichen lediglich durch eine andere Anordnung der einzelnen
Teile der Ventilvorrichtung 110. Darum wurden die einzelnen
Teile des Reglers 110 mit Bezugszahlen versehen, die sich
von den Bezugszahlen der in 1 gezeigten
Ausführungsform
dadurch unterscheiden, dass ihnen eine 1 vorangestellt wurde.
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Wie
in den 2 und 3 weiterhin zu sehen, enthält der Druckregler 112 der
vorliegenden Erfindung einen Reglerkörper 120 mit einem
Gaseinlassabschnitt 122 und einem Gasauslassabschnitt 124.
Ein Kolben 126 ist vorzugsweise verschiebbar in dem Gaseinlassabschnitt 122 angeordnet
und kann zwischen einer ersten Position 128 und einer zweiten Position 130 (siehe 3)
verschoben werden. In der ersten Position 128 berührt ein
Kugelabschnitt 129 des Kolbens 126 in abdichtender
Weise einen Sitz 132 eines Endes 134 des Auslassabschnitts 124. Eine
Entlüftungsöffnung 136 ist
vorzugsweise in dem Einlassabschnitt 122 des Körpers 120 nahe
dem Kolben 126 angeordnet. In der zweiten Position des
Kolbens 126 wird der Kugelabschnitt 129 von dem
Sitz 132 dergestalt fortbewegt, dass sich die Entlüftungsöffnung 136 öffnet.
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Der
Kolben 126 ist so bemessen, dass der Regler 112 so
kalibriert ist, dass er ein Kuppel-Sitz-Flächenverhältnis von mehr als 1:1, vorzugsweise
jedoch nahe 1:1, aufweist, so dass (wie weiter unten noch erklärt wird)
der Kolben 126, wenn er sich in der ersten Position 128 befindet
(siehe 2), einen Vorspannungsdruck auf den Sitz 132 am
Auslassabschnitt 124 ausübt und so eine Abdichtung herstellt.
Dieses Verhältnis
von nahe 1:1 gestattet auch, dass der Kolben 126 durch
stromaufwärtigen
Druck von der Gasregeleinrichtung 116 geschlossen und ausgeglichen
wird. Besonders bevorzugt (wie weiter unten noch besprochen wird)
gestattet das Verhältnis nahe
1:1 es dem erfindungsgemäßen Ventil 110, stromabwärtigen Druck
gleich dem niedrigsten Sollwertdruck abzulassen, der durch die stromaufwärtige Gasregeleinrichtung 116 erreicht
werden kann.
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Wie
in den 2 und 3 weiterhin zu sehen, ist eine
strömungsmäßige Verbindung
mit einer Umgehungsleitung 138 gezeigt, die eine strömungsmäßige Verbindung
zwischen dem Gaseinlass 122 und dem Auslass 124 des
Reglers 112 herstellt. Ein Rückschlagventil 114 ist
in der Umgehungsleitung 138 angeordnet. Das Rückschlagventil 114 enthält vorzugsweise
eine interne Feder 140, die einen leichten Vorspannngs-Rückstaudruck
auf einen Ventilkopf 142 ausübt. Somit stellt die Vorspannungsanordnung des
Rückschlagventils 114 einen
Durchgang für
das Gas von der Gasregeleinrichtung 116 bereit, um das Formwerkzeug 118 mit
Druck zu beaufschlagen (siehe 2), doch
es verhindert, das Gas aus dem Formwerkzeug 118 ausströmt (siehe 3).
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Im
Gegensatz zu der Ausführungsform
von 1 ist das Rückschlagventil 114 in
der Ausführungsform
der 2 und 3 parallel zu dem Regler 112 zwischen
Segmenten der Umgehungsleitung 138 angeschlossen. Das Rückschlagventil 114 ist
mit dem Gasauslassabschnitt 124 des Reglers 112 verbunden.
Vorzugsweise ist das Rückschlagventil 114 in
demselben Ventilkörper 110 untergebracht
wie der Regler 112.
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Wenden
wir uns nun den 4 und 5 zu, wo
eine weitere alternative Ausführungsform
einer gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Ablassventilvorrichtung 210 für ein gasunterstütztes Formwerkzeug
gezeigt ist. Die weitere Ausführungsform
enthält
vorzugsweise einen Regler 220 mit einem Gaseinlassabschnitt 222 und
einem Gasauslassabschnitt 224. Ein Kolben 226 ist
verschiebbar in dem Gaseinlassabschnitt 222 angeordnet
und kann zwischen einer ersten Position 228 (5)
und einer zweiten Position 230 (4) verschoben
werden. In der ersten Position 228 berührt der Kolben 226 in
abdichtender Weise einen Sitz 232, der in dem Auslassabschnitt 224 ausgebildet
ist. In der zweiten Position 230 ist der Kolben 226 von
dem Sitz 232 beabstandet. Eine Entlüftungsöffnung 236 ist vorzugsweise
in dem Einlassabschnitt 222 des Körpers 220 nahe dem Kolben 226 dergestalt
angeordnet, dass, wenn sich der Kolben 226 in der ersten
Position 228 befindet, eine Strömung durch den Einlassabschnitt 222 erfolgt
und der Auslassabschnitt 224 geschlossen ist, aber auf
den Kolben 226 Druck von der Einlassseite und der Auslassseite
des Reglers einwirkt. Wenn der Gasauslassdruck den Gaseinlassdruck überwindet, so
wird der Kolben 226 in die Position 230 bewegt, und
das Gas wird durch die Entlüftungsöffnung 236 abgelassen.
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Der
Gaseinlassabschnitt 222 des Reglerkörpers 220 enthält einen
Umgehungsdurchgang 238, der den Gaseinlassabschnitt 222 des
Reglers 220 mit dem Gasauslassabschnitt 224 verbindet.
Ein Rückschlagventil 242 ist
in dem Durchgang 238 angeordnet und öffnet, wenn die Differenz zwischen
Gaseinlassdruck und Gasauslassdruck einen zuvor festgelegten Wert überschreitet.
Der Gaseinlassabschnitt 222 des Reglers 220 steht
in Fluidverbindung mit einer Regeleinrichtung 216, und
der Gasauslassabschnitt 224 des Reglers 220 ist
mit einem Formwerkzeug 218 verbunden.
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Obgleich
lediglich die Funktionsweise der Ausführungsform der 2 und 3 eingehend beschrieben
wird, ist klar, dass die Ausführungsform von 1 und
die Ausführungsform
der 4 und 5 im Wesentlichen genauso funktionieren
wie die Ausführungsform
der 2 und 3. Im Betrieb beginnt die Gasregeleinrichtung 116,
die stromaufwärts
des Ventils 110 angeordnet ist, bei Erhalt eines Startsignals
von dem Formwerkzeug, den Gaseinlassabschnitt 122 des Reglers 112 mit
Druck zu beaufschlagen. Mit zunehmendem Druck im Einlass 122 wird
der Kolben 126 aus einer zweiten Position 130 (siehe 3)
in eine erste Position 128 (siehe 2) gedrängt, wodurch
die Entlüftungsöffnung 136 in
abdichtender Weise geschlossen wird. Danach drängt der zunehmende Druck im
Einlassabschnitt 122 das Rückschlagventil 114 in
eine geöffnete
Stellung, wodurch Gas durch die Umgehungsleitung 138 zum Gasauslassabschnitt 124 und
in den Formwerkzeughohlraum 118 hinein strömen kann. Darum
behält
die Gasregeleinrichtung 116 während dieser Druckbeaufschlagungsphase
die volle Kontrolle über
den zunehmenden Druck im Formwerkzeughohlraum 118.
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Wenden
wir uns 3 zu. An dem Punkt, an dem mit
dem Absenken des Druckprofils des Formwerkzeughohlraums begonnen
werden muss, senkt die Gasregeleinrichtung 116 den Druck
des Gases, das in das Ventil 110 eintritt. Mit abnehmendem Druck
am Einlass 122 des Reglers 112 drängt die
interne Feder 140 des Rückschlagventils 114 das Rückschlagventil 114 zurück in eine
geschlossene und abgedichtete Konfiguration. Infolge des Schließens des
Rückschlagventils 114 wird
verhindert, dass kontaminiertes Gas aus dem Formwerkzeug zurück in die
Regeleinrichtung 116 strömt.
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In
dem Maße,
wie die Gasregeleinrichtung 116 den Druck am Gaseinlassabschnitt 122 des Rückschlagventils 114 weiter
senkt, nimmt der Druck auf den Kolben 126 vom Gaseinlassabschnitt 122 (d. h.
die Kraft, die den Kolben 126 in der ersten Position hält) ebenfalls
ab. Infolge dessen drängt
Gasdruck vom Formwerkzeughohlraum 118 den Kolben 126 in die
zweite Position 130. Die Rückkehr des Kolbens 126 in
die zweite Position 130 öffnet vorzugsweise die Entlüftungsöffnung 136 und
gestattet das Ablassen des Gases aus dem Formwerkzeughohlraum ins Freie.
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Es
ist zu beachten, dass, wenn der von der Gasregeleinrichtung 116 angelegte
Druck zu irgend einem Zeitpunkt während des Druckprofils ansteigen würde, der Druckanstieg
sich in einem Ansteigen der Kraft des Kolbens 126 widerspiegeln
würde,
und die Entlüftungsöffnung 136 würde sich
wieder schließen. Ein
Druckanstieg würde
des Weiteren das Rückschlagventil 114 in
eine geöffnete
Stellung drängen und
würde sich
in einem Anstieg des Drucks in dem Formwerkzeug widerspiegeln. Ein
anschließendes Absinken
des Drucks der Gasregeleinrichtung würde dazu führen, dass sich das Rückschlagventil 114 schließt, und
infolge der abnehmenden Druckkraft auf den Kolben 126 würde das
Gas wieder von dem Formwerkzeug durch die Entlüftungsöffnung 136 strömen, bis
die Drücke
auf den Kolben 126 wieder gleich sind.
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Es
ist zu sehen, dass eine Gasregeleinrichtung für einen Formgebungsvorgang
bereitgestellt wurde, welche die Kontrolle über das Zuführen und Ablassen von Gas zu
bzw. aus einem Formwerkzeug gestattet, ohne dass Gase durch die
Regeleinrichtung zurückströmen.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung anhand konkreter bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, leuchtet ein, dass Fachleute verschiedene andere
Modifikationen und Änderungen
vornehmen könnten,
ohne dass dabei der Geltungsbereich der Erfindung, wie er in den
folgenden Ansprüchen beschrieben
ist, verlassen wird.