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Dokumentenidentifikation DE102004016831B4 23.03.2006
Titel Vorrichtung zur Steuerung eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes
Anmelder Microcell Polymer Technology GmbH, 82166 Gräfelfing, DE
Erfinder Schürmann, Erich, Prof. Dr.-Ing., 48324 Sendenhorst, DE
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 01.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004016831
Offenlegungstag 20.10.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.03.2006
IPC-Hauptklasse B29C 44/60(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B29C 44/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B29C 45/76(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F15D 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes bei sehr hohen Drücken zur Einspeisung eines überkritischen Fluids in eine Kunststoffschmelze einer Kunststoffspritzgießmaschine, mit einem Gehäuse, das wenigstens eine Ventilkammer mit einer Zuleitung aufweist, wobei vor einer Einspeiseleitung ein Dichtsitz sowie ein zugehöriger Ventilkörper angeordnet ist, der durch ein von außen in die Ventilkammer ragendes Stellglied zumindest in eine Geschlossenstellung bewegbar ist.

Derartige Vorrichtungen sind aus dem nicht druckschriftlich belegbaren Stand der Technik bereits bekannt und werden im Kunststoffspritzgießprozess dazu benutzt, eine Fluideinspeisung in die Kunststoffschmelze, beispielsweise zum Aufschäumen, zu steuern. Es hat sich jedoch als problematisch erwiesen, den Bereich, in dem das von außen in die Ventilkammer ragende Stellglied angeordnet ist, zuverlässig und dauerhaft gegen das anstehende Fluid abzudichten. Im Stand der Technik werden hierzu gewöhnlicherweise Weichstoffdichtungen aus Kunststoff oder Gummi verwendet. Diese werden jedoch aufgrund der lösemittelähnlichen Eigenschaften überkritischer Fluide stark angegriffen. Von daher ist eine regelmäßige Dichtigkeitskontrolle sowie ein mit hohem Aufwand verbundener Austausch der Weichstoffdichtungen bei Vorrichtungen im Stand der Technik notwendig.

Die DD 225 090 A1 offenbart ein Doppelkugelventil, das zur Verstellung eines Steuerkolbens dient, wobei die Bewegung des Doppelkugelventils entsprechend über Hydraulikleitungen gesteuert wird, wobei zumindest in den Hydraulikleitungen jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist. Durch die entsprechende Steuervorrichtung wird eine Vereinzelung und Zuführung von scheiben- oder ringförmigen Werkstücken bewirkt.

Die DE 19 20 884 U betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasstromes für eine Steuerleitung mit einer Membran als Formteil aus Gummi oder Kunststoff. Ein Stößel ist an beiden Enden mit einem Ventilkegel versehen, wobei diese in gleicher Richtung wirken.

US 6 602 063 B1 offenbart eine Extrusionsvorrichtung mit einer Kammer, in der ein Kolben verschieblich gelagert ist. Dieser dient zum Zuführen eines Aufschäummittels, welches gegebenenfalls ein superkritisches Fluid sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, einen hinsichtlich Dichtigkeit problematischen Kontakt zwischen Weichstoffdichtungen und einem entsprechenden Stellglied mit überkritischem Fluid zu vermeiden und daher die Lebensdauer entsprechender Dichtungen erheblich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung erlaubt es auf vorteilhafte Weise, den problematischen Kontakt zwischen einer Weichstoffdichtung im Bereich des in die erste Ventilkammer hineinragenden Stellgliedes mit überkritischem Fluid zu vermeiden. Hierzu wird das Fluid über die zweite Ventilkammer zugeführt, deren Ventilkörper über das im Zwischenraum zwischen den beiden Ventilkammern angeordnete Koppelglied in Offenstellung bewegt wird, so dass auf ein Stellglied im Bereich der zweiten Ventilkammer und somit auf die im Stand der Technik problematische Abdichtung verzichtet werden kann.

Darüber hinaus weist die Vorrichtung einen weiteren, wesentlichen Vorteil auf. Aufgrund der gegensinnigen Verschlusszustände der Ventilkörper befindet sich die erste Ventilkammer nach der Fluideinspeisung, das heißt bei geschlossener zweiter Ventilkammer, in Offenstellung. Das im Bereich des Zwischenraumes und der Einspeiseleitung befindliche Fluid kann so über die Entlüftungsleitung der ersten Ventilkammer entweichen, so dass dieser Bereich drucklos ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Stellglied durch einen einfach wirkenden Pneumatikzylinder bewegt. Auf diese Weise wird der Verschlusskörper der zweiten Ventilkammer in Geschlossen-, der Verschlusskörper der zweiten Ventilkammer in Offenstellung gegen den anstehenden Fluidddruck bewegt. Die Rückbewegung erfolgt ausschließlich durch den in der zweiten Ventilkammer anstehenden Fluiddruck, womit eine Sicherheitsabschaltung der Einspeisung bei Störungen des Pneumatikzylinders gewährleistet ist.

Es ist jedoch auch denkbar, dass das Stellglied durch einen Hydraulikzylinder bewegt wird.

Aus konstruktiven Gründen ist es von Vorteil, wenn zumindest die Ventilkörper und das am Zwischenraum angeordnete Koppelglied in einer gemeinsamen Längsmittelachse liegen.

Weitere Vorteile ergeben sich insbesondere aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes bei sehr hohen Drücken zur Einspeisung eines überkritischen Fluids in eine Kunststoffschmelze einer Kunststoffspritzgießmaschine 31, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet ist.

Die Vorrichtung 10 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 11 mit einer ersten Ventilkammer 12 und einer zweiten Ventilkammer 13, die über einen gemeinsamen Zwischenraum 14 miteinander verbunden sind. Beide Ventilkammern 12, 13 weisen einen Ventilkörper 19 und 26 mit jeweils einem korrespondierenden Dichtsitz 15 und 16 auf, die in Geschlossenstellung die jeweilige Ventilkammer 12, 13 gegen den Zwischenraum 14 verschließen. Die Ventilkörper 19 und 26 sind über ein Koppelglied 27 voneinander beabstandet und auch, wie nachfolgend dargelegt, bewegungsgekoppelt. Der durch die Länge des Koppelgliedes 27 definierte Abstand A der Verschlusskörper 19 und 26 ist größer als der durch die Länge des Zwischenraumes 14 definierte Abstand B zwischen den Ventilkammern 12 und 13. Die zweite Ventilkammer 13 der Vorrichtung 10 ist über eine Zuleitung 24 mit einer Fluideinspeisung 25 und über die Einspeiseleitung 29 und ein Rückschlagventil 30 mit einer Einspeisedüse 32 der Kunststoffspritzgießmaschine 31 verbunden. Die Fluideinspeisung 25 weist einen nicht dargestellten Druckerzeuger auf, durch den das Fluid zur Einspeisung zusätzlich mit Druck beaufschlagt wird. Um die Ventilkörper 19 und 26 in Geschlossen- beziehungsweise in Offenstellung zu bewegen, weist die erste Ventilkammer 12 ein von außen in die Ventilkammer 12 hineinragendes Stellglied 20 auf. Dieses wird durch eine Bohrung 22 geführt und über einen Pneumatikzylinder 21 bewegt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, liegen die Ventilkörper 19, 26, der Zwischenraum 14, das Koppelglied 27, das in der Bohrung 22 angeordnete Stellglied 20 sowie der Pneumatikzylinder 21 auf einer gemeinsamen Längsmittelachse L.

Der Pneumatikzylinder 21 ist hier als doppelt wirkender Zylinder dargestellt, der durch Zuführen von gasförmigen Medien durch eine Einlassöffnung 33 in x-Richtung bzw. durch Zuführen von gasförmigen Medien durch eine Einlassöffnung 34 in y-Richtung bewegbar ist. Letztlich weist die erste Ventilkammer 12 noch eine Entlüftungsleitung 28 zur Druckentlastung des Zwischenraumes 14 der Einspeiseleitung 29 und des Rückschlagventiles 30 auf.

Im Ausgangszustand, der in der Zeichnung dargestellt ist, steht das Fluid unter Druck in der Zuleitung 24 unter Ventilkammer 13 an. Der Ventilkörper 26 wird durch den Fluiddruck gegen den zugehörigen Dichtsitz 16 gepresst und befindet sich in Geschlossenstellung wohingegen über das Koppelglied 14 der Ventilkörper 19 in Offenstellung bewegt ist. Das Rückschlagventil 30, die Einspeiseleitung 29, der Zwischenraum 14 und die Ventilkammer 12 sind drucklos. Zur Einspeisung von überkritischem Fluid in die Kunststoffspritzgießmaschine beziehungsweise zum Ändern des Schaltzustandes der Vorrichtung 10 wird dem Pneumatikzylinder 21 über den Einlass 33 Luft zugeführt. Dieser bewegt sich dann in x-Richtung und schiebt das Stellglied 20 gegen den Verschlusskörper 19 und diesen weiter auf seinen korrespondierenden Dichtsitz 15 in Geschlossenstellung. Die Bewegung des Verschlusskörpers 19 in x-Richtung verursacht über das im Zwischenraum 14 gelegene Koppelglied 27 eine synchrone Bewegung des Verschlusskörpers 26 gegen den Fluiddruck in x-Richtung, wodurch der Verschlusskörper 26 seine Offenstellung erreicht. Das Fluid kann nun durch die Zuleitung 24 über die geöffnete Ventilkammer 13, den Zwischenraum 14 und die Einspeiseleitung 29 bis zum Rückschlagventil 30 strömen. Der Fluiddruck öffnet das Rückschlagventil 30, so dass die Einspeisung des Fluids über die Düse 32 in die Spritzgießmaschine 31 erfolgt.

Um die Fluideinspeisung zu unterbrechen, wird dem dargestellten, doppelt wirkenden Pneumatikzylinder 21 über den Einlass 34 ein gasförmiges Medium zugeführt und so in y-Richtung bewegt, wobei sich das mit dem Pneumatikzylinder 21 gekoppelte Stellglied 20 ebenfalls in seine Ausgangsstellung zurückbewegt. Der in der Ventilkammer 13 weiterhin anstehende Fluiddruck bewegt nun den Verschlusskörper 26 sofort in y-Richtung gegen den zugehörigen Dichtsitz 16 in Geschlossenstellung, womit die Fluideinspeisung gestoppt wird. Aufgrund der Bewegung des Verschlusskörpers 26 bewegt sich auch das Koppelglied 27 und der Verschlusskörper 19 in y-Richtung, wodurch die erste Ventilkammer geöffnet wird. Da die Ventilkammer 12 über die Entlüftungsleitung 28 mit einer drucklosen Umgebung verbunden ist, werden das Rückschlagventil 30, die Einspeiseleitung 29 und der Zwischenraum 14 sofort druckentlastet. Das in den vorgenannten Bereichen noch befindliche Restfluid sinkt unter seinen kritischen Punkt, wird gasförmig und strömt durch die Ventilkammer 12 und die Entlüftungsleitung 28 aus.

Sofern anstatt des dargestellten doppelt wirkenden Pneumatikzylinders 21 ein einfach und notwendigerweise nur in x-Richtung wirkender Zylinder 21 in der Vorrichtung 10 eingesetzt wird, wird der Verschlusszustand der Vorrichtung 10 allein durch den auf den Ventilkörper 26 wirkenden Fluiddruck induziert. Hierzu wird der einfach wirkende Zylinder 21 zum Beenden der Fluideinspeisung entsprechend druckentlastet.

Durch die aus der Zeichnung und Beschreibung hervorgehende vorteilhafte Anordnung zweier gegensinnig schließender Ventilkörper 19 und 26 sowie durch die in der Ventilkammer 12 angeordnete Entlüftungsleitung 28 ist gewährleistet, dass die Ventilkammer 12 in jedem Betriebszustand im Wesentlichen drucklos ist. Daher kann im Bereich der Bohrung 22, in der das Stellglied 20 beweglich gelagert ist, auf die im Stand der Technik nachteiligen Weichstoffdichtungen verzichtet werden. Ist die Bohrung 22 dennoch auf herkömmliche Weise gegen die Ventilkammer 12 abgedichtet, weisen die Weichstoffdichtungen eine wesentlich höhere Standzeit auf, da das Fluid beim Ausströmen seine lösemittelähnlichen Eigenschaften durch den Druckabfall verliert. Die Gefahr des Aufweichens der Weichstoffdichtungen durch das Fluid besteht daher nicht mehr.

Die Druckentlastung des Rückschlagventiles 30 nach erfolgter Einspeisung hat darüber hinaus den Vorteil, dass ein sicheres, schlagartiges Schließen des Rückschlagventiles 30 gewährleistet ist, so dass keine Schmelze in den Bereich der Einspeiseleitung 29 gelangen kann.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Gas- oder Flüssigkeitssteuerung bei sehr hohen Drücken zur Einspeisung eines überkritischen Fluids in eine Kunststoffschmelze einer Kunststoffspritzgießmaschine, mit einem Gehäuse, das wenigstens eine Ventilkammer mit einer Zuleitung aufweist, wobei vor einer Einspeiseleitung ein Dichtsitz sowie ein zugehöriger Ventilkörper angeordnet ist, der durch ein von außen in die Ventilkammer ragendes Stellglied zumindest in eine Geschlossenstellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Ventilkammer (12) durch einen Zwischenraum (14) beabstandet eine zweite Ventilkammer (13) vorgelagert ist, dass die Einspeiseleitung (29) im Bereich des Zwischenraumes (14) angeordnet ist, dass zwischen den in den beiden Ventilkammern (12, 13) angeordneten Ventilkörpern (19, 26) ein Koppelglied (27) angeordnet ist, dessen Länge den Abstand (B) der Ventilkammern (12, 13) übersteigt, dass die erste Ventilkammer (12) mit einer Entlüftungsleitung (28) versehen ist, und dass durch die Betätigung des Stellgliedes (20) sowie den Fluiddruck ein gegensinniger Verschlusszustand der Ventilkörper (19, 26) gewährleistet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (20) durch einen einfach wirkenden Pneumatikzylinder (21) betätigt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied durch einen Hydraulikzylinder betätigt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Ventilkörper (19, 26) und das im Zwischenraum (14) angeordnete Koppelglied (27) in einer gemeinsamen Längsmittelachse (L) liegen.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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