Vorrichtung zur Prozesslufterzeugung und Verfahren zur Entformung von Formteilen für Spritzgießmaschinen

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine fluidtechnische Vorrichtung für Anwendungen auf Spritzgießmaschinen, welche Prozessluft benötigen und an die hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Entformung gestellt werden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Verschlusskappen der Fall, es kann aber auch andere Anwendungen betreffen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Prozesslufterzeugung bzw. -Steuerung, welche beispielsweise zur Herstellung von offenen Hohlkörpern, z.B. von Rotationskörpern oder becherförmigen Formteilen (Spritzgießteilen, auch Spritzlinge genannt), wie Verschlüsse von Flaschen, eingesetzt werden kann. Dabei wird erfindungsgemäß die Prozessluft bei zwei unterschiedlichen Drücken verwendet. So wird beispielsweise zuerst zur Wölbung des Bodens der offenen Hohlkörper-Formteile (d.h. zur Bodenausprägung) Vorluft bei einem ersten Druck und für den anschließenden Auswurfvorgang aus dem Spritzgießwerkzeug durch Ab- bzw. Ausblasen der Formteile zwecks Entformung Blasluft bei einem zweiten Druck, welcher einen anderen Wert aufweist als der erste Druck, verwendet.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In den letzten Jahren haben sich Kunststoffverschlüsse in der Getränkeindustrie durchgesetzt. Diese werden hauptsächlich auf Spritzgießmaschinen hergestellt. Diese Verschlüsse werden bei der Herstellung auf der Spritzgießmaschine nach Erreichen der Formstabilität im freien Fall aus dem Spritzgießwerkzeug ausgeworfen. Da die Verschlüsse in einer Massenproduktion hergestellt werden, wird pro Produktionszyklus nicht nur eine, sondern mehrere Kavitäten gefüllt, die einerseits neben- als auch übereinander angeordnet sind. Je nach Art des Formteils oder des Verschlussprinzips ergeben sich in der Beschaffenheit der Kavität als auch in der Art des Auswurfs Unterschiede. Zu Beginn der Produktion von Kunststoffverschlüssen war es Stand der Technik das Werkzeug aus den Verschlüssen auszudrehen. Da dies wertvolle Zykluszeit beansprucht, werden heute wo geometrisch möglich die Verschlüsse zwangsentformt. Das bedeutet, sie werden vom Gewinde des Kems gedrückt, teils mit mechanischer, teils mit pneumatischer Unterstützung.

Der Auswurfvorgang und das entstehende Fallbild der Verschlüsse beim Auswurf beeinflusst die Prozesssicherheit und/oder die Zykluszeit der Spritzgießmaschine, wobei beides, eine hohe Prozesssicherheit als auch eine kurze Zykluszeit, den Ertrag sowie den Durchsatz des Spritzgieß-prozesses verbessert.

Häufig wird während des Spritzprozesses der Verschlüsse Druckluft eingesetzt. Einerseits ist die sogenannte Vorluft während der Entformungsphase ein prozesstechnisches Erfordernis für das Lüften des Verschlusses vom Kem durch ein Wölben des Verschlusses. Hierzu wird Druckluft zwischen den Verschluss und den Kem in die Trennebene zwischen Kernstirnfläche und gewindefernen Verschlusskörper bei geschlossenem Werkzeug eingebracht. So wird das Ablösen des Verschlusses vom Kem vereinfacht, da das entstandene Vakuum überwunden wird. Ist der Verschluss dann vom Kem mechanisch abgelöst, wird andererseits in einzelnen Fällen über den gleichen Luftanschluss die Prozessluft zwecks Distanzierung der Kappen relativ zur Kavität genutzt, indem die Druckluft zeitnah zum Auswurfvorgang für kurze Zeit betätigt wird. Damit wird unterstützt, dass die Verschlüsse nicht an Werkzeugteilen aufschlagen und somit sicher das Spritzgießwerkzeug im freien Fall in Richtung Förderband verlassen. Das hauptsächliche Auswerfen geschieht aber mechanisch. Der Auswerfer wird dabei mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Formschluss nach vom gefahren. Anschließend wird die bewegliche Seite des Werkzeugs möglichst schnell in Richtung hintere Endlage weggefahren. Dadurch entsteht ein Fallbild ähnlich dem eines Wasserfalls. In bestehenden Spritzgießmaschinen ist der Druck der Prozessluft meist immer gleich, d.h. die Vorluft und die Blasluft haben denselben Druck.

Es ist Stand der Technik, dass die produzierten Verschlüsse während der Öffnungsbewegung des Spritzgießwerkzeugs abgeworfen werden, so wird wertvolle Zykluszeit eingespart. Der zusätzliche Einsatz von Blasluft unterstützt, dass die Verschlüsse vom Spritzgießwerkzeug distanziert werden und erhöht somit die Prozesssicherheit.

Der Auswurfvorgang ist zeitkritisch. Das gewünschte, geradlinige Fallbild unterliegt verschiedenen physikalischen Einflussgrößen. Die Verschlüsse sollen möglichst immer mit gleichem Fallbild aus dem Spritzgieß-werkzeug fallen, wenn der Prozess einmal eingestellt wurde. Wird dieser Prozess gestört oder unterliegt er Schwankungen, so leidet die Prozesssicherheit. Solche Schwankungen im Druck der Blasluft können durch Aktoren aller Art in der Schließeinheit, im Auswerfer oder in der Blasluftsteuerung auftreten und physikalischer oder steuerungstechnischer Natur sein. Gerade Schwankungen in der Prozessluft durch sich ändernde Drücke und Strömungszeiten der Luft können dazu führen, dass die Verschlüsse nicht mehr wie gewünscht fallen. Die Art und Weise wie die Verschlüsse fallen, kann durch den Luftdruck als auch die Ansteuerzeit des Pneumatikventils beeinflusst werden. Allerdings unterliegt dieser Blasprozess engen Grenzen. Fallen die Verschlusskappen in den Luftstrom der nächstunteren Kavität, drehen sie sich, werden verwirbelt oder werden zu stark in Richtung der düsenseitigen Spritzgießwerkzeughälfte geblasen. Deswegen wird Blasluft selten für das Abblasen der Verschlüsse genutzt. Ist die Ansteuerung der Blasluft zu kurz, so erfolgt kein Lüften des Verschlusses. Streuungen in der Luftsteuerung und das einhergehende unvorhersehbare Verhalten erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Prozessstörung.

Weil heute herkömmlicherweise die genutzten pneumatischen Ventile zwei

Prozesse mit nur einem Druck bewerkstelligen müssen, einerseits als Vorluft zur Wölbung des Bodens der Verschlüsse und andererseits als Blasluft zum Auswurf und Distanzierung der Verschlüsse relativ zur beweglichen Spritzgießwerkzeughälfte, sind die Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der pneumatischen Ventile als auch aller beteiligten Achsen sehr hoch.

Es besteht daher im Bereich der Spritzgießmaschinen ein Bedürfnis nach (alternativen) Vorrichtungen und Verfahren, welche zu einer verbesserten (z.B. zuverlässigeren) bzw. einfacheren Entformung von Formteilen führen als mit den derzeit bekannten Mitteln.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Prozessluft für Spritzgießmaschine anzugeben, mit welcher eine verbesserte Entformung der Formteile erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 spezifizierte Vorrichtung gelöst. Mit Hilfe der Erfindung kann eine Spritzgießmaschine ausgerüstet werden, die dann die Vorzüge der Erfindung in der Produktion umsetzt. Eine solche Spritzgießmaschine wird in Anspruch 10 angegeben. Ferner ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Entformung von Formteilen bereitzustellen, was durch das in Anspruch 13 definierte Verfahren erreicht wird. Schließlich soll eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen werden. Eine solche Verwendung wird in Anspruch 17 angegeben. Spezifische Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen aufgeführt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Spritzgießmaschine mit einem Spritzgießwerkzeug, welche zur Bereitstellung von Prozessluft bei einem ersten und einem im Vergleich dazu verschiedenen (d.h. höheren oder tieferen) zweiten Druck dient, umfasst eine serielle Anordnung von zwei Ventilen, wobei das erste Ventil einerseits mit einer ersten Druckquelle mit dem ersten Druck sowie andererseits mit einem (Luft-)Kanal, welcher in das Spritzgießwerkzeug führt, verbunden ist, und das zweite Ventil mit einer zweiten Druckquelle mit dem zweiten Druck sowie einer Entlüftungsleitung verbunden ist, wobei das erste und zweite Ventil, derart ausgeführt und ansteuerbar sind, dass der (Luft-)Kanal jeweils entweder mit dem ersten Druck oder mit dem zweiten Druck beaufschlagt werden kann.

Die Idee der Erfindung und der Unterschied der Erfindung im Vergleich zu bekannten Lösungen ist die Nutzung von zwei verschiedenen, (im Voraus) einstellbaren Drücken (bzw. Druckniveaus) unter Nutzung desselben pneumatischen Anschlusses zwischen der Ventilplatte und dem Spritzgießwerkzeug. Obwohl das Spritzgießwerkzeug nur einen wirksamen Kanal zwecks Einbringung von Prozessluft aufweist (z.B. einerseits zur Wölbung der Formteile sowie zum Brechen des Unterdrucks/Vakuums im Bereich zwischen den Formteilen und der Oberfläche des Spritzgießwerkzeugs mittels Vorluft und andererseits zum Abblasen der Formteile mittels Blasluft), welcher natürlich auch mehrfach vorliegen kann, ermöglicht die Erfindung den Produktionsprozess mit zwei separat (vor-)einstellbaren Luftzufuhren über ein Ventil. Das hat den Vorteil einer erweiterten Einstellbarkeit, was das Prozessfenster vergrößert und die Streuung reduziert, weil im Fallbild Schwankungen in der Aktorik oder Maschinensteuerung weniger relevant sind, da die Drücke für jeden Prozessschritt (Vorluft zur Wölbung und Blasluft zum Auswerfen) getrennt (vorab) eingestellt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Verkettung bzw. Nacheinanderschaltung (in Serie) zweier unabhängig voneinander schaltbarer Ventile (Ventil I und Ventil II in Fig. 2), wobei Ventil I dem anderen Ventil II in einer Weise nachgeschaltet ist, dass es in seiner Grundstellung das Spritzgießwerkzeug mit dem Druck des Ventils II speist, sofern dieses betätigt wird. Damit kann das Spritzgieß-werkzeug sowohl über das vorgeschaltete als auch das nachgeschaltete Ventil mit je einer anderen Druckversorgung mit verschiedenen Drücken gespiesen werden. Es dürfen dabei nie gleichzeitig beide Ventile betätigt werden, was aber im Produktionsprozess auch nie der Fall ist und durch eine entsprechende Ansteuerung der beiden Ventile sichergestellt wird, zumal beim Öffnen des Spritzgieß-werkzeugs kein hoher Überdruck in der Kavität anliegen soll.

In einer Ausführungsvariante der Vorrichtung sind die zwei Ventile 3/2-Wegeventile, welche drei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen besitzen. Die 3/2-Wegeventile weisen je einen ersten Anschluss zum Anschluss an eine Versorgungs-Ieitung, einen zweiten Anschluss zum Anschluss an eine Arbeitsleitung und einen dritten Anschluss zum Anschluss an eine Entlüftung der Arbeitsleitung auf. In einer ersten Schaltstellung ist der erste Anschluss geschlossen und ein Durchgang vom zweiten zum dritten Anschluss ist offen und in einer zweiten Schaltstellung ist der dritte Anschluss geschlossen und ein Durchgang vom ersten zum zweiten Anschluss ist offen. Dabei ist der erste Anschluss des ersten Ventils mit der ersten Druckquelle verbunden, der zweite Anschluss des ersten Ventils ist mit dem (Luft-) Kanal verbunden und der dritte Anschluss des ersten Ventils ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Ventils verbunden. Weiter ist der erste Anschluss des zweiten Ventils mit der zweiten Druckquelle verbunden und der dritte Anschluss des zweiten Ventils ist mit der Entlüftungsleitung zur Abführung von (überschüssiger) Prozess(ab)luft verbunden.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Vorrichtung sind zwei oder mehr serielle Anordnungen von den zwei Ventilen eines Ventilpaares parallel geschaltet, wobei jedes der ersten Ventile der Ventilpaare jeweils mit der ersten Druckquelle verbunden ist, und jedes der zweiten Ventile der Ventilpaare jeweils mit der zweiten Druckquelle sowie insbesondere mit der Entlüftungsleitung verbunden ist, und jedes der ersten Ventile der Ventilpaare insbesondere über einem eigenen Kanal mit dem Spritzgießwerkzeug verbunden ist. Alternativ kann jedes der zweiten Ventile der Ventilpaare jeweils mit einer eigenen Entlüftungsleitung verbunden sein.

Mit einer solchen parallelen Anordnung von mehreren Ventilpaaren kann bei einem großen Spritzgießwerkzeug, in welchem eine Vielzahl von Formteilen gleichzeitig hergestellt werden, die Prozessluft über mehrere Luftkanäle in das Spritzgießwerkzeug eingebracht werden und die Prozessabluft anschließend vom Spritzgießwerkzeug wieder abgeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Vorrichtung ist zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil (mindestens) ein weiteres Ventil seriell zwischengeschaltet, wobei das weitere Ventil mit einer weiteren Druckquelle mit einem im Vergleich zum ersten und zweiten verschiedenen (d.h. höheren oder tiefer oder dazwischenliegenden) weiteren Druck verbunden ist. So kann dieses Ventil weitere Aufgaben übernehmen. Dabei sind das erste, zweite und weitere Ventil, derart ausgeführt und ansteuerbar, dass der (Luft-)Kanal jeweils entweder mit dem ersten, dem zweiten oder dem weiteren Druck beaufschlagt werden kann. Das weitere Ventil kann insbesondere ein 3/2-Wegeventil sein. Dabei ist der erste Anschluss des weiteren Ventils mit der weiteren Druckquelle verbunden, der zweite Anschluss des weiteren Ventils mit dem dritten Anschluss des ersten Ventils verbunden, und der dritte Anschluss des weiteren Ventils mit dem zweiten Anschluss des zweiten Ventils verbunden.

Mit einer solchen Verkettung bzw. Nacheinander-ZSerien-schaltung von drei oder noch mehr Ventilen (über ein Ventilpaar hinaus zu einem "Ventil-Tupel") ist es möglich die Prozessluft bei noch weiteren Druckniveaus (3, 4, etc.) bereitzustellen, um entsprechend komplexere (Entformungs-) Prozesse realisieren zu können.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Vorrichtung ist der erste Druck und/oder der zweite Druck und/oder der/die gegebenenfalls weitere Druck / weiteren Drücke einstellbar. So können die Drücke/Druckniveaus unabhängig voneinander den Anforderungen entsprechend unterschiedlich voreingestellt werden, wobei sie dann während des Betriebs der Spritzgießmaschine im Wesentlichen konstant gehalten werden. D.h. die Drücke/Druckniveaus werden während des Prozesses nicht geändert. So ist es möglich durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventile die Prozessluft bei einem ausgewählten Druck (aus den voreingestellten Drücken der verschiedenen Druckquellen) in das Spritzgießwerkzeug einzubringen. Ein Umschalten zwischen verschiedenen Drücken kann so sehr viel rascher und präziser erfolgen, als bei einem herkömmlichen System mit nur einer Druckquelle und einem verstellbaren Druckregelventil.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Vorrichtung sind die Ventile elektrisch ansteuerbar, insbesondere sind es Magnetventile.

In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, jeweils nur eines des ersten und zweiten und gegebenenfalls weiteren Ventils zu aktivieren (öffnen oder schließen), um so den Kanal mit dem ersten oder zweiten oder gegebenenfalls weiteren Druck zu beaufschlagen.

Dadurch können die Ventile mit einem elektrischen/ elektronischen Steuergerät präzise in der gewünschten Weise angesteuert werden, und z.B. komplexe Abläufe (mit vielen Ventilen) flexibel programmiert und überwacht werden. Dadurch können insbesondere unerwünschte Situationen verhindert werden, wodurch die Prozesssicherheit erhöht wird.

Die Erfindung erweitert die Einflussmöglichkeit auf den Prozess in zusätzlichen Belangen, z.B. durch Anschließen anderer Komponenten, wie im Folgenden aufgeführt.

In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die Vorrichtung ferner einen Druckluftspeicher, welcher mit der ersten oder zweiten Druckquelle und dem ersten oder zweiten Ventil, insbesondere dem ersten Anschluss des ersten oder zweiten Ventils, verbunden ist.

Der Blaslufttrakt kann über diesen Druckluftspeicher gestützt werden. Dies reduziert einen starken Druckabfall während der Ventilbetätigung (s. Fig. 2 Ventil I) und stabilisiert den Luftstrom durch Entkoppelung der speisenden Leitung. ln einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die Vorrichtung ferner ein Rückschlagventil, welches in der Entlüftungsleitung angeordnet ist, insbesondere noch weiter umfassend einen Schalldämpfer, welcher in der Entlüftungsleitung angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil zwischen dem zweiten Ventil und dem Schalldämpfer angeordnet ist, wobei insbesondere eine Vorspannung des Rückschlagventils einstellbar ist.

Die Entlüftung der pneumatischen Beschaltung hat üblicherweise einen Schalldämpfer. Es ist möglich, an dieser Stelle ein Rückschlagventil dazwischen zu schalten. Dies hätte zur Folge, dass sich trotz Abschaltung des Vorluftventils (s. Fig. 2 Ventil II, Anschluss 3) ein dem Rückschlagventil entsprechender Federdruck einspannt. Dies reduziert den Luftverbrauch und verhindert die komplette Entleerung des Luftkanals im Spritzgießwerkzeug über die Entlüftung. Der folgende Auswurfprozess ist dadurch noch etwas definierter, da weniger Luftmenge für den Druckaufbau benötigt wird.

Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spritzgießmaschine mit einem Spritzgießwerkzeug und einer Vorrichtung wie oben spezifiziert vorgeschlagen. Dabei ist die Vorrichtung über einen oder mehrere (Luft-) Kanäle mit dem Spritzgießwerkzeug verbunden, um Prozessluft bei mindestens zwei verschiedenen Drücken in das Spritzgießwerkzeug einbringen zu können.

In einer Ausführungsvariante umfasst die Spritzgießmaschine zur Unterstützung eines Entformungsvorgangs der Formteile weiter einen oder mehrere mechanische Auswerfer, beispielsweise in Form eines Abstreifrings, welche zum Ablösen von Formteilen vom Spritzgießwerkzeug bzw. von einer Oberfläche des Spritzgießwerkzeugs und/oder zum Ausstößen von Formteilen aus dem Spritzgießwerkzeug ausgeführt ist.

In einer Ausführungsvariante ist die Spritzgießmaschine dazu ausgebildet offene Hohlkörper, wie Rotationskörper oder becherförmige Formteile, herzustellen, insbesondere um gleichzeitig eine Vielzahl solcher Formteile herzustellen, wobei das Spritzgießwerkzeug insbesondere eine Vielzahl von Kavitäten, die kolonnenweise nebeneinander bzw. reihenweise übereinander angeordnet sind, für die Ausformung der Formteile aufweist.

Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Entformung von Formteilen, insbesondere von offenen Hohlkörpern, wie Rotationskörper oder becherförmige Formteile, beispielsweise Verschlüsse von Flaschen, aus einem Spritzgießwerkzeug in einer wie oben spezifizierten Spritzgießmaschine mittels einer wie oben spezifizierten Vorrichtung vorgeschlagen. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren umfasst folgende Schritte anschließend an ein Spritzvorgang insbesondere während einer Abkühlphase der Formteile im Spritzgießwerkzeug der Spritzgießmaschine:

□ Beaufschlagen des Kanals mit einem Vorluft-Druck durch Öffnen eines Durchgangs in einem Vorluft-Ventil, welcher die Vorluftquelle mit dem Kanal verbindet, und durch (vorgängiges) Schließen eines Durchgangs in einem Blasluft- Ventil, welcher eine Blasluft-Druckquelle mit dem Kanal verbindet, insbesondere um Vorluft mit dem Vorluft-Druck in das Spritzgießwerkzeug einzubringen, insbesondere zwischen das jeweilige Formteil und einen Kem des Spritzgießwerkzeugs bei geschlossenem Spritzgießwerkzeug, insbesondere um das jeweilige Formteil zu wölben, insbesondere um ein Vakuum zwischen dem jeweiligen Formteil und dem Kern zu brechen, um so die Formteile vom Spritzgießwerkzeug zu trennen;

□ (anschließend) Beaufschlagen des Kanals mit einem Blasluft-Druck durch Öffnen eines Durchgangs im Blasluft-Ventil, welcher die Blasluft-Druckquelle mit dem Kanal verbindet, und durch (vorgängiges) Schließen eines Durchgangs im Vorluft-Ventil, welcher die Vorluft-Druckquelle mit dem Kanal verbindet, insbesondere um Blasluft mit dem Blasluft-Druck in das Spritzgießwerkzeug einzubringen, insbesondere in ein Inneres der offenen Hohlkörper-Formteile, wie Rotationskörper oder becherförmige Formteile, um die Formteile aus dem Spritzgießwerkzeug auszublasen;

□ Entlüften des Spritzgießwerkzeugs durch Schließen des Durchgangs im Blasluft-Ventil, welcher die Blasluft-Druckquelle mit dem Kanal verbindet, und durch Öffnen der jeweiligen Durchgänge im Vorluft- und im Blasluft-Ventil, welche den Kanal mit der Entlüftungsleitung verbindet.

Dabei kann der Vorluft-Druck entweder der zweite oder erste Druck in der Vorrichtung sein und der Blasluft-Druck kann umgekehrt entweder der erste oder zweite Druck in der Vorrichtung sein. Somit kann die Vorluftquelle entweder die zweite oder erste Druckquelle in der Vorrichtung sein und die Blasluftquelle kann umgekehrt entweder die erste oder zweite Druckquelle in der Vorrichtung sein. Das Vorluft-Ventil kann entweder das zweite oder erste Ventil in der Vorrichtung sein und das Blasluft-Ventil kann umgekehrt entweder das erste oder zweite Ventil in der Vorrichtung sein.

In einer Ausführungsvariante weist das Verfahren zumindest einen der beiden folgenden zusätzlichen Schritte auf:

□ Betätigen eines mechanischen Auswerfers zur Unterstützung des Entformungsvorgangs, insbesondere während oder nach dem Beaufschlagen des Kanals mit dem Vorluft-Druck, um Formteile vom Spritzgießwerkzeug bzw. von einer Oberfläche des Spritzgießwerkzeugs abzulösen;

□ Betätigen eines mechanischen Auswerfers zur Unterstützung des Entformungsvorgangs, insbesondere vor dem oder während dem Beaufschlagen des Kanals mit dem Blasluft-Druck, um Formteile aus dem Spritzgießwerkzeug auszustoßen.

In einer weiteren Ausführungsvariante weist das Verfahren zudem den folgenden zusätzlichen Schritt auf:

□ Stützen des Blasluft-Drucks über einen Druckluftspeicher, um einen starken Druckabfall während einer Betätigung des Blasluft-Ventils zu reduzieren und einen Luftstrom durch Entkoppelung einer speisenden Blasluft-Leitung (von der Blasluft- Quelle zum Blasluft-Ventil) zu stabilisieren.

In einer weiteren Ausführungsvariante weist das Verfahren zudem den folgenden zusätzlichen Schritt auf: □ Erzeugen eines (einstellbaren) Federdrucks in der Entlüftungsleitung mittels eines Rückschlagventils beim Abschalten des Vorluft-Ventils, um einen Verbrauch von Prozessluft zu reduzieren, und um eine komplette Entleerung des Kanals (zum und insbesondere im Spritzgießwerkzeug) über die Entlüftungsleitung zu verhindern.

Es sei ausdrücklich angemerkt, dass Kombinationen der oben aufgeführten Ausführungsvarianten weitere Ausführungsvarianten der Erfindung bilden können (sofern sie nicht im Widerspruch zueinanderstehen).

Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung der oben angegebenen Vorrichtung (zur Bereitstellung von Prozessluft) zur Entformung von Formteilen, insbesondere von offenen Hohlkörpern, wie Rotationskörper oder becherförmige Formteile, z.B. Verschlüsse von Flaschen, aus einem Spritzgießwerkzeug bei der Herstellung mittels einer Spritzgießmaschine vorgeschlagen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nichtlimitierende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung (in Form einer pneumatischen Schaltung bzw. Schaltbilds) einer Vorrichtung gemäß Stand der Technik zur Bereitstellung von Prozessluft zur Entformung von Formteilen in einer Spritzgießmaschine; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung (in Form einer pneumatischen Schaltung bzw. Schaltbilds) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung von Prozessluft zur Entformung von Formteilen in einer Spritzgießmaschine (mit mehreren optionalen Merkmalen).

In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 wird in einer schematischen Darstellung (in Form einer pneumatischen Schaltung bzw. eines pneumatischen Schaltbilds) eine bekannte Vorrichtung zur Bereitstellung von Prozessluft zur Entformung von Formteilen in einer Spritzgießmaschine gezeigt. Hier wird die Prozessluft von einer einzigen Druckluftquelle p mit einem konstanten Druck geliefert. Basierend auf diesem fixen Ausgangsdruck der Druckluftquelle p wird jeweils im Verlauf des Entformungs- Prozesses mittels des (Proportional-)Druckregelventils 15 der Druck der Prozessluft entsprechend den momentanen Erfordernissen eingestellt (z.B. herabgesetzt), welche dann via das einzige Ventil I und den (verzweigten) Kanal 11 in das Spritzgießwerkzeug 10 eingebracht wird (via zwei Prozessluft-Einlässe E1 , E2). Dazu wird das Ventil I von einer Steuerung elektrisch betätigt, sodass der Durchgang durch das Ventil I vom Anschluss 1 auf den Anschluss 2 für die Prozessluft geöffnet wird. Im Verlauf des Entformungs-Prozesses wird der Druck der Prozessluft beim Übergang von Vorluft zum Ablösen der Formteile von der Oberfläche des Spritzgießwerkzeugs 10 zu Blasluft zum Ausstößen der Formteile aus dem Spritzgießwerkzeug 10 z.B. verringert mittels des Druckregelventils 15, wobei dabei der Durchgang durch das Ventil I vom Anschluss 1 auf den Anschluss 2 geöffnet bleibt. Die Druckänderung durch das Druckregelventil 15 erfolgt dabei relativ langsam, sodass z.B. keine schnellen Druckabfälle erreicht werden können. Während der Entlüftungsphase wird der Durchgang vom Anschluss 1 zum Anschluss 2 geschlossen und stattdessen der Durchgang vom Anschluss 2 auf den Anschluss 3 geöffnet, um die Prozessabluft durch die Entlüftungsleitung 12 abzuführen. Dabei wird sie über einen Schalldämpfer 13 geführt, um laute Geräusche zu vermindern. Da die Prozessluft von einem einzigen Ventil I geschaltet wird, kann es nötig sein, dass der Kanal 11 zur Prozessluftzufuhr zum Spritzgießwerkzeug 10 sich auf mehrere Anschlüsse (in Fig. 1 die Luft-Einlässe E1 & E2) beim Spritzgießwerkzeugs 10 verzweigt (in Fig. 1 sind es zwei Zweige). Mit dieser bekannten Vorrichtung können Schwankungen in der Prozessluft durch sich ändernde Drücke und Strömungszeiten der Luft, verursacht durch die pneumatische Strecke mit dem Druckregelventil, dazu führen, dass die Formteile nicht wie gewünscht aus dem Spritzgießwerkzeug 10 ausgestoßen werden und dadurch unterschiedlich herausfallen. Zudem sind geeignete (Proportional- )Druckregelventile teuer, benötigen ein variables Steuersignal und sind weniger zuverlässig als einfache Ventile, welche lediglich geöffnet oder geschlossen werden können.

Um diese Nachteile zu beheben und die Streuungen in der Luftsteuerung (bzgl. Druck der Prozessluft und Ansteuerzeiten des Pneumatik-Ventils) und das einhergehende unvorhersehbare Verhalten zu beseitigen oder zumindest zu verbessern, um so Prozessstörungen zu vermeiden, werden nachfolgend Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung von Prozessluft bei verschiedenen Drücken für eine zuverlässigere Entformung bei Spritzgießmaschinen beschrieben.

So zeigt Fig. 2 in einer schematischen Darstellung (in Form einer pneumatischen Schaltung bzw. eines pneumatischen Schaltbilds) eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Bereitstellung von Prozessluft zur Entformung von Formteilen in einer Spritzgießmaschine (mit mehreren optionalen Merkmalen). Die Vorrichtung 100 umfasst zwei Ventilpaare la, Ha und Ib, Hb, wobei eines dieser beiden Ventilpaare optional ist. Kem der Erfindung bildet die in Fig. 2 dargestellte serielle Anordnung und entsprechende paarweise Zusammenschaltung von je zwei Ventilen, wobei jedes Ventil la, Ha (oder Ib, Hb) des Ventilpaars mit einer eigenen Druckluftquelle (bzw. Prozessluftquelle) pl, pH verbunden ist. Dabei sind die Drücke der beiden Druckluftquellen pl und pH verschieden, wobei sie voreingestellt (d.h. vor Prozessbeginn) und dann fix (d.h. im Wesentlichen konstant) gehalten werden. So ist beispielsweise der Blasluftdruck der Blasluftquelle pl zum Abblasen der Formteile aus dem Spritzgießwerkzeug (wesentlich) tiefer als der Vorluftdruck der Vorluftquelle pH zum Wölben der Formteile, mit dem das Vakuum zwischen dem Kem des Spritzgießwerkzeugs und den Formteilen gebrochen wird und die Formteile von der Oberfläche des Spritzgießwerkzeugs abgelöst werden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Ablösevorgang (sowie das Ausstößen) meist noch durch mechanische Auswerfer unterstützt wird, wobei das Abblasen im Wesentlichen zu einer gewünschten Distanzierung der Formteile vom Spritzgießwerkzeug dient, woraufhin die Formteile dann sicher aus dem Spritzgießwerkzeug herausfallen, ohne es an anderer Stelle zu berühren. Die korrekte Einstellung und Einhaltung des Blasluftdrucks ist insbesondere bei Spritzgießwerkzeugen wichtig, die zur gleichzeitigen Ausformung vieler Formteile eine Vielzahl von Kavitäten aufweisen, die reihenweise übereinander (bzw. kolonnenweise nebeneinander) angeordnet sind. Dann ist es wichtig, dass Blasluft von den unteren Kavitäten die herunterfallenden Formteile aus höher gelegenen Kavitäten nicht tangiert und z.B. an die Gegenseite des Spritzgießwerkzeugs drückt. Für gewisse Anwendungsfällen ist es aber auch denkbar, dass der Blasluftdruck (vorab) höher als der Vorluftdruck eingestellt wird.

In Fig. 2 ist die mit dem unteren Ventil Ha verbundene Druckquelle pH die Vorluftquelle (zur Bereitstellung des Vorluftdrucks) und die mit dem oberen Ventil la verbundene Druckquelle pl die Blasluftquelle (zur Bereitstellung des Blasluftdrucks). Entsprechend bezeichnen wir das untere Ventil Ha als Vorluftventil und das obere Ventil la als Blasluftventil. Es könnte aber auch die obere Druckquelle pl die Vorluftquelle sein und die untere Druckquelle pH die Blasluftquelle sein. Entsprechend wäre dann auch das oberen Ventil la das Vorluftventil und das untere Ventil Ha das Blasluftventil. Es ist typischerweise vorteilhaft, wenn wie in Fig. 2 gezeigt, das Blasluftventil la dem Vorluftventil Ha nachgeschaltet ist, da der Vorluftdruck meist (viel) höher ist als der Blasluftdruck und ein gewisser Druckabfall beim Durchfließen der Prozessluft durch jedes Ventil stattfindet. Da bei der Vorluft nur ein sehr geringer Durchfluss durch die beiden Ventile la, Ha stattfindet, ist auch der Druckabfall nur sehr gering. Die Blasluft durchfließt nur das Blasluftventil, womit der Druckabfall auch nur gering ist.

Die beiden Ventile sind grundsätzlich identisch, nur ist das obere Ventil la direkt mit dem Luftkanal 11a, welches die Prozessluft zum Spritzgießwerkzeug 10 führt, verbunden, währendem das untere Ventil Ha indirekt via das obere Ventil la mit dem Luftkanal 11a verbindbar ist. Umgekehrt ist das untere Ventil Ha direkt mit der Entlüftungsleitung 12 verbunden, wogegen das obere Ventil la indirekt via das untere Ventil Ha mit der Entlüftungsleitung 12 verbindbar ist. Bevorzugt sollten bistabile Ventile eingesetzt werden. Die verwendeten Ventile sind Signal-technisch gesehen meist monostabil, aber elektro-pneumatisch vorgesteuert, womit der Hauptschieber des jeweiligen Ventils in eine definierte Endlage gedrückt wird, wodurch die Ventile bistabil wirken. Dadurch wird garantiert, dass die Vorluft aus dem Vorluftventil Prozess-sicher durch das Blasluftventil hindurchströmt.

Beide Ventile la, Ha sind typischerweise als 3/2-Wege-ventile ausgeführt, welche einen ersten Anschluss 1 zum Anschluss an eine Versorgungsleitung (zur Druckquelle pl, pH), einen zweiten Anschluss 2 zum Anschluss an eine Arbeitsleitung (zum Spritzgießwerkzeug 10) und einen dritten Anschluss 3 zum Anschluss an eine Entlüftung der Arbeitsleitung (zur Entlüftungsleitung 12) aufweisen.

Zur erfindungsgemäßen Entformung von Formteilen aus dem Spritzgießwerkzeug 10 anschließend an den Spritzvorgang und insbesondere während der Abkühlphase der Formteile werden die folgenden Prozessschritte ausgeführt. Zuerst wird der Luftkanal 11a mit dem Vorluftdruck aus der Vorluftquelle pH beaufschlagt. Dazu muss der Durchgang vom Anschluss 1 zum Anschluss 2 im Vorluftventil Ha geöffnet werden, und zudem auch der Durchgang vom Anschluss 3 zum Anschluss 2 im nachgeschalteten Blasluftventil la geöffnet werden. Falls es sich bei beiden Ventilen um elektrisch ansteuerbare sogenannte "normaly closed" (d.h. in der Grundstellung geschlossen - wie in Fig. 2 gezeigt) oder sogenannte "normaly open" (d.h. in der Grundstellung offen) Ventile handelt, so wird die Ventilsteuerung das (untere) Vorluftventil Ha umgekehrt ansteuern müssen als das (obere) Blasluftventil la, denn beim Blasluftventil la muss der Durchgang vom Anschluss 1 nach 2 geschlossen sein, wenn der Durchgang vom Anschluss 3 nach 2 geöffnet ist, und beim Vorluftventil Ha muss der Durchgang vom Anschluss 1 nach 2 geöffnet sein, wenn der Durchgang vom Anschluss 3 nach 2 geschlossen ist. Durch das Schließen des Durchgangs vom Anschluss 1 nach 2 beim Blasluftventil la ist die Blasluftquelle pl nicht mit dem Kanal 11a und damit nicht mit dem Spritzgießwerkzeug 10 verbunden. Hingegen ist durch das Öffnen des Durchgangs vom Anschluss 1 nach 2 beim Vorluftventil Ha die Vorluftquelle pH über den offenen Durchgang vom Anschluss 3 nach 2 beim Blasluftventil la indirekt mit dem Luftkanal 11a und somit mit dem Spritzgießwerkzeug 10 verbunden, sodass dort eben der Vorluftdruck anliegt. Durch das Einbringen der Vorluft beim Vorluftdruck in das Spritzgießwerkzeug 10, welche zwischen die Formteile und die entsprechenden Kerne des Spritzgießwerkzeugs 10 bei geschlossenem Spritzgießwerkzeug 10 erfolgt, wölben sich die Formteile (insbesondere die Böden bei offenen Hohlkörpern, wie Rotationskörpern oder becherförmigen Formteilen) und ein Vakuum bzw. Unterdrück zwischen dem jeweiligen Formteil und dem Kem wird dabei gebrochen, sodass sich die Formteile nach einer gewissen Zeitdauer der Vorluftzufuhr vom Spritzgießwerkzeug 10 lösen.

Sobald die gewünschte Zeitdauer der Vorluftzufuhr abgelaufen ist, wird mittels entsprechender Ansteuerung des Vorluftventils Ha der Durchgang vom Anschluss 1 nach 2 beim Vorluftventil Ha wieder geschlossen, sodass die Vorluftquelle pH vom Kanal 11a getrennt wird. Durch das Schließen des Durchgangs vom Anschluss 1 nach 2 beim Vorluftventil Ha wird (automatisch) der Durchgang vom Anschluss 2 nach 3 beim Vorluftventil Ha geöffnet, was zur Entlüftung der Prozessabluft aus dem Spritzgießwerkzeug 10 via den Luftkanal 11a und den offenen Durchgang vom Anschluss 2 nach 3 beim Blasluftventil la in die Entlüftungsleitung 12 führt.

Daran anschließend wird der Luftkanal 11a mit dem Blasluftdruck aus der Blasluftquelle pl beaufschlagt. Dazu muss der Durchgang vom Anschluss 1 zum Anschluss 2 im Blasluftventil la geöffnet werden, währenddem der Durchgang vom Anschluss 1 zum Anschluss 2 beim vorgelagerten Vorluftventil Ha geschlossen ist (was der Fall ist, wenn der Anschluss 2 zum Anschluss 3 beim Vorluftventil Ha offen ist), um die Blasluftquelle pl mit dem Blasluftdruck mit dem Spritzgießwerkzeug 10 zu verbinden, um Blasluft in dieses einzubringen (insbesondere in ein Inneres von Formteilen mit einem offenen Hohlkörper), um die Formteile aus dem Spritzgießwerkzeug 10 auszublasen bzw. um die Formteile vom Spritzgießwerkzeug 10 zu distanzieren (typischerweise unterstützt oder sogar vornehmlich bewirkt durch mechanische Auswerfer).

Nach dem Ausblasen der Formteile durch die Blasluftzufuhr für eine gewünschte Zeitdauer wird mittels entsprechender Ansteuerung des Blasluftventils la der Durchgang vom Anschluss 1 nach 2 beim Blasluftventil la wieder geschlossen, sodass die Blasluftquelle pl vom Kanal 11a getrennt wird. Durch das Schließen des Durchgangs vom Anschluss 1 nach 2 beim Blasluftventil la wird (automatisch) der Durchgang vom Anschluss 2 nach 3 beim Blasluftventil la geöffnet, was zur Entlüftung der Prozessabluft aus dem Spritzgießwerkzeug 10 via den Luftkanal 11a und den offenen Durchgang vom Anschluss 2 nach 3 beim Vorluftventil Ha in die Entlüftungsleitung 12 führt.

Dabei kann sowohl das Ablösen der Formteile von der Oberfläche des Spritzgießwerkzeugs 10 als auch das Ausblasen bzw. Ausstößen der Formteile aus dem Spritzgießwerkzeug 10 durch Betätigen eines mechanischen Auswerfers zusätzlich unterstützt werden (entweder beides oder nur eines von Ablösen und Abblasen/Ausstoßen).

Ferner kann zur Stützung des Blasluftdrucks ein Druckluftspeicher 16 eingesetzt werden, welcher an der Blasluftzuleitung von der Blasluftquelle pl zum Anschluss 1 des Blasluftventils la angeschlossen ist. Dadurch wird ein starker Druckabfall während einer Betätigung des Blasluftventils la reduziert und der Luftstrom durch Entkoppelung der speisenden Blasluftzuleitung stabilisiert.

Weiter kann mittels eines Rückschlagventils 17 beim Abschalten des Vorluftventils Ha ein (einstellbarer) Federdruck in der Entlüftungsleitung 12 erzeugt werden, was zu einer Reduktion des Verbrauchs von Prozessluft führt und eine komplette Entleerung des Luftkanals 11a über die Entlüftungsleitung 12 verhindert. Zudem kann der eingestellte Vorspanndruck am Rückschlagventil 17 die Dauer des Ablösevorgangs (beabsichtigt) verlängern, auch wenn das Vorluftventil Ha bereits geschlossen wurde. Bei einem großen Spritzgießwerkzeug 10, beispielsweise um gleichzeitig eine Vielzahl von offenen Hohlkörpern, wie Rotationskörper oder becherförmigen Formteile, z.B. Verschlusskappen, herzustellen zu können, mit einer Vielzahl von Kavitäten, die z.B. kolonnenweise nebeneinander bzw. reihenweise übereinander angeordnet sind, können mehrere Luftkanäle 11 a, 11 b zur Einbringung von Prozessluft in das Spritzgießwerkzeug 10 erforderlich sein. Anstatt nur einen Luftkanal (mehrfach) zu verzweigen und auf mehrere Anschlüsse E1 , E2 am Spritzgießwerkzeug 10 zu führen, kann es dabei vorteilhaft sein mehrere getrennte Luftkanäle 11 a, 11 b zu verwenden, um die Prozessluftzufuhr zu verbessern. Dabei kann jedem Luftkanal 11a, 11 b ein eigenes Ventilpaar la+lla, lb+llb zugeordnet werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Ein erstes Ventilpaar bestehend aus dem Blasluftventil la und dem vorgeschalteten Vorluftventil Ha betreibt dabei den ersten Luftkanal 11 a. Ein zweites, parallel angeordnetes Ventilpaar bestehend aus dem Blasluftventil Ib und dem vorgeschalteten Vorluftventil Hb betreibt dabei den zweiten Luftkanal 11 b. Die beiden Vorluftventile Ha, Hb sind mit der gemeinsamen Vorluftquelle pH verbunden, währenddem die beiden Blasluftventil la, Ib mit der gemeinsamen Blasluftquelle pl verbunden sind. Die Entlüftung beider Luftkanäle 11a, 11 b erfolgt über eine gemeinsame Entlüftungsleitung 12, wobei dies auch über zwei getrennte Entlüftungsleitungen erfolgen könnte. Die Ansteuerung der beiden Ventilpaare la+lla und lb+llb geschieht auf identische Weise, wobei die Schaltvorgänge je nach der Größe des Spritzgießwerkzeugs 10 im Detail abgestimmt werden müssen, um einen gewünschten Ablauf der Entformung zu erreichen. So können z.B. bei einem großen Spritzgießwerkzeug mit zehn Prozessluft-anschlüssen zehn parallele Ventilpaare eingesetzt werden, um die Prozessluftzufuhr optimal zu gestalten. Hierzu sei auch angemerkt, dass kleinere Ventile kostengünstig und dynamischer (schneller) sind.

Ferner ist es auch möglich zwischen dem ersten und dem vorgeschalteten zweiten Ventil eines seriell angeordneten Ventilpaars ein weiteres Ventil einzuführen, um noch eine dritte Prozessluftquelle, welche einen anderen dritten Druck liefert anzuschließen. Auf diese Weise könnten auch noch weitere (4., 5., etc.) Prozessluftquellen angeschlossen und im Entformungsprozess eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1 erster Ventilanschluss für Versorgungsleitung

2 zweiter Ventilanschluss für Arbeitsleitung

3 dritter Ventilanschluss für Entlüftung (der Arbeitsleitung)

10 Spritzgießwerkzeug

11 (Luft-)Kanal vom Ventil zum Spritzgießwerkzeug (mit zwei Luft-Einlässen ins Spritzgießwerkzeug)

11a (Luft-)Kanal vom Ventil la zum Spritzgießwerkzeug (mit einem ersten Luft- Einlass ins Spritzgießwerkzeug)

11 b (Luft-)Kanal vom Ventil Ib zum Spritzgießwerkzeug (mit einem zweiten Luft- Einlass ins Spritzgießwerkzeug)

12 Entlüftung(-sleitung)

13 Schalldämpfer

14 Elektrische Ansteuerung des Ventils

15 einstellbares Druckregelventil

16 Druckluftspeicher

17 Rückschlagventil (Federbelastet, z.B. mit einstell-barer Vorspannung)

100 Vorrichtung zur Bereitstellung von Prozessluft

E1 , E2 Luft-Einlass ins Spritzgießwerkzeug

Ea, Eb Luft-Einlass ins Spritzgießwerkzeug

I Ventil, 3/2-Wegeventil (mit elektrischer Betätigung) für Vorluft und Blasluft la erstes Ventil des Ventilpaares a, 3/2-Wegeventil (mit elektrischer Betätigung) für Blasluft

Ha zweites Ventil des Ventilpaares a, 3/2-Wegeventil (mit elektrischer Betätigung) für Vorluft

Ib erstes Ventil des Ventilpaares b, 3/2-Wegeventil (mit elektrischer Betätigung) für Blasluft

Hb zweites Ventil des Ventilpaares b, 3/2-Wegeventil (mit elektrischer Betätigung) für Vorluft p Druck(luft)quelle mit fixem (Luft-)Druck pl Druck(luft)quelle mit erstem fixem (Luft-)Druck pH Druck(luft)quelle mit zweitem fixem (Luft-)Druck + erstem (Luft-)Druck