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.

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.

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.

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.

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.

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.