AT396511B

AT396511B - Vorrichtung zur durchführung einer zweistufigen linearen bewegung

Info

Publication number: AT396511B
Application number: AT5391A
Authority: AT
Inventors: Heinz Ing Leonhartsberger; Stefan Eppich
Original assignee: Engel Gmbh Maschbau
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1993-10-25
Also published as: ATA5391A

Description

AT 396 511B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung einer zweistufigen linearen Bewegung mit einer ortsfesten und einer bewegbaren Baueinheit mit einem Hydraulikzylinder und einem vorzugsweise als Plunger ausgeführtem Hydraulikkolben, der einen Hohlraum aufweist und mit einer Einrichtung, um im Hydraulikzylinder einen Druck aufzubauen, wobei in den Hohlraum des Hydraulikkolbens ein Tauchkolben ragt 5 Bei den verschiedensten Maschinen ist es notwendig, daß Maschinenteile lineare Bewegungen durchführen. Als Beispiele seien Werkzeugmaschinen, Spritzgießmaschinen und Roboter genannt

Wahrend es bei manchen Maschinen in erster Linie wichtig ist, daß die Bewegung schnell durchgeführt wird (beispielsweise bei Robotern), worden bei anderen Maschinen in erster Linie hohe Kräfte verlangt.

Bei Spritzgießmaschinen, beispielsweise bei der Formschließeinrichtung, wechseln die Anforderungen 10 während des Bewegungsvorganges. So soll beim Schließen des Formwerkzeuges die bewegbare Formhälfte zuost möglichst schnell nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil bewegt werden, wobei während dieser Bewegung relativ wenig Kraft aufgewendet werden muß, worauf bei der fortgeführten Bewegung ein hoho Druck notwendig ist

Es ist allgemein bekannt, daß mittels mechanischer Einrichtungen, beispielsweise mittels Schraubtrieben und 15 hier insbesondere mittels Kugelgewindetrieben schnelle lineare Bewegungen durchgeführt werden können. Andererseits wird hoher Druck, insbesondere mit Hydraulikeinrichtungen so wie mit hydraulischen Kolbenzylindereinheiten erzielt

Aufgabe do Erfindung ist es, eine kombinierte, mechanisch-hydraulische Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, mehrstufig zu arbeiten und mit der abwechselnd sowohl schnelle Bewegungen als auch ein hoher Druck 20 erzielt werden können.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst daß der Tauchkkolben auf einer von einem Elektromotor, vorzugsweise von einem Servomotor drehbaren Gewindespindel der bewegbaren Baueinheit lagert und mittels do Gewindespindel im Hydraulikkolben und im Hydraulikzylinder axial verschiebbar ist wobei die Gewindespindel in eine verdrehsicher am oder im Tauchkolben gehaltenen Mutter ragt und der Tauchkolben gegen Drehung 25 gesichert ist

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Bewegung zuerst mechanisch, indem die bewegliche Baueinheit mit der Gewindespindel von dem feststehenden Tauchkolben wegbewegt wird. Stößt die bewegliche Baueinheit an einen Widerstand, wird der Tauchkolben rückwärts bewegt am Hydraulikzylinder ein Druck aufgebaut und do Hydraulikkolben und somit die bewegliche Baueinheit hydraulisch weiterbewegt 30 Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein sehr dynamischer Antrieb, arbeitet genau nach einem vorgegebenen

Geschwindigkeitsprofil, ist exakt positionierbar und der Bewegungsablauf ist gut reproduzierbar.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht einen Hilfszylinder vor, dessen Zylindoraum mit dem Zylinderraum des Hydraulikzylinders in Verbindung ist und in dem sich ein Hilfskolben befindet der mit dem Hydraulikkolben gekoppelt ist und sich gleichförmig mit diesem bewegt Durch diesen Hilfszylinder wird 35 einerseits Hydraulikflüssigkeit automatisch bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens in den Zylinderraum gebracht Andererseits kann dieser Zylinder, wenn sich auf der do Hydraulik abgewendeten Seite des Hilfskolbens Luft oder ein anderes geeignetes Gas, beispielsweise Stickstoff befindet als Akkumulator fungieren, d. h. beim Zurückführen des Zylinders und des Hilfszylinders wird die Luft bzw. das Gas komprimiert und im Hilfszylinder ein Druck aufgebaut, der beim nächsten Arbeitsgang die Vorwärtsbewegung des HUfskolbens und somit des 40 Hydraulikkolbens unterstützt

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß der Tauchkolben an einen Wegaufnehmer od. dgl. angeschlossen ist, dessen Signale von einem Rechner ausgewertet werden. Weichen diese über ein vorgegebenes Maß von der normalen Bewegung des Tauchkolbens ab, wird der Elektromotor gestoppt oder eine Kupplung zwischen Motor und Gewindespindel gelöst. Auf diese Weise wird ein schnelloes Ansprechen der 45 Vorrichtung auf ein Hindernis erreicht äs bei herkömmlichen Systemen. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise als Formschutz beim Schließmechanismus einer Spritzgießmaschine dienen.

Nachfolgend werden Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die Fig. 2 zeigt die gleiche Ansicht wie Fig. 1 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Fig. 3 zeigt einen 50 Axialschnitt durch den hinteren Bereich der Vorrichtung, die Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt durch einen Hilfszylinder, die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hilfszylinders, die Fig. 6 und 7 zeigen die Details (X) und (Y) der Fig. 1, d. h. Beispiele zusätzlicher Verdrängungskörper, im Schnitt, die Fig. 8 zeigt ein Diagramm des Wegaufnehmersignals bei einem Standard-Schließvorgang und die Fig. 9 zeigt ein Diagramm des Wegaufnehmersignals bei Ansprechen des Formschutzes. 55 Die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Hydraulikzylinder (1), der Hydraulikkolben (2), der als Plunger ausgeführt ist und der einen Hohlraum (3) aufweist, in den ein ebenfalls im Hydraulikzylinder (1) befindlicher Tauchkolben (4) ragt. Der Tauchkolben (4) weist ebenfalls einen Hohlraum auf, in dem eine gehäusefeste Gewindespindel (6) ragt Die Gewindespindel (6) ist mittels eines Doppellagers (8) drehbar aber axial unverschiebbar in einer Trägerplatte (9) gelagert. Die Gewindespindel (6) ragt in ein 60 Muttergewinde (7) im Tauchkolben (4). Durch Drehung der Gewindespindel (6) wird der Tauchkolben (4) in der Richtung des Doppelpfeiles der Fig. 1 bewegt.

Im Ausführungsbeispiel findet die erfindungsgemäße Vorrichtung als Schließzylinder einer Spritzgieß- -2-

AT 396 511 B maschine Verwendung. Die Trägerplatte (9) ist daher über Stangen (16) mit der bewegbaren Formhälfte (17) verbunden. Die Formhälfie (17) ist in herkömmlicher Weise auf Holmen (18) geführt

Der Tauchkolben (4) ist dabei in der hinteren Stirnplatte (10) des Hydraulikzylinders (1) mittels zweier Federpakete (11) gelagert, sodaß der Tauchkolben (4) sowohl nach vorne als auch nach hinten bewegt werden kann. Die Federpakete (11) halten die Tauchkolben (4) in einer O-Stellung.

Da- Tauchkolben (4) weist einen Führungsansatz auf, der durch die Stirnwand (10) des Hydraulikzylinders ragt und durch den der Tauchkolben (4) geführt ist

Am Tauchkolben (4) ist eine Abdeckplatte (12) angeordnet, die mittels einer Schraube (13) am Tauchkolben (4) gehalten ist

Die Drehung der Gewindespindel (6) erfolgt mittels eines Elektromotors (14) vorzugsweise eines Servomotors. Im Ausführungsbeispiel ist zwischen den Elektromotor (14) und der Gewindespindel (6) ein Riemenantrieb (15) vorgesehen, es könnten jedoch auch andere Übertragungsmittel Anwendung finden.

Im Hydraulikzylinder (1) ist noch ein sperrbares Rückschlagventil (30) und ein Öldruckaufnehmer (21) vorgesehen. Dieses Rückschlagventil (30) kann vorzugsweise elektrisch oder auch hydraulisch entsperrbar sein. ‘ Die Bewegung der Formhälfte (17) erfolgt in zwei Abschnitten. Zuerst, bevor die Hydraulikflüssigkeit ausreichend unter Druck gesetzt ist, rein mechanisch dadurch, daß die Gewindespindel (6) zum Tauchkolben (4) eine Relativbewegung durchführt und sich zusammen mit der Trägerplatte (9) nach rechts bewegt und zweitens nach einem entsprechenden Druckaufbau hydraulisch, da, wenn die Formhälfte (17) auf Widerstand stößt und die Gewindespindel (6) sich nicht weiter bewegen kann, der Tauchkolben (4) nach links bewegt wird und die Hydraulikflüssigkeit im Zylinderraum (19) unter Druck gesetzt und der Hydraulikkolben (4) dadurch nach rechts bewegt wird. Die Gewindespindel (6) wird vom Elektromotor (14) gedreht und lagert axial unverschiebbar in der Trägerplatte (9). Weiters greift die Gewindespindel (6) in ein Muttergewinde im Tauchkolben (4) ein.

Die Verfahrkraft des Hydraulikkolbens (2) die gleich der Schließkraft der Spritzgießform ist, ergibt sich dabei wie folgt. (dj2 - d^)

Aus der Kolbenfläche-π und der Verstellkraft der Gewindespindel (6) ergibt sich im Zylinder- 4 (D^-Ü!2) raum (19) der Hydraulikdruck (P). Der Hydraulikdruck (P) wirkt auf die Fläche-π des Hydraulikkolbens (2) und erzeugt somit die Schließkraft. 4

Der Tauchkolben (4) bewegt sich dabei in der Richtung des Pfeiles (Fj) und der Hydraulikkolben (2) in der

Richtung des Pfeiles (F2). (dj2 - d22)

Vorteilhaft ist die Kolbenfläche-π Tauchkolbens (4) kleiner als die Kolbenfläche (D^-Dj2) 4 -des Hydraulikkolbens (2). 4

Bei der ersten mechanischen Bewegung durch die Spindel (6) wird der Hydraulikkolben (2) schnell bewegt Anschließend wird durch den hydraulischen Druckaufbau eine hohe Schließkraft erzeugt Der Hydraulikdruck im Hydraulikzylinder (1) kann durch zusätzliche Mittel erhöht werden.

Die Fig. 6 zeigt eine im Hydraulikzylinder (1) gelagerte Gewindespindel (22), die mittels eines Elektromotors (23) in den Zylinderraum (19) einschraubbar ist, dort das Hydraulikmedium verdrängt und dadurch den Druck auf den Hydraulikkolben (2) »höht

Die Fig. 7 zeigt einen hydraulischen Druckübersetzer (24), dessen Kolbenstange (25) ebenso wie die Gewindespindel (22) in den Zylinderraum (19) ragt und dort zu ein» Mediumverdichtung beiträgt

Der hydraulische Druckübersetzer (24) wird mittels eines Hydraulikkolbens (26) bewegt und ist du der Hydraulikkolben (26) beidseitig beaufschlagbar ist, in d» Richtung des Doppelpfeiles bewegbar.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Hilfszylind» (27) vorgesehen, in den ein Kolben (28) ragt der üb» eine Kolbenstange (29) mit der Trägerplatte (9) und somit mit dem Hydraulikkolben (2) v»bunden ist Wenn der Hydraulikkolben (2) nach rechts bewegt wird, muß Hydraulikflüssigkeit in den Zylinderraum (19) eingebracht werden, um das Kolbenvolumen auszugleichen.

Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel durch den Hilfszylinder (27), der über ein sperrbares Ventil (30) mit dem Zylinderraum (19) des Hydraulikzylinders (1) verbunden ist. An den Hilfszylinder (27) kann eine Druckgasflasche (31) mit einer Ventileinheit (32) angeschlossen sein, wobei das Druckgas die Kolbenbewegung nach rechts unterstützt

Prinzipiell wäre es auch möglich, die Hydraulikflüssigkeit mittels eines anders konstruierten Ausgleichsgefäßes in den Hydraulikzylinder (1) einzubringen. Fig. 5 zeigt einen kreisrunden Behälter (27) mit einer Membran (33), der den Hydraulikzylinder (1) umgibt und die Funktion eines Ausgleichsgefäßes hat. Der Behälter (27) ist über ein Ventil (34) an eine Druckgasleitung angeschlossen. Die Membran (33) teilt den Behälter (27) in eine Gaskammer (27') und eine Hydraulikkammer (27”).

Wird Hydraulikflüssigkeit durch die Kolbenbewegung aus dem Hydraulikzylinder (1) in den Behälter (27) gedrückt, wird das Gas in der Gaskammer (27') komprimiert. Beim nächsten Arbeitszyklus drückt das -3-

Claims

AT 396 511B komprimierte Gas die Hydraulikflüssigkeit aus dem Behälter (27) in den Zylinderraum (19) des Hydraulikzylinders (1). Der Druckaufnehmer (21) hat die Aufgabe, zu überwachen, daß der Druck im Hydraulikzylinder (1) nicht ungewollt nachläßt (Undichtheiten). Der Druckaufnehmer (21) ist über einen Rechner mit dem Motor (14) verbunden. Sobald der Druck im Zylinderraum (3) auch nur geringfügig abfällt, erfolgt eine Korrektur durch Drehen des Motors (14) und Nachdrehen der Gewindespindel (6). Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist der Tauchkolben (4) vorzugsweise an einen Wegaufnehmer (35) angeschlossen. Dieser Wegaufnehmer (35), der beispielsweise ein Ohmsch»: Wegaufnehmer ist, kann beispielsweise als Formschlußsicherung dienen. Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung wird von dem Wegaufnehmer (35) ein Signal an den Elektromotor (14) abgegeben. Die Wirkungsweise des Formschutzes ist die folgende: Vorerst wird in einem Arbeitsgang die Form geschlossen und der Istwert der vom Wegaufnehmer (35) gelieferten Spannung gemäß dem Diagramm der Fig. 8 gespeichert. In dem Diagramm zeigt die Ordinate das jeweilige Signal des Wegaufnehmers und die Abszisse den Schließhub. Die Kurve (a) kennzeichnet den Istwert beim Schließen. Zu der Kurve (a) wird ein Toleranzband (b) festgelegt, welches den Formschlußbereich kennzeichnet. Bleibt die Kurve (a) bei den darauffolgenden Schließvorgängen innerhalb des Toleranzbandes (b), wird der Schließvorgang ungestört beendet Die Fig. 9 zeigt das gleiche Diagramm wie die Fig. 8 beim Ansprechen des Formschlusses. In dem Moment, wo die Signale vom Wegaufnehmer (35) gemäß der Kurve (a) den Formschutzbereich (b) verlassen, wird der Elektromotor (14) abgestellt oder umgeschaltet und eine Beschädigung der Form verhindert Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, kann der Elektromotor (14) außer zum Drehen der Gewindespindel (6) auch zur Betätigung weiterer Zusatzeinrichtungen dienen, so z. B. kann dieser mit einer Ausdrehvorrichtung für Kernzüge gekuppelt sein sowie mit einer Auswerferplatte (36), die vom Elektromotor (14) über einen Riemenantrieb (37) und eine Gewindespindel (38) betätigt wird. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Durchführung einer zweistufigen linearen Bewegung mit einer ortsfesten und einer bewegbaren Baueinheit mit einem Hydraulikzylinder und einem vorzugsweise als Plunger ausgeführten Hydraulikkolben, der einen Hohlraum aufweist und mit einer Einrichtung, um im Hydraulikzylinder einen Druck aufzubauen, wobei in den Hohlraum des Hydraulikkolbens ein Tauchkolben ragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (4) auf einer von einem Elektromotor (14), vorzugsweise von einem Servomotor drehbaren Gewindespindel (6) der bewegbaren Baueinheit lagert und mittels der Gewindespindel (6) im Hydraulikkolben (2) und im Hydraulikzylinder (1) axial verschiebbar ist, wobei die Gewindespindel (6) in eine verdrehsicher am oder im Tauchkolben (4) gehaltenen Mutter (7) ragt und der Tauchkolben (4) gegen Drehung gesichert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (4) im Hydraulikzylinder (1) axial verschiebbar gelagert ist und mittels Federn (11) in einer O-Stellung gehalten wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (4) einen Führungsansatz aufweist, der durch die Stirnwand (10) des Hydraulikzylinders (1) ragt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche des Tauchkolbens (4) kleiner ist als die Kolbenfläche des Hydraulikkolbens (2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (6) mittels einer lösbaren Kupplung mit der Abtriebswelle des Elektromotors (14) verbunden ist
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zylinderraum (19) des Hydraulikzylinders (1) ein Druckaufnehmer (21) angeschlossen ist, der über einen Rechner mit dem Elektromotor (14) vorzugsweise Servomotor in Verbindung steht. (Fig. 1)
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (4) an einen Wegaufnehmer (35) od. dgl. angeschlossen ist, der ein Signal an einen Rechner sendet, wobei der -4- AT 396 511 B Rechner bei einer Signaländerung, die ein vorgegebenes Toleranzband überschreitet, den Motor abstellt oder zurücklaufen läßt (Fig. 3)
8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Hilfszylinder oder Behälter (27), dessen Zylinder· bzw. Behälterraum mit dem Zylinderraum (19) des Hydraulikzylinders (1) in Verbindung ist (Fig. 4)
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet» daß sich im Hilfszylinder (27) ein Kolben (28) befindet, der mit der bewegbaren Baueinheit, insbesondere mit dem Hydraulikkolben (2) gekuppelt ist und sich gleichförmig mit dieser bewegt (Fig. 4)
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Behälter (27) eine Membran (33) od. dgl. befindet die den Behälter (27) in zwei Kammern (27', 27") teilt wobei eine Kammer (27") mit dem Hydraulikzylinder (1) verbunden ist wogegen die andere Kammer (27') einen Anschluß (34) für den Einlaß von Druckgas aufweist (Fig. 5)
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (27) den Hydraulikzylinder (1) mantelartig umgibt (Fig. 5)
12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdrängungskörper, beispielsweise eine Spindel oder ein Stössel (25) in den Zylinderraum (19) einführbar ist (Fig. 7) Hiezu 7 Blatt Zeichnungen -5-