AT400941B

AT400941B - Einrichtung zur versorgung von hydraulischen verbrauchern einer spritzgiessmaschine mit einer unter druck stehenden hydraulikflüssigkeit

Info

Publication number: AT400941B
Application number: AT59694A
Authority: AT
Inventors: Franz Ing Starzer
Original assignee: Engel Gmbh Maschbau
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1996-04-25
Also published as: ATA59694A; DE29504809U1

Description

AT 400 941 B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Versorgung von hydraulischen Verbrauchern einer Spritzgießmaschine mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit, mit einer von einem in seiner Drehzahl veränderbaren Motor antreibbaren Kolbenpumpe, die über Leitungen mit den hydraulischen Verbrauchern verbunden ist.

Bei Spritzgießmaschinen zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff sind hydraulische Verbraucher für einzelne Baugruppen, insbesondere Schließeinheit, Einspritzeinheit, Auswerfer, Kerne etc., mit unter Druck stehender Hydrauiikflüssigkeit zu versorgen. Zur energiearmen Versorgung solcher hydraulischer Verbraucher einer Spritzgießmaschine wurde bereits vorgeschlagen, Pumpen zu verwenden, die von in der Drehzahl veränderbaren Wechselstrom-Servomotoren angetrieben sind (DE 39 19 823 A1). Bei der bekannten Lösung ist pro Verbraucher eine Pumpe vorgesehen, bei mehreren Verbrauchern können mehrere Pumpen von einem Motor über mechanische Verteilergetriebe angetrieben werden.

Eine Versorgungseinrichtung der eingangs erwähnten Art für hydraulische Verbraucher einer Spritzgießmaschine ist aus der DE 36 05 113 A1 bekannt. Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung einer solchen Einrichtung, wobei bei kompaktem einfachem Aufbau hydraulische Verbraucher mit einem präzise vorgeb-baren Mengenprofil (oder Druckprofil) mit Hydraulikflüssigkeit versorgbar sind.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch erreicht, daß die Kolbenpumpe als einfachwirkende Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei die Kolbenpumpe zumindest zwei unterschiedliche Verbraucher an der Spritzgießmaschine versorgt und wobei das Volumen der Kolbenpumpe, welches der Kolben bei einem vollen Kolbenhub verdrängt, ausreicht, um pro Zyklus der Spritzgießmaschine zumindest zwei, vorzugsweise alle, angeschlossene(n) Verbraucher mit einer in eine einzige Richtung verlaufenden Kolbenbewegung zu versorgen, oder daß die Kolbenpumpe als doppeltwirkende Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei sowohl von dem vor dem Kolben liegenden ersten Raum der Kolbenpumpe als auch von dem auf der anderen Seite des Kolbens liegenden zweiten Raum der Kolbenpumpe jeweils zumindest eine Druckleitung zur Zufuhr von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit zu einem hydraulischen Verbraucher führt.

Bei einer Kolbenpumpe bewegt sich der Kolben mit einem von der Drehrichtung und der momentanen Drehzahl des Motors festgelegten Geschwindigkeitsprofil. Es läßt sich somit über ein Drehzahlprofil das Geschwindigkeitsprofil des Kolbens und damit wieder das letztlich gewünschte Mengenprofil für den jeweiligen hydraulischen Verbraucher exakt festlegen. Der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl läßt sich über eine elektronische Steuereinrichtung vorteilhaft vorprogrammieren und dann im Betrieb exakt nachvollziehen.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es grundsätzlich möglich, einen einzigen hydraulischen Verbraucher zu versorgen. Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung aber zur Versorgung von zwei oder mehreren Verbrauchern einsetzen, wobei dafür eine gemeinsame Kolbenpumpe ausreicht. Es sind dann verschiedenen Bewegungsabschnitten des Kolbens verschiedene Verbraucher zugeordnet, welche über an sich bekannte Sperrventile zu- und abschaltbar sind. Grundsätzlich ist es auch denkbar, daß in bestimmten Bewegungsabschnitten des Kolbens dieser gleichzeitig zwei oder mehrere Verbraucher versorgt. Im allgemeinen wird man aber pro Bewegungsabschnitt des Kolbens jeweils nur einen einzigen Verbraucher versorgen.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kolbenpumpe als einfachwirkende Kolbenpumpe ausgebildet ist, versorgt die Kolbenpumpe mindestens zwei unterschiedliche Verbraucher an der Spritzgießmaschine. Das Volumen der Kolbenpumpe, welches der Kolben bei einem vollen Kolbenhub verdrängt, reicht dabei aus, um pro Zyklus der Spritzgießmaschine zumindest zwei, vorzugsweise alle, angeschlossenen Verbraucher mit einer in eine einzige Richtung verlaufenden Kolbenbewegung zu versorgen. Dadurch kann die Versorgung der Verbraucher unterbrechungsfrei erfolgen und das Zurückführen des Kolbens kann in einer Pause des Zyklus erfolgen, vorzugsweise in der Kühlphase. Andererseits ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Kolbenpumpe als doppeltwirkende Kolbenpumpe auszubilden, wobei man in diesem Fall mit kleinen dimensionierten Pumpen auskommt. Günstig ist es, den Antrieb der Kolbenpumpe so aufzubauen, daß in jeder Kolbenposition jeder Drehzahl des Motors eindeutig eine einzige Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens zugeordnet ist. Es existiert somit ein einfacher linearer Zusammenhang zwischen Kolbengeschwindigkeit und Motordrehzahl. Ein solcher Antrieb läßt sich günstigerweise dadurch realisieren, daß der Motor, vorzugsweise ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, in an sich bekannter Weise eine Spindel antreibt, die den Kolben axial verschiebt. Es spiegelt sich somit das Drehzahlprofil genau im Geschwindigkeitsprofil des Kolbens und damit im Mengenprofil wieder.

Als Antriebsmotoren eignen sich besonders gut Wechselstrom- oder Drehstrom-Servomotoren, da sich diese durch hohe Anfahrdrehmomente und durch ein besonders rasches und exaktes Ansprechen auf Steuersignale auszeichnen. Um ein Verfahren des Kolbens in beide Richtungen zu ermöglichen, sehen 2

AT 400 941 B vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung vor, daß die Drehrichtung des Motors - wie an sich bekannt-umschaltbar ist, oder - wie ebenfalls an sich bekannt - zwischen Kolbenpumpe und Motor ein Umkehrgetriebe angeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, bei Verwendung einer doppeltwirkenden Kolbenpumpe einen im wesentlichen geschlossenen Kreislauf für die Hydraulikflüssigkeit zu verwenden. Dabei weisen auch die Verbraucher doppeltwirkende Kolben auf und das Flächenverhältnis der beiden Kolbenflächen ist bei dem Kolben der Verbraucher gleich wie beim Kolben der Kolbenpumpe. In diesem Fall kommt man mit einem kleinen drucklosen Reservoir zum Ausgleich der Leckölverluste aus und kann ein größeres Reservoir einsparen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer drei hydraulische Verbraucher einer Spritzgießmaschine versorgenden Kolbenpumpe,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit zwei Verbrauchern und einem geschlossenen Hydraulikkreislauf,

Fig. 3 eine Variante mit einem Umkehrgetriebe,

Fig. 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel zum Fahren eines Druckprofils bei geringen Durchflußmengen von Hydraulikflüssigkeit zum Verbraucher und

Fig. 5 eine spezielle Kolbenpumpe mit Antrieb.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind schematisch drei Verbraucher einer Spritzgießmaschine dargestellt, nämlich die Schließeinheit 1, die Spritzeinheit 2 und einen Auswerfer 3. Alle diese Verbraucher sind über Kolben-Zylinder-Einheiten 4 angetrieben, die einen Kolben 5 aufweisen, der von beiden Seiten mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist, wobei auf der einen Seite des Kolbens ein erster Raum 4a und auf der anderen Seite des Kolbens ein zweiter Raum 4b für die Hydraulikflüssigkeit liegt. Mit solchen Kolben-Zylinder-Einheiten 4 lassen sich Teile der Spritzgießmaschine in beiden Richtungen exakt bewegen und bei Bedarf hohe Kräfte erzielen.

Um diese Kolben-Zylinder-Einheiten 4 der Verbraucher 1, 2 und 3 der Spritzgießmaschine mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit zu versorgen, ist eine Kolbenpumpe 6 vorgesehen, die von einem in der Drehzahl variierbaren Wechselstrom-Servomotor 7 angetrieben ist. Solche Wechselstrom-Servomotoren zeichnen sich durch hohe Anfahrdrehmomente und besonders rasches und exaktes Ansprechen auf Steuersignale aus. Somit ist es möglich, die Drehzahl des Motors nach einem exakten Drehzahlprofil zu fahren, das beispielsweise aus einer mit einem Speicher versehenen elektronischen Steuereinrichtung vorgegeben wird.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Motorgehäuse fest mit dem Zylinder 8 der Kolbenpumpe 6 verbunden. Der Motor 7 setzt eine Spindel 9 in Drehbewegung. Am Kolben 10 der Kolbenpumpe 6 ist eine Mutter 11 angeordnet, über die die Drehbewegung der Spindel 9 in eine lineare Verschiebebewegung des Kolbens 10 ( Doppelpfeil 12) umgesetzt wird. Ein Getriebe ist bei dieser Ausführungsform nicht nötig. In jeder Kolbenposition ist der Drehzahl des Motors eindeutig eine einzige bestimmte Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens 10 zugeordnet. Das Volumen der Kolbenpumpe ist dabei so dimensioniert, daß es ausreicht, um pro Zyklus der Spritzgießmaschine alle angeschlossenen Verbraucher mit einer in eine einzige Richtung verlaufenden Kolbenbewegung des Kolbens 10 zu versorgen. Ein Zyklusablauf sieht dann beispielsweise wie folgt aus:

Die Bewegung des Kolbens 10 beginnt in einer ganz rechten Position im Zylinder 8 der Kolbenpumpe 6. Zunächst soll die Schließeinheit 1 geöffnet werden. Dazu ist das Ventil 14 geöffnet und das Ventil 13 verbindet den ersten Raum 4a der Kolben-Zylinder-Einheit 4 mit einem drucklosen Reservoir 19. Nun wird der Kolben 10 durch Antrieb über den Elektromotor 7 nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil ein Stück nach links verfahren. Das dabei verdrängte Hydrauliköl gelangt über das geöffnete Ventil 14 in den zweiten Raum 4b der Kolben-Zylinder-Einheit 4 der Schließvorrichtung 1. Damit wird die Schließvorrichtung 1 der Spritzgießmaschine geöffnet.

Als nächstes öffnet das Ventil 17, während das Ventil 18 eine Verbindung zwischen dem Kolbenraum 4b der Kolben-Zylinder-Einheit 4 des Auswerfers 3 mit einem drucklosen Reservoir verbindet. Der Kolben 10 fährt nun weiter ein Stück nach links in der Fig. 1, das verdrängte Hydrauliköl bewegt den Auswerfer 3 nach rechts. Anschließend erfolgt eine Umkehr des Öffnungszustandes der Ventile 17 und 18. Nunmehr gelangt das Hydrauliköl über das Ventil 18 in den Raum 4b, was bei einer Weiterbewegung des Kolbens 10 nach links den Auswerfer 3 wieder in seine Ausgangslage zurückbringt.

Nun ist die Schließeinheit 1 zu schließen. Dazu wird das Ventil 13 geöffnet und das Ventil 14 verbindet den zweiten Raum 4b der Kolben-Zylinder-Einheit 4 der Schließeinheit 1 mit dem drucklosen Reservoir 19. 3

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Der Kolben 10 bewegt sich nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil weiter nach links in der Fig. 1 und erzeugt damit das gewünschte Mengenprofil an den Verbraucher beim Schließen der Form. Das Schließen kann somit gemäß einem vom Mengenprofil bestimmten Geschwindigkeitsprofil erfolgen.

Schließlich erfolgt das Einspritzen von Kunststoff in die geschlossene Form. Dazu wird über das geöffnete Ventil 15 zunächst der erste Raum 4a der Kolben-Zylinder-Einheit 4 des Einspritzaggregates 2 beaufschlagt. Der Kolben 10 der Kolbenpumpe 6 bewegt sich nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil weiter nach links in Fig. 1, um das gewünschte Mengenprofil an Hydraulikflüssigkeit zu erzeugen.

Nun befindet sich der Kolben 10 der Kolbenpumpe in einer äußerst linken Stellung in Fig. 1. Der Kolben 10 hat im Zylinder 8 der Kolbenpumpe 6 bisher einen einzigen Hub ausgeführt, um alle drei Verbraucher bei einem Zyklus der Spritzgießmaschine zu versorgen. Während in der Spritzgießmaschine die Kühlphase erfolgt, bei der der eingespritzte Kunststoff in der Form abkühlt, wird der Kolben 10 rasch in die äußerst rechte Ausgangstage in Fig. 1 zurückgefahren, wobei Hydrauliköl aus dem drucklosen Reservoir 19 angesaugt wird. Die Kolbenpumpe 6 ist nunmehr für den nächsten Zyklus bereit. Zum Zurückfahren ist einfach die Drehrichtung des Motors umzukehren. Solche Elektromotoren sind im Handel erhältlich. Während der Kühlphase bewegt sich auch noch die Plastifizierschnecke des Einspritzaggregates zurück. Dies erfolgt beim Plastifizieren durch Antrieb der Schnecke über einen gesonderten Motor automatisch, ohne daß es einer Druckbeaufschlagung der Kolbenzylindereinheit 4 des Spritzaggregates 2 über das Ventil 16 bedarf. Es reicht, wenn in dieser Phase die Ventile 16 und 15 drucklos mit dem Reservoir 19 in Verbindung stehen.

Die gezeigte Betriebsweise erlaubt eine einfache Steuerung und eine zyklusbezogene Betriebsweise der Kolbenpumpe, die die Kühlphase der Spritzgießmaschine ausnutzt, um Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder 8 der Kolbenpumpe 6 nachzuladen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das mit einem kleinen drucklosen Reservoir 19 auskommt und bei dem auch die Kolbenhinterseite des Kolbens 10 bzw. der dort liegende Zylinderraum 6b ausgenutzt wird. Man kommt damit mit kleiner dimensionierten Pumpen aus und kann sich - wie bereits erwähnt - ein größeres Reservoir einsparen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform führt sowohl von dem vor dem Kolben liegenden ersten Raum 6a der Kolbenpumpe als auch von dem auf der anderen Seite des Kolbens 10 liegenden Zweiten Raum 6b der Kolbenpumpe 6 jeweils eine Druckleitung 20a bzw. 20b zur Zufuhr von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit zu einem Verbraucher bzw. dessen Kolben-Zylinder-Einheit 4. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Verbraucher bzw. deren Kolben-Zylinder-Einheiten 4 dargestellt. Über Ventile 21 wird die Zufuhr bzw. Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit zu bzw. von den Verbrauchern gesteuert. Das Verhältnis der effektiven Kolbenvorderfläche zur effektiven Kolbenhinterfläche ist sowohl bei den Kolben-Zylinder-Einheiten der Verbraucher 4 als auch in der Kolbenpumpe 6 selber gleich, nämlich beispielsweise 2:1. Durch dieses gleiche Flächenverhältnis in der Pumpe 6 einerseits und bei den Verbrauchern 4 andererseits ist es grundsätzlich möglich, ohne druckloses Zwischenreservoir auszukommen, da das aus dem jeweils nicht beaufschlagten Raum der Verbraucher abfließende Hydrauliköl in den momentan nicht beaufschlagten Raum 6a bzw. 6b der Kolbenpumpe 6 zurückströmen kann. In der Praxis kommen aber immer Leckölverluste etc. vor, die einen vollständig geschlossenen Kreislauf nur schwer realisieren lassen. Aus diesem Grund ist auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ein kleines Reservoir 19 vorgesehen, das über Rückschlagventile 28,29 zum Ausgleich von Leckölverlusten (Leckölleitungen in das Reservoir 19 nicht dargestellt) mit den Räumen 6a und 6b in Verbindung steht.

Eine elektronische Steuereinheit 22 steuert die beispielsweise elektromagnetischen Absperrventile 21 über eine oder mehrere schematisch dargestellte Steuerleitungen 23. Die Steuereinrichtung 22 kann einen Speicher umfassen, in dem Mengenprofile in Form von Drehzahlprofilen für den Motor 7 vorggebbar sind. Es können auch mehrere Mengenprofile abgespeichert werden und bei Bedarf eines davon aufgerufen werden. Über eine Steuerleitung 24 steuert dann die Steuereinheit die Drehzahl des Motors 7, wobei auch ein Anhalten und Umkehren natürlich möglich ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spindel 9 durch den Motor 7 hindurchgeführt und wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors mit einer bestimmten Axialgeschwindigkeit durch den Motor verschoben. Solche Antriebe sind ebenfalls im Handel erhältlich.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Motor 7' verwendet werden, der sich jeweils nur in eine Drehrichtung zu drehen braucht. Um eine Umkehr der Drehrichtung der Spindel 9 und damit eine Umkehr der Bewegung des Kolbens 10 zu erzielen, ist bei dieser Ausführungsform ein Umkehrgetriebe 25 vorgesehen.

Um auch bei geringen Fördermengen an Hydraulikflüssigkeit exakt ein Druckprofil fahren zu können, ist gemäß Fig. 4 in der zu den Verbrauchern 4 führenden Druckleitung bzw. in einer Abzweigung davon ein 4

Claims

AT 400 941 B druckregelbares Ventil 26 vorgesehen, das ein gezieltes Ablassen einer bestimmten Menge an Hydraulikflüssigkeit in das drucklose Reservoir 19 ermöglicht. Damit ist es möglich, mit der Kolbenpumpe 6 etwas mehr Hydraulikflüssigkeit zu fördern, als für den an sich gewünschten Druck nötig ist. Der exakte etwas niedrigere Druck läßt sich dann durch gezieltes Ablassen über das Druckventil 16 einstellen. Ein Drucksensor 27 kann Signale an eine elektronische Steuereinrichtung abgeben, die den Motor 7 der Kolbenpumpe und bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auch das Druckventil 26 steuert. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine vom Motor 7 angetriebene Kugelumlaufspindel 9 im Inneren der Kolbenstange 30 der Kolbenpumpe 6 gelagert ist. Über eine Spindelmutter 11 treibt die Kugelumlaufspindel 9 die Kolbenstange 30 und damit den Kolben 10 an. Eine Verdrehsicherung 31, die entlang einer Führung 32 gleitet, verhindert ein Umdrehen des Kolbens. Diese Ausführungsform erlaubt es, Dichtheitsprobleme beim Kolben 10 vollständig zu vermeiden und hohe Drücke zu erzeugen. Patentansprüche 1. Einrichtung zur Versorgung von hydraulischen Verbrauchern einer Spritzgießmaschine mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit, mit einer von einem in seiner Drehzahl veränderbaren Motor antreibbaren Kolbenpumpe, die über Leitungen mit den hydraulischen Verbrauchern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe (6) als einfachwirkende Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei die Kolbenpumpe zumindest zwei unterschiedliche Verbraucher (1,2,3) an der Spritzgießmaschine versorgt und wobei das Volumen der Kolbenpumpe (6), welches der Kolben (10) bei einem vollen Kolbenhub verdrängt, ausreicht, um pro Zyklus der Spritzgießmaschine zumindest zwei, vorzugsweise alle, angeschlossene(n) Verbraucher (1,2,3) mit einer in eine einzige Richtung verlaufenden Kolbenbewegung zu versorgen, oder daß die Kolbenpumpe als doppeltwirkende Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei sowohl von dem vor dem Kolben (10) liegenden ersten Raum (6a) der Kolbenpumpe (6) als auch von dem auf der anderen Seite des Kolbens (10) liegenden zweiten Raum (6b) der Kolbenpumpe (6) jeweils zumindest eine Druckleitung (20a,20b) zur Zufuhr von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit zu einem hydraulischen Verbraucher führt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (7) ein elektrischer Servomotor, vorzugsweise ein Wechselstrom-Servomotor oder Drehstrom-Servomotor, ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Motor (7), vorzugsweise ohne Zwischenschaltung eines Getriebes, in an sich bekannter Weise eine Spindel (9) antreibbar ist, mittels welcher der Kolben (10) axial verschiebbar ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung des Motors (7) - wie an sich bekannt - umschaltbar ist, oder daß - wie ebenfalls an sich bekannt - zwischen Kolbenpumpe (6) und Motor (7) ein Umkehrgetriebe (25) angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher Kolben-Zylinder-Einheiten (4) mit einem Kolben (5) aufweisen, der von beiden Seiten mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist, wobei auf der einen Seite des Kolbens (5) ein erster Raum (4a) und auf der anderen Seite des Kolbens (5) ein zweiter Raum (4b) für die Hydraulikflüssigkeit liegt, wobei der erste Raum (6a) der Kolbenpumpe (6) über Leitungen jeweils mit dem ersten Raum (4a) der Kolben-Zylinder-Einheiten (4) der Verbraucher verbunden ist, daß der zweite Raum (6b) der Kolbenpumpe (6) über zweite Leitungen jeweils mit dem zweiten Raum (4b) der Kolben-Zylinder-Einheiten (4) der Verbraucher verbunden ist, und daß das Verhältnis der dem ersten Raum (4a,6a) zugewandten effektiven Kolbenfläche zu der dem zweiten Raum (4b,6b) zugewandten effektiven Kolbenfläche in der Kolbenpumpe (6) einerseits und in den Kolben-Zylinder-Einheiten (4) der Verbraucher andererseits gleich groß ist. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 5