AT501516A1 - SYRINGE UNIT FOR INJECTION MOLDING MACHINE - Google Patents

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Description

ΛΛ

Λ V 7.1-Λ V 7.1-

Die Erfindung bezieht sich auf eine vollelektrische Spritzeinheit mit einem hydraulischem Spritzzylinder und einem zusätzlichen hydraulischem Arbeitszylinder, in dem der Kolben elektromechanisch angetrieben wird und bei der auftretende Leckverluste aus einem im geschlossenen Hydrauliksystem angeordneten Ausgleichsbehälter ergänzt werden. Die Schneckendrehung beim Dosieren erfolgt ebenfalls mit einem elektrischen Servomotor.The invention relates to a fully electric injection unit with a hydraulic injection cylinder and an additional hydraulic cylinder, in which the piston is driven electromechanically and are supplemented in the occurring leakage from a arranged in a closed hydraulic system expansion tank. The screw rotation during dosing is also done with an electric servomotor.

Bei der Herstellung dünnwandiger Formteile wird außerdem in die Spritzeinheit ein Druckspeicher integriert. Die vollelektrische Spritzeinheit ist daher zum konventionellen Spritzgießen und Expansionsspritzgießen mit extrem schnellen Einspritzgeschwindigkeiten geeignet. Bei Spritzgussteilen mit üblichen Wanddicken erfolgt das Einspritzen nur durch die elektromechanische Verschiebung des Kolbens im Arbeitszylinder, während bei dünnwandigen Spritzgussteilen die in der Kompressionsphase gespeicherte Energie in der Kunstoffschmelze, im Hydrauliköl und Druckspeicher den notwendigen schnellen Einspritzvorgang bewirkt. Im geschlossenen Hydrauliksystem ist keine Hydraulikpumpe vorgesehen, das Öl dient nur als Druckübersetzung zur Erzeugung der erforderlichen Einspritzkraft für die vorgegebene Spritzgeschwindigkeit.In the production of thin-walled moldings, a pressure accumulator is also integrated into the injection unit. The all-electric injection unit is therefore suitable for conventional injection molding and expansion injection molding with extremely fast injection speeds. In injection molded parts with conventional wall thicknesses, the injection takes place only by the electromechanical displacement of the piston in the working cylinder, while in thin-walled injection molded parts stored in the compression phase energy in the Kunstoffschmelze, in the hydraulic oil and pressure accumulator causes the necessary rapid injection process. In the closed hydraulic system no hydraulic pump is provided, the oil serves only as a pressure boost to generate the required injection force for the given injection speed.

Stand der Technik ist die Verwendung von Spritzgießmaschinen mit Druckspeicher für die Herstellung von dünnwandigen Spritzgussteilen, bei denen üblicherweise nur der Druckspeicher zur Energiespeicherung vorgespannt wird. Die Kunststoffschmelze und das Hydrauliköl werden erst durch den ansteigenden Einspritzdruck während der Formfüllung verdichtet. Die gemessene Fließfrontgeschwindigkeit weicht aus diesem Grunde stark vom berechneten Wert ab (bis 1/6 kleiner).The prior art is the use of injection molding machines with pressure accumulator for the production of thin-walled injection molded parts, in which usually only the pressure accumulator is biased for energy storage. The plastic melt and the hydraulic oil are only compressed by the increasing injection pressure during mold filling. For this reason, the measured flow front velocity deviates greatly from the calculated value (up to 1/6 smaller).

In der europäischen Patentanmeldung EP 1 074374 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem nur die Schmelze im Schneckenvorraum verdichtet wird und nach dem Öffnen der Absperrung den Werkzeughohlraum bei feststehender Schnecke füllt. Dieses Verfahren ist nur für die Herstellung von teilen mit sehr geringem Gewicht anwendbar. Es wird dabei nur die Kompressibilität der Schmelze und die elastische Verformung der druckbeaufschlagten Maschinenteile bei der Werkzeugfüllung durch Expansion der Schmelze genützt.European Patent Application EP 1 074374 A1 describes a method in which only the melt in the screw antechamber is compacted and, after opening the shut-off, fills the mold cavity in the case of a fixed screw. This method is only applicable for the production of parts with very low weight. It is only the compressibility of the melt and the elastic deformation of the pressurized machine parts in the tool filling exploited by expansion of the melt.

Die erfindungsgemäße Ausführung des Spritzaggregates mit ^iem zusätzlichen hydraulischen Arbeitszylinder, in welchem der Kolben zur Drudkerzeugung elektromechanisch verschoben wird, ermöglicht die Herstellung von dünnwandigen Spritzgussteilen mit größeren Abmessungen und Gewichten. Das Hydrauliköl dient zur Kraftübertragung, es ist jedoch keine Hydraulikanlage mit Pumpe und Verteilersystem vorhanden. Der Schneckenantrieb ißt mitThe inventive design of the injection unit with ^ iem additional hydraulic cylinder, in which the piston is moved electromechanically to the Drudkerzeugung, allows the production of thin-walled injection molded parts with larger dimensions and weights. The hydraulic oil is used for power transmission, but there is no hydraulic system with pump and distribution system available. The worm drive is eating

• · · ♦ • · • · • · · einem elektrischen Servomotor ausgeführi * daher ist äfn wirtschaftlicher Energieverbrauch gewährleistet.An electric servomotor is therefore designed to ensure economical energy consumption.

Mit dem Spritzaggregat ist auch ein konventioneller Füllvorgang für dickwandige Teile realisierbar, dabei wird die notwendige Einspritzgeschwindigkeit durch elektromechanisches Verschieben des Kolbens im Arbeitszylinder erzeugt. Der Druckspeicher ist in diesem Falle vom System durch einen Absperrschieber getrennt. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer schematischen Zeichnung, die nur die verfahrenswesentlichen Teile des Spritzaggregates zeigt, dargestellt und beschrieben (Fig.1).The injection unit is also a conventional filling process for thick-walled parts feasible, while the necessary injection speed is generated by electromechanical displacement of the piston in the cylinder. The pressure accumulator is in this case separated from the system by a gate valve. The invention will now be described and described with reference to a schematic drawing which shows only the parts of the injection unit essential to the process (FIG.

Beim Expansionsspritzgießen wird die Kunststoffschmelze im Massezylinder 1 durch die Schnecke 2 plastifiziert und gelangt in den Schneckenvorraum V1. Die werkzeugseitige Öffnung der Verschlußdüse 15 ist durch die Düsennadel 16 über einen Hebel 17 verschließbar. Im Werkzeug 20 befindet sich die Kavität 21, deren Volumen wesentlich kleiner ist, als das Volumen des Schneckenvorraumes V1.During expansion injection molding, the plastic melt in the mass cylinder 1 is plasticized by the screw 2 and enters the screw antechamber V1. The tool-side opening of the closure nozzle 15 can be closed by the nozzle needle 16 via a lever 17. In the tool 20 is the cavity 21, whose volume is substantially smaller than the volume of the screw antechamber V1.

Der für die rasche Werkzeugfüllung notwendige hohe Massedruck (bis 3500 bar) wird bei geschlossener Verschlußdüse 15 durch das Verschieben des Kolbens 6 im Arbeitszylinder 5 erzeugt. Die Verschiebung wird durch den Gewindeschraubtrieb 12 durchgeführt, angetrieben durch den Zahnriementrieb 11 und den Servomotor 13. In dieser Kompressionsphase wird Energie in der Schmelze im Schneckenvorraum V1, im Öl vom Spritzzylindervolumen und dem Arbeitszylindervolumen V2 und dem Gasvolumen V3 des Druckspeichers 7 gespeichert. Der Druckspeicher ist über den Absperrschieber 22 mit dem Spritzzylinderraum verbunden. Nach dem Öffnen der Verschlußdüse 15 erfolgt die gleichzeitige Expansion der komprimierten Stoffe und die rasche Füllung der Werkzeugkavität 21. Die Füllgeschwindigkeit ist vom Kompressionsendruck und dem Füllwiderstand im Werkzeug 20 und der Verschlußdüse 15 abhängig. Der Druck im Schneckenvorraum V1 und die korrespondierenden Drücke im geschlossenen Hydrauliksystem und Druckspeicher sinken bis die Werkzeugkavität gefüllt ist und ein Druckausgleich zwischen Kavität 21 und dem Schneckenvorraum V1 stattgefunden hat. Während der Expansionsphase wird der Kolben 6 nicht bewegt. Nach der Expansion -Phase trennt der Schieber 22 die Verbindung zwischen Druckspeicher 7 und Hydraulikzylinderraum V2 und der Enddruck der Füllung bleibt im Druckspeicher 7 aufrecht. Der Schieber 22 wird erst wieder geöffnet, wenn in der nächsten Kompressionsphase im Spritzzylinderraum V2 der im Druckspeicher 7 vorhandene Druck erreicht wird. Der Druckvergleich erfolgt über die Sensoren 26,27 und die Steuereinheit 14 gibt das Schaltsignal für den Schieber22. Der Sensor 25 im Vorraum V1 registriert den Schmelzedruck während der Verdichtungs- und Expansionsphase. Nach dem Schließen von Schieber 22 am Füllende wird der Kolben 6 im Arbeitszylinder 7 zurückgezogen und regelt über den Sensor 27 das geforderte Nachdruckprofil. NacK'Ablauf der Nach'druöRzeit beginnt das Dosieren, die Schnecke wird durch einen elektrischen Servomotor über den Zahnriementrieb 9 angetrieben und das gewünschte Profil für den Rückstaudruck durch die Veränderung der Position von Kolben 6 eingestellt. Die Positionsveränderung für den Kolben 6 erfolgt über den Zahnriementrieb 11 durch den elektrischen Servomotor! 3. Eine konstante Öltemperatur wird durch die Wasserkühlung 19 von Spritz- und Arbeitszylinder erreicht.The high melt pressure (up to 3500 bar) required for the rapid filling of the tool is generated by the displacement of the piston 6 in the working cylinder 5 when the closure nozzle 15 is closed. The displacement is performed by the Gewindeschraubtrieb 12, driven by the toothed belt drive 11 and the servo motor 13. In this compression phase, energy in the melt in the Schneckenvorraum V1, the oil in the injection cylinder volume and the working cylinder volume V2 and the gas volume V3 of the pressure accumulator 7 is stored. The accumulator is connected via the gate valve 22 with the injection cylinder space. After opening the closure nozzle 15, the simultaneous expansion of the compressed substances and the rapid filling of the mold cavity 21 takes place. The filling speed depends on the compression pressure and the filling resistance in the tool 20 and the sealing nozzle 15. The pressure in the screw antechamber V1 and the corresponding pressures in the closed hydraulic system and accumulator sink until the mold cavity is filled and a pressure equalization between the cavity 21 and the screw antechamber V1 has taken place. During the expansion phase, the piston 6 is not moved. After the expansion phase of the slide 22 separates the connection between the pressure accumulator 7 and hydraulic cylinder space V2 and the final pressure of the filling remains in the accumulator 7 upright. The slider 22 is only opened again when in the next compression phase in the injection cylinder space V2 the pressure present in the pressure accumulator 7 is reached. The pressure comparison is carried out via the sensors 26,27 and the control unit 14 outputs the switching signal for the slide 22nd The sensor 25 in the antechamber V1 registers the melt pressure during the compression and expansion phase. After closing slide 22 at the filling end of the piston 6 is withdrawn in the working cylinder 7 and controls the required Nachdruckprofil via the sensor 27. At the end of the post-dehydration period, dosing begins, the worm is driven by an electric servomotor via the toothed belt drive 9 and the desired profile for the back pressure is set by changing the position of the piston 6. The change in position for the piston 6 via the toothed belt drive 11 by the electric servomotor! 3. A constant oil temperature is achieved by the water cooling 19 of injection and working cylinders.

Beim Standartspritzgießen bleibt der Schieber 22 immer geschlossen und bei geöffneter Verschlußdüse 15 wird durch das elektromechanische Verschieben des Kolbens 6 im Arbeitszylinder 5 der Kolben 4 im Spritzzylinder 3 bewegt und die notwendige Spritzgeschwindigkeit erzeugt. Nachdruck - und Staudruckprofil werden wie beim Expansionsspritzgießen durch die Positionsveränderung des Kolbens 6 eingestellt. Das erreichbare maximale Spritzvolumen und die maximale Spritzgeschwindigkeit ist durch die Dimensionierung der zusätzlichen Arbeitszylindereinheit 5,6,festgelegt. Der Durchmesser des Kolbens 6 ist größer als der Schneckendurchmesser 2 aber wesentlich kleiner als der Durchmesser vom Spritzzylinderkolben 4. Zur Erzeugung des notwendigen Vorspanndruckes im Druckspeicher 7 wird durch zurückziehen von Kolben 6 Öl über den Schieber 23 aus dem Augleichsbehälter 8 angesaugt und nach dem Schließen von Schieber 23 und Öffnen von Schieber 22 in den Druckspeicher gedrückt Der Vorgang wird wiederholt bis der Sensor 26 den erforderlichen Druck anzeigt. Außerdem überwacht der Sensor 27 die Druckverhältnisse in der Hydraulik und auftretende Leckölveriuste werden aus dem Ausgleichsbehälter 8 bei Unterdrück im Arbeitszylinder 5 über den Schieber 23 kompensiert.When standard injection molding of the slide 22 is always closed and with open shutter 15 is moved by the electromechanical displacement of the piston 6 in the working cylinder 5, the piston 4 in the injection cylinder 3 and generates the necessary injection speed. Repressive and dynamic pressure profile are adjusted by the change in position of the piston 6, as in the case of expansion injection molding. The achievable maximum injection volume and the maximum injection rate is determined by the dimensioning of the additional working cylinder unit 5, 6. The diameter of the piston 6 is larger than the screw diameter 2 but much smaller than the diameter of the injection cylinder piston 4. To generate the necessary biasing pressure in the pressure accumulator 7 is sucked by retracting piston 6 oil on the slide 23 from the Augleichsbehälter 8 and after the closing of Slider 23 and opening of slide 22 pressed into the accumulator The process is repeated until the sensor 26 indicates the required pressure. In addition, the sensor 27 monitors the pressure conditions in the hydraulic system and occurring Leckölveriuste be compensated from the surge tank 8 at suppression in the working cylinder 5 via the slide 23.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Spritzeinheit zum Expansionsspritzgießen und Standartspritzgießen geeignet ist und vollelektrisch, energiesparend angetrieben wird.Essential to the invention is that the injection unit is suitable for expansion injection molding and standard injection molding and is driven fully electric, energy-saving.

Beim Expansionsspritzen wird in der Kompressionsphase eine gleichzeitige Verdichtung von Schmelze, Hydrauliköl und Druckgas durchgeführt und die gespeicherte Energie kann nach dem Öffnen der Verschlußdüse zur raschen Werkzeugfüllung genützt werden. Sehr kurze Füllzeiten für dünnwandige Spritzgussteile sind bei geringen Schwankungen der Qualitätsmerkmale erreichbar. Wählt man zweckmäßigerweise zuerst den Vorspanndruck (meist 2000-3000 bar) und das Volumen im Schneckenvorraum V1 (wesentlich größer als der Werkzeughohlraum21), sind auch der Druck im Arbeitszylinder7, Spritzylinder 4 und Druckspeicher 7 festgelegt. Mit einem Rechenprogramm kann dann der Druckverlauf im Schneckenvorraum und der Volumenstrom der Schmelze zur Kavität während der Werkzeugfüllung bestimmt werden.In the expansion spraying, a simultaneous compression of melt, hydraulic oil and compressed gas is performed in the compression phase and the stored energy can be used after opening the shutter nozzle for rapid tool filling. Very short filling times for thin-walled injection-molded parts can be achieved with small fluctuations in the quality characteristics. If one expediently first selects the preload pressure (usually 2000-3000 bar) and the volume in the screw antechamber V1 (much larger than the mold cavity 21), the pressure in the working cylinder 7, the injection cylinder 4 and pressure accumulator 7 are fixed. With a computer program, the pressure profile in the screw antechamber and the volume flow of the melt to the cavity during the tool filling can then be determined.

Claims (10)

• · · · • · · · • · · ι • · ···« Patentansprüche 1. Spritzeinheit mit vollelektrischem Antrieb, geschlossenem Hydrauliksystem und Druckspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Spritzzylindereinheit (3,4) eine zusätzliche hydraulische Arbeitszylindereinheit (5,6) vorgesehen ist, hydraulisch verbunden mit dem Spritzzylinder (3), in der die Bewegung des Kolbens (6) durch einen von einem elektrischen Servomotor (13) angetriebenen Gewinde -schraubtrieb (12) hervorgerufen wird.1. Injection unit with fully electric drive, closed hydraulic system and pressure accumulator, characterized in that in addition to the injection cylinder unit (3,4) an additional hydraulic working cylinder unit (5, 6) is provided, hydraulically connected to the injection cylinder (3), in which the movement of the piston (6) by one of an electric servomotor (13) driven threaded screw (12) is caused. 2. Spritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Einspritzen mit dem hydraulischen Spritzzylinder (3,4) keine Hydraulikanlage mit Hydropumpe vorgesehen ist.2. Injection unit according to claim 1, characterized in that for the injection with the hydraulic injection cylinder (3,4) no hydraulic system is provided with a hydraulic pump. 3. Spritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregelung in der Nachdruck - und Dosierphase des Spritzprozesses durch Verschieben des Kolbens (6) im Arbeitszylinder (5) durchgeführt wird.3. Injection unit according to claim 1, characterized in that the pressure control in the reprinting and metering phase of the injection process by displacement of the piston (6) in the working cylinder (5) is performed. 4. Spritzeinheit nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß beim Expansionsspritzgießen das Schmelzevolumen im Schneckenvorraum (V1), das Ölvolumen (V2) im Spritzzylinder (3) und Arbeitszylinder (5), sowie das Gasvolumen (V3) im Druckspeicher (7) gemeinsam durch Verschieben des Kolbens (6) im Arbeitszylinder (5) verdichtet werden, bis im Schneckenvorraum (V1) der notwendige Druck in der Schmelze erreicht ist und anschließend nach dem öffnen der Verschlußdüse (15) der Füllvorgang der Kavität (21) im Werkzeug (20) durch gleichzeitige Expansion der komprimierten Stoffe erfolgt.4. Injection unit according to Anspruchl, characterized in that in the expansion injection molding the melt volume in the screw antechamber (V1), the oil volume (V2) in the injection cylinder (3) and working cylinder (5), and the gas volume (V3) in the pressure accumulator (7) together by moving of the piston (6) in the working cylinder (5) are compressed until the necessary pressure in the melt is reached in the antechamber (V1) and then after the opening of the closure nozzle (15) of the filling of the cavity (21) in the tool (20) simultaneous expansion of the compressed substances takes place. 5. Spritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zwischen dem Druckspeicher (7) und dem Arbeitszylinder (5) ein Schieber (22) angeordnet ist, der nach der Werkzeugfüllung vor dem Umschatten auf Nachdruck die Verbindung zwischen Druckspeicher (7) und dem Arbeitszylinder (5) unterbricht und dadurch ein weiteres Abfallen des Hydraulikdruckes im Speicherbereich verhindert.5. Injection unit according to claim 1, characterized in that in the connecting line between the pressure accumulator (7) and the working cylinder (5) a slide (22) is arranged, which after the filling of the tool before the shadowing on reprinting the connection between pressure accumulator (7). and the working cylinder (5) interrupts, thereby preventing further drop of the hydraulic pressure in the storage area. 6. Spritzeinheit nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (22) die Verbindung zwischen Arbeitszylinder (5) und Druckspeicher (7) wieder herstellt, wenn während der Kompressionsphase iriVArßöTtszyiirfder (5) der im Druckspeicher (7) vorhandene Druck erreicht wird, wobei die Druckabgleichung durch die Sensoren (26,27) erfolgt.6. Injection unit according to Anspruchl, characterized in that the slide (22) the connection between the working cylinder (5) and pressure accumulator (7) restores when during the compression phase iriVArßöTtszyi (5) of the pressure accumulator (7) existing pressure is reached, wherein the pressure equalization by the sensors (26,27) takes place. 7.7th 8. Spritzeinheit nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzzylinder(3) und der Arbeitszylinder (5) mit einem Kühlmantel (19) ausgerüstet sind, womit die Temperatur des Hydrauliköles konstant gehalten werden kann. Spritzeinheit nach Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (7) wegschaltbar ist und ein konventioneller Einspritzvorgang ohne Vorverdichtung der Schmelze ausgeführt werden kann. Die Einspritzgeschwindigkeit wird durch eine entsprechende Vorwärtsbewegung des Kolbens (6) erreicht. Die Regelung der Vorlaufgeschwindigkeit erfolgt mit dem Servomotor (13) und dem Schraubspindeltrieb (12).8. Injection unit according to claim characterized in that the injection cylinder (3) and the working cylinder (5) are equipped with a cooling jacket (19), whereby the temperature of the hydraulic oil can be kept constant. Injection unit according to claim 1, characterized in that the pressure accumulator (7) can be switched away and a conventional injection process can be carried out without precompression of the melt. The injection speed is achieved by a corresponding forward movement of the piston (6). The regulation of the forward speed is carried out with the servo motor (13) and the screw spindle drive (12). 9. Spritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzzylinder (3) und der Arbeitszylinder (5) in einem Gussstück vereint sind.9. Injection unit according to claim 1, characterized in that the injection cylinder (3) and the working cylinder (5) are united in a casting. 10. Spritzeinheit nach Anspruch 1 .dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kolbens (6) im Arbeitszylinder (5) größer als der Schneckendurchmesser (2) aber kleiner als der Kolbendurchmesser (4) im Spritzzylinder (3) ist.10. Injection unit according to claim 1 .dadurch in that the diameter of the piston (6) in the working cylinder (5) is greater than the screw diameter (2) but smaller than the piston diameter (4) in the injection cylinder (3).
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