AT518638A4

AT518638A4 - Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine

Info

Publication number: AT518638A4
Application number: ATA50854/2016A
Authority: AT
Inventors: Ing Florian Porod Dipl; Paul Riener Ing; Ing Richard Czepl Dipl; Dipl Ing Günter Schott (Fh)
Original assignee: Engel Austria Gmbh
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2017-12-15
Also published as: US11213985B2; KR20180033102A; AT518638B1; US20180085984A1; KR102218455B1; DE102017121945A1

Abstract

Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine mit einem Plastifizierzylinder (21), welcher einen Bund (22) aufweist, und einem Trägerteil (11), welches eine Mulde (13) aufweist, wobei der Plastifizierzylinder (21) in der Mulde (13) angeordnet ist und wobei eine axiale Bewegung des Plastifizierzylinders (21) relativ zum Trägerteil (11) durch Anlage des Bundes (22) am Trägerteil (11) formschlüssig gehemmt ist, und ein am Plastifizierzylinder (21) befestigtes oder angeformtes Klemmelement (23) mittels Befestigungselementen (24) so an dem Trägerteil (11) befestigt ist, dass der Plastifizierzylinder (21) zwischen der Mulde (13) und dem Klemmelement (23) verspannt ist, wobei der Plastifizierzylinder (21) mittels Spannelementen (12) gegen ein Abheben des Bundes (22) vom Trägerteil (11) in einer axialen Richtung des Plastifizierzylinders (21) verspannt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Montage eines Plastifizierzylinders an einem Trägerteil einer Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine.

Formgebungsmaschinen können bevorzugt Spritzgießmaschinen sein. Aber auch Spritzpressen, Pressen und dergleichen sind denkbar.

Der erforderliche Spritzdruck beispielsweise bei einem Spritzgießprozess kann dadurch erreicht werden, dass eine Plastifizierschnecke mit großer Kraft in den Plastifizierzylinder gepresst wird und somit den erforderlichen Druck auf das Massepolster ausübt. Durch diese Kraft wird der Plastifizierzylinder auf Zug beansprucht und es entsteht eine Dehnung in axialer Richtung. Dies macht eine Verriegelung des Plastifizierzylinders relativ zu einem Trägerteil notwendig.

Diese Verriegelung kann durch einen Bund erreicht werden, der am Trägerteil anliegt und durch axialen Formschluss die Kraft während des Einspritzens aufnimmt.

Bekannt ist zudem ein am Plastifizierzylinder befestigtes oder angeformtes Klemmelement, welches mittels Befestigungselementen so an dem Trägerteil befestigt ist, dass der Plastifizierzylinder zwischen der Mulde und dem Klemmelement - vorzugsweise liegend - verspannt und dadurch befestigt ist. Durch dieses Klemmelement werden im Stand der Technik jene Kräfte aufgenommen, welche beispielsweise beim Schneckenrückzug und Anpressen des Plastifizierzylinders an eine Angussbuchse auftreten.

Der Plastifizierzylinder wird auch als Massezylinder bezeichnet.

Beispielsweise die DE 36 37 885 A1 offenbart eine Einspritzeinheit, wobei der Plastifizierzylinder einen Bund aufweist. Das Trägerteil, an welchem der Plastifizierzylinder montiert ist, weist eine Mulde auf, wobei der Plastifizierzylinder in der Mulde angeordnet ist und wobei eine axiale Bewegung des Pastifizierzylinders relativ zum Trägerteil durch Anlage des Bundes am Trägerteil formschlüssig gehemmt ist. Die Anordnung des Bundes relativ zum Trägerteil ist dabei so, dass der Bund solche Bewegungen des Plastifizierzylinders relativ zum Trägerteil hemmt, die durch die beim Einspritzen auftretenden Kräfte auf den Plastifizierzylinder induziert würden.

Nachteilig an der Ausführung der DE 36 37 885 A1 ist, dass die Spannelemente relativ komplex als Spannzylinder ausgebildet sein müssen. Kräfte normal zur Bewegungsrichtung der Spannzylinder bewirken hohe Biegemomente und wirken sich negativ auf Verschleiß und Dichtheit aus.

Eine weitere Konstruktion einer Verriegelung eines Plastifizierzylinders am Trägerteil ist aus der EP 0 314 942 A1 bekannt. Der Plastifizierzylinder ist dabei nicht in einer Mulde angeordnet sondern durch eine Bohrung im Trägerteil geführt. Dadurch kann ein beispielsweise an einem Kran ausbalancierter Plastifizierzylinder nicht von oben her in das Trägerteil eingesetzt werden, was die Montage erschwert.

Zudem ist diese Ausführung recht komplex und ein weiterer großer Nachteil liegt darin, dass diejenigen Teile, die beim Einspritzen die formschlüssige Verriegelung hersteilen, beweglich ausgeführt sind. Die Lagerung solcher Teile ist naturgemäß anfällig für Verschleiß und Ausfall. Ein Bund wird in dieser Ausführungsform lediglich als Widerlager für die beschriebene formschlüssige Verriegelung mittels beweglicher Teile genützt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einspritzeinheit und ein Montageverfahren anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik sowohl eine vereinfachte Bauweise als auch eine vereinfachte Montage erlauben.

Hinsichtlich der Einspritzeinheit wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dies geschieht, indem der Plastifizierzylinder mittels Spannelementen gegen ein Abheben des Bundes vom Trägerteil in einer axialen Richtung des Plastifizierzylinders verspannt ist. Weder komplexe Spannelemente noch bewegliche Teile sind notwendig.

Hinsichtlich des Montageverfahrens geschieht dies durch die Merkmale des Anspruchs 10. Dies geschieht, indem der Plastifizierzylinder in einer Mulde des Trägerteils angeordnet wird, mittels Spannelementen gegen ein Abheben des Bundes vom Trägerteil in einer axialen Richtung des Plastifizierzylinders verspannt wird und mittels Befestigungselementen zwischen einem Klemmelement und der Mulde verspannt wird.

Dadurch kann ein ausbalanciert aufgehängter Plastifizierzylinder von oben her in der Mulde angeordnet werden und auf einfachste Weise manipuliert und montiert werden.

Der Bund verriegelt dabei vorzugsweise gegen Kräfte, die beim Einspritzen auftreten. Das heißt durch das Einspritzen (also durch den Vorschub einer im Plastifizierzylinder angeordneten Plastifizierschnecke oder eines Einspritzkolbens), durch die Viskosität der Schmelze und durch den Druck der Schmelze, welcher während des Einspritzvorgangs auf sein Maximum ansteigt, entsteht eine Kraft, welche eine Dehnung des Plastifizierzylinders bewirkt. Die formschlüssige Verriegelung mittels des -vorzugsweise fest mit dem Plastifizierzylinder verbundenen - Bundes bewirkt eine sichere Verriegelung gegen die beim Einspritzen auftretenden hohen axialen Kräfte ohne bewegliche Teile.

Die erfindungsgemäßen Spannelemente nehmen - unterstützt durch den Reibschluss zwischen Klemmelement und Mulde - diejenigen Kräfte auf, welche beim Anpressen des Plastifizierzylinders (bzw. der Einspritzdüse) an eine Buchse und beim Zurückziehen der Schnecke (im Plastifizierzylinder) entstehen. Anders ausgedrückt, wird der Bund durch die Spannelemente gegen das Trägerteil vorgespannt.

Somit wird auf einfache Weise erreicht, dass die Anlage des Bundes am Trägerteil spielfrei ist - und zwar vorzugsweise in allen Situationen.

Außerdem erlaubt die Erfindung ein schnelles Wechseln des Plastifizierzylinders, da der Zeitaufwand für die Befestigung des Klemmelements kurz ist und mit handelsüblichen Werkzeugen ausgeführt werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Produktion aus, da Stillstandszeiten minimiert werden können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bauweise liegt im geringen axialen Bauraum der Verspannung mittels des Klemmelements, wodurch die gesamte Einspritzeinheit kürzer ausgeführt werden kann.

Schutz wird des Weiteren für eine Formgebungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Einspritzeinheit begehrt.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Befestigungselemente können in einer besonders einfachen Ausführung als Befestigungsschrauben ausgebildet sein, welche Bohrungen im Klemmelement durchsetzen und mit Befestigungsgewinden im Trägerteil Zusammenwirken. Solche Befestigungsschrauben sind einfach und kostengünstig in der Herstellung und erlauben die Montage des Plastifizierzylinders mit handelsüblichen Werkzeugen. Es sind keinerlei Spezialwerkzeuge nötig.

Natürlich können die Befestigungselemente auch hydraulisch oder elektrisch ausgeführt werden. In diesem Fall kann das Verspannen automatisch erfolgen.

Durch die beim Einspritzen auftretende Dehnung des Plastifizierzylinders verschiebt sich aus Sicht des Trägerteils das Klemmelement Richtung Düse (also hin zum vorderen Ende des Plastifizierzylinders). Dadurch entsteht auch eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Trägerteil, wodurch die Befestigungselemente einer Biegebelastung ausgesetzt werden.

Bevorzugt kann es daher vorgesehen sein, dass ein Verhältnis einer ersten Ersatzfedersteifigkeit für Zugbelastungen des Plastifizierzylinders und einer zweiten Ersatzfedersteifigkeit für Biegebelastungen der Befestigungselemente -insbesondere der Befestigungsschrauben - größer als 500, bevorzugt größer als 1000 und besonders bevorzugt größer als 1500, ist.

Durch eine solche Abstimmung der Steifigkeiten der Konstruktion - insbesondere der Befestigungselemente - an die geometrische Anordnung und die beispielsweise im Spritzgießbetrieb auftretenden zyklischen Belastungen können Einflüsse aus Abnützung und Materialermüdung praktisch eliminiert werden und es können außergewöhnlich lange Standzeiten erreicht werden.

Die Spannelemente können - vorzugsweise unter Abstützung am Trägerteil - auf das Klemmelement, den Bund und/oderden Plastifizierzylinder wirken.

Die Spannelemente können besonders einfach als Druckschrauben ausgebildet sein, wodurch sie leicht und kostengünstig herzustellen sind. Außerdem erlaubt dies die Montage mit Standardwerkzeugen. Alternativ können die die Spannelemente hydraulisch - also beispielsweise als hydraulische Zylinder - oder elektrisch ausgebildet sein, was eine automatische Montage erlauben kann.

Die Druckschrauben können über Spanngewinde, welche in Bohrungen des Trägerkörpers angeordnet sind, abstützen und das Klemmelement, den Bund und/oderden Plastifizierzylinder kontaktieren.

Das Klemmelement kann als - vorzugsweise ebene - Platte ausgeführt sein. Natürlich sind auch andere Formen denkbar. Beispielsweise kann das Klemmelement gekrümmt sein (wie ein Joch), insbesondere in Form einer eliptisch, insbesondere kreisförmig, gekrümmten Platte. Aber auch allgemeinere Formgebungen können vorteilhaft sein, wobei ein prismatisch geformtes Klemmelement als Beispiel dienen kann.

Auch diese Maßnahmen dienen dazu die Konstruktion weiter zu vereinfachen und die Fierstellungskosten der einzelnen Teile und der gesamten Konstruktion niedrig zu halten.

Das Klemmelement kann vordem Anordnen des Plastifizierzylinders in der Mulde an dem Plastifizierzylinder montiert werden. Dies hat zum einen den Vorteil, dass sich bei der Montage eine korrekte Ausrichtung des Plastifizierzylinders von selbst (durch die Schwerkraft) einstellt. Zweitens kann die Produktion weiterlaufen, während das Klemmelement vormontiert wird. Dies trägt also auch zur Verkürzung der eigentlichen Montagezeit bei.

Das Klemmelement kann bei der Herstellung des Plastifizierzylinders oder-wie erwähnt - beim Betreiber der Einspritzeinheit (vor-) montiert werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des Plastifizierzylinders und des Trägerteils im unmontierten Zustand,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Einspritzeinheit,

Fig. 3a,3b Schnittdarstellungen der erfindungsgemäßen Einspritzeinheit,

Fig. 4a, 4b Darstellungen einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5a, 5b Darstellungen einer dritten Ausführungsform sowie Fig. 6a, 6b Darstellungen einer vierten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist zunächst das Trägerteil 11 und der Plastifizierzylinder 21 im unmontierten Zustand dargestellt. Zur Montage wird der Plastifizierzylinder 21 in die Mulde 13 des Trägerteils 11 abgesenkt. Das Klemmelement 23 ist am Plastifizierzylinder 21 vormontiert, könnte aber auch angeformt sein. Durch Befestigung des Klemmelements 23 am Trägerteil 11 wird der Plastifizierzylinder 21 zwischen Klemmelement 23 und Mulde 13 verspannt. In diesem Zustand liegt der Bund 22 am Trägerteil 11 an. Wird nun durch eine im Plastifizierzylinder 21 angeordnete Plastifizierschnecke ein Druck auf die Schmelze ausgeübt, um plastifiziertes Kunststoffmaterial in eine Kavität einzuspritzen, wirkt eine formschlüssige Verriegelung zwischen dem Bund 22 und dem Trägerteil 11.

Die Mulde 13 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach oben, könnte aber auch zur Seite weisen.

Das Trägerteil 11 wird auch als Trägerplatte bezeichnet.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Einspritzeinheit im montierten Zustand. Dabei ist zu erkennen, dass das Klemmelement 23 über Befestigungsschrauben 24 (nur eine ist mit einem Bezugszeichen versehen) an dem Trägerteil 11 befestigt ist. Zu erkennen sind auch die Spannelemente 12, welche in Fig. 3a besser zu erkennen sind.

Das Klemmelement 23 ist in diesem Fall mittels vier Schrauben (ohne Bezugszeichen) am Plastifizierzylinder 21 lösbar befestigt. Das Klemmelement 23 könnte aber auch an dem Plastifizierzylinder 21 angeformt sein.

In Fig. 3a ist eine Schnittdarstellung durch die Einspritzeinheit aus Fig. 2 dargestellt. Der Schnitt erfolgte dabei so, dass er eine Längsachse des Plastifizierzylinders 21, zwei Befestigungselemente 24 und ein Spannelement 12 enthält, wodurch deren Anordnung deutlicher wird.

Die Befestigungselemente 24 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Befestigungsschrauben ausgebildet.

Die als Druckschrauben ausgeführten Spannelemente 12 durchsetzen Bohrungen im Trägerteil 11 und drücken auf das Klemmelement 23. Hierfür stützen sie an einem Spanngewinde in den Bohrungen des Trägerteils 11 ab.

Erfindungsgemäß wurde der Plastifizierzylinder 21 in dieser Ausführung am Trägerteil 11 montiert, in dem Plastifizierzylinder 21 (samt Anbauten wie Temperierung und dgl.) mittels eines Krans und geeigneten Hebemitteln in die Mulde 13 des Trägerteils 11 gehoben wurde. Anschließend wurde mittels der Spannelemente 12 der Bund 22 des Plastifizierzylinders 21 gegen die Stirnfläche des Trägerteils 11 gedrückt und somit axial verspannt. Letztlich wurde zur radialen bzw. vertikalen Verspannung des Plastifizierzylinders 21 in der Mulde 13 das Klemmelement 23 über die Befestigungselemente 24 an das Trägerteil 11 angezogen.

Es wäre auch möglich, zuerst die Befestigungselemente 24 zu montieren, um das Klemmelement 23 auf den Plastifizierzylinder 21 zu spannen und im Anschluss die Spannelemente 12 festzuziehen.

Die Druckschrauben können bei der Demontage des Plastifizierzylinders in dem Trägerteil verbleiben und bei der nächsten Montage des Plastifizierzylinders wieder festgezogen werden.

In Fig. 3b ist Fig. 3a ohne Bezugszeichen reproduziert, wobei dafür die Ersatzfedersteifigkeiten Ci und c2 verdeutlicht wurden.

Die Ersatzfedersteifigkeit Ci beschreibt das Verhalten des Plastifizierzylinders 21 unter Zugbelastungen.

Die Ersatzfedersteifigkeit c2 beschreibt das Verhalten der Befestigungselemente 24 unter Biegebelastungen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde dieses Verhältnis positiv beeinflusst, indem zuerst die Spannelemente 12 montiert wurden, um eine definierte Vorspannung im Plastifizierzylinder 21 zu erzeugen und erst dann die Befestigungsschrauben festzuziehen.

In den Figuren 4a (entsprechend der Darstellung aus Fig. 2) und 4b (entsprechend der Darstellung aus Fig. 3a) ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, wobei die Spannelemente 12 auf den Bund 22 wirken. Dazu ist das Trägerteil 11 so modifiziert, dass der Bund fast vollständig in das Trägerteil 11 integriert ist (komplettes Einlassen des Bundes 22 in das Trägerteil 11 wäre natürlich auch möglich).

Wie insbesondere in Fig. 4b zu erkennen ist, befinden sich in denjenigen Teilen (Bezugszeichen 25) des Trägerteils 11, welche den Bund 22 umfassen, Druchgangslöcher. Diese sind mit Spanngewinden versehen, an denen sich Spannelemente 12 abstützen und durch Kontaktierung auf den Bund 22 drücken.

Die angesprochene Integration des Bundes 22 in das Trägerteil 11 ist aber auch für ein Wirken der Spannelemente 12 auf den Bund 22 nicht absolut notwendig. Fig. 5a und 5b zeigen eine dritte Ausführungsform, welche der zweiten Ausführungsform ähnlich ist. Im Unterschied zu der Integration aus den Figuren 4a und 4b sind die Spanngewinde für die Spannelemente 12 aber in zwei Schwingen 26 integriert. Diese Schwingen 26 umfassen zwar auch den Bund 22, sind aber nicht flächig ausgebildet und schaffen daher keine Integration des Bundes 22 in das Trägerteil 11.

In den Fig. 6a und 6b ist eine vierte Ausführungsform dargestellt, welche der ersten Ausführungsform (Figuren 2 und 3a) ähnlich ist. Im Unterschied zu dieser ist das Klemmelement 23 jedoch zweigeteilt ausgeführt und befindet sich etwa auf der Flöhe einer Mittelachse des Plastifizierzylinders 21.

Um das Einführen und Festziehen der Spannelemente 12 bei dieser Ausführung zu erleichtern sind diese nicht nur durch Bohrungen im Trägerteil 11 hindurchgeführt, sondern auch durch den Bund 22. Hierfür verfügt der Bund 22 über zusätzliche Durchgangslöcher, durch die das Einführen und Festziehen der Spannelemente 12 möglich ist.

Claims

Patentansprüche

1. Einspritzeinheit für eine Formgebungsmaschine mit einem Plastifizierzylinder (21), welcher einen Bund (22) aufweist, und einem Trägerteil (11), welches eine Mulde (13) aufweist, wobei der Plastifizierzylinder (21) in der Mulde (13) angeordnet ist und wobei eine axiale Bewegung des Plastifizierzylinders (21) relativ zum Trägerteil (11) durch Anlage des Bundes (22) am Trägerteil (11) formschlüssig gehemmt ist, und ein am Plastifizierzylinder (21) befestigtes oder angeformtes Klemmelement (23) mittels Befestigungselementen (24) so an dem Trägerteil (11) befestigt ist, dass der Plastifizierzylinder (21) zwischen der Mulde (13) und dem Klemmelement (23) verspannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Plastifizierzylinder (21) mittels Spannelementen (12) gegen ein Abheben des Bundes (22) vom Trägerteil (11) in einer axialen Richtung des Plastifizierzylinders (21) verspannt ist.
2. Einspritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (24) als Befestigungsschrauben ausgebildet sind, welche Bohrungen im Klemmelement (23) durchsetzen und mit Befestigungsgewinden im Trägerteil Zusammenwirken.
3. Einspritzeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer ersten Ersatzfedersteifigkeit (ci) für Zugbelastungen des Plastifizierzylinders (21) und einer zweiten Ersatzfedersteifigkeit (c2)für Biegebelastungen der Befestigungselemente (24) - insbesondere der Befestigungsschrauben - größer als 500, bevorzugt größer als 1000 und besonders bevorzugt größer als 1500, ist.
4. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (12) - vorzugsweise unter Abstützung am Trägerteil (11)- auf das Klemmelement (23) wirken.
5. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (12) - vorzugsweise unter Abstützung am Trägerteil (11)- auf den Bund (22) und/oder den Plastifizierzylinder (21) wirken.
6. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (12) als Druckschrauben ausgebildet sind.
7. Einspritzeinheit nach Anspruch 6 sowie 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschrauben über Spanngewinde, welche in Bohrungen des Trägerkörpers (11) angeordnet sind, abstützen und das Klemmelement (23) und/oderden Bund (22) und/oderden Plastifizierzylinder (21) kontaktieren.
8. Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (23) als - vorzugsweise ebene - Platte ausgeführt ist.
9. Formgebungsmaschine mit einer Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verfahren zur Montage eines Plastifizierzylinders (21) an einem Trägerteil (11) einer Einspritzeinheit (1) für eine Formgebungsmaschine, wobei der Plastifizierzylinder (21) - in einer Mulde (13) des Trägerteils (11) angeordnet wird, - mittels Spannelementen (12) gegen ein Abheben des Bundes (22) vom Trägerteil (11) in einer axialen Richtung des Plastifizierzylinders (21) verspannt wird und - mittels Befestigungselementen (24) zwischen einem Klemmelement (23) und der Mulde (13) verspannt wird.
11. Verfahren nach 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (23) vor dem Anordnen des Plastifizierzylinders (21) in der Mulde (13) an dem Plastifizierzylinder (21) montiert wird.