Hydraulische Schliessvorrichtung, insbesondere für Spritzgiessmaschinen
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schliessvorrichtung, insbesondere für Sprztzgiessmaschinen zum vorzugsweise geradlinigen Bewegen einer Scliliessplatte, wobei diese Platte zunächst einen längeren Weg mit möglichst hoher Geschwindigkeit gegen einen geringen Widerstand zurücklegt und nach Erreichen einer Endstellung mit grosser Kraft gegen ein festes Widerlager drückt. Diese Anforderung wird beispielsweise an die Schliessplatte einer Spritzgiessmaschine, aber auch an Pressen, Stanzen usw. gestellt.
Wegen der guten Regelbarkeit der Geschwindigkeit und des Druckes hat sich für diese Aufgabe allgemein ein hydraulischer Antrieb durchgesetzt, wobei die Schliessplatte mit einem Kolben verbunden ist, der von der Druckflüssigkeit beaufschlagt ist. Um die benötigten sehr hohen Schliesskräfte zu erzielen, müssen sowohl der Arbeitsdruck der Fluslsigkext als auch die Kolbenfläche gross sein, da sich jede Grösse für sich nicht beliebig steigern lässt. Die grosse Kolbenfläche bringt aber mit sich, dass während der raschen Anstellbewegung eine grosse sekundliche Ölmenge erforderlich ist, die eine normale Hochdruckpumpe nicht liefern kann.
Bekannte hydraulische Anlagen für die Bewegung von Schliesspiatten arbeiten daher mit einer Niederdruck- pumpe mit hoher Fördermenge für die Anstellbewegung und mit einer Hochdruckpumpe für die Erzeugung der hohen Schliesskraft. Ein wesentlicher Nachteil dieses Systems ist der hohe Preis für die zwei Pumpen und für die nötige Umschalteinriclitung. Es sind zwar auch selbstregelnde Pumpen bekannt, die bei steigendem Gegendruck weniger fördern, so dass die Antriebsleistung annähernd konstant bleibt. Die Regeleinrichtung verkompliziert jedoch den Aufbau der Pumpe und die Doppelfunktion erfordert Kompromisse in der Konstruktion.
Es besteht auch die Gefahr einer Beschädigung der Spritzgiessform, wenn ein Fremdkörper zwischen die Schliessflächen gerät, da die Pumpe unabhängig da von, ob die vorgesehene Scliliessstllung erreicht ist, den hohen Druck aufbaut.
Besonders ungünstig ist aber, dass die Verbindungsleitungen zwischen dem Pumpensystem und dem Schliesszylinder für die hohe Ölmenge ausgelegt werden müssen, wobei sie auch dem hohen Druck während des Andrückens der Schliessplatte standhalten müssen. Werden getrennte Hoch- und Niederdruckleitungen vorgesehen, so wird die Aniage komplizierter und störungsanfälliger.
Dieselben Nachteile haften einem anderen bekannten System an, in dem getrennte Hoch- und Niederdruckkolben nacheinander auf die Schliessplatte einwirken.
Auch hier müssen zwei Pumpen und/oder komplizierte Umschaltorgane vorgesehen werden, und die grosse, für den Hochdruckzylinder benötigte Ölmenge muss bei jedem Hub aus dem Zylinder in einen Vorratszylinder und wieder zurück befördert werden. Die zugehörigen Rohrleitungen müssen auch hier eine grosse Ölmenge pro Sekunde durchlassen können. Wenn nicht eine eigene Leitung für die Übertragung des Druckes von der Pumpe auf den Hochdruckzylinder vorgesehen ist, müssen diese weiten Rohrleitungen auch einem hohen Druck standhalten können. Ausserdem sind zwei Zylinder mit Kolben, Abdichtungen usw. erforderlich.
Es sind weitere Schliessvorrichtungen bekannt, bei denen der Hochdruckkolben nicht direkt mit der Schliessplatte verbunden ist, sondern erst nach Beendigung der Anstellbewegung mechanisch mit dieser verbunden wird. Hier bleiben die Ölmengen zwar gering, aber es sind auch zwei Pumpen, zwei Zylinder und dazu noch ein Koppelmechanismus nötig, was einerseits die für den Schliessvorgang benötigte Zeit verlängert und der anderseits wegen der hohen Kräfte teuer ist und einem starken Verschleiss unterliegt.
Die erfindungsgemässe Schliessvorrichtung vermeidet die genannten Nachteile. Sie ermöglicht, mit nur einer nicht regelbaren Pumpe sowohl eine schnelle Schffiiessbewegung al's auch einen hohen Schliessdruck zu erreichen, wobei gleichzeitig in der terbindungslei- tung zwischen Pumpe und Zylinder nur kleine Ölmengen gefördert zu werden brauchen.
Die hydraulische Schliessvorrichtung zum möglichst schnellen Bewegen der Schlies'splatte mit kleiner Kraft und anschliessendem Andrücken dieser Platte gegen ein Widerlager mit hoher Schliesskraft, unter Verwendung von Pumpen und mit der Schliessplatte mechanisch verbundenen hydraulischen Kolben ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass ein in Schliessrichtung wirkender Arbeitskolben und ein dem Arbeitskolben während seiner schnellen Bewegung entgegenwirkender Kompensationskolben mit einer geringeren wirksamen Fläche als der Arbeitskolben mechanisch miteinander und mit der zu bewegenden Schliessplatte verbunden sind, und dass der dem Kompensationskolben zugeordnete,
druckbeaufschlagte Zylinderraum durch verschliessbare Öffnungen wechselweise während der schnellen Bewegung mit dem dem Arbeitskolben zugeordneten, druckbeaufschlagten Zylinderraum und während dem Andrücken mit hoher Schliesskraft mit einem Raum niedrigeren Druckes als der Arbeitsdruck hydraulisch in Verbindung steht.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann der Arbeitskolben und Kompensationskolben durch einen einzigen beidseitig druckbe aufschlagten Kolben gebildet werden, wobei die wirksame Fläche auf der dem Kompensationskolben zugeordneten Seite des Kolbens zweckmässig durch den Querschnitt der Verbindungselemente zwischen dem Kolben und der zu bewegenden Schliessplatte gegenüber der wirksamen Fläche der dem Arbeitskolben zugeordneten Seite verringert ist.
Weiterhin kann vorzugsweise die verschliessbare Öffnung zwischen den beiden Zylinderräumen im Kolben selbst vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung ist es zweckmässig, dass ein Verschlussorgan für die verschliessbare Öffnung zwischen den beiden Zylinderräumen mit der zu bewegenden Schliessplatte in Wirkverbindung steht.
Ferner ist es zweckmässig, dass die verschliessbare Öffnung zwischen den beiden Zylinderräumen durch einen Ringspalt zwischen dem am Aussendurchmesser nicht anliegenden Kolben (Fig. 3) und der Zylinderin nenwand, und dass ferner das Verschlussorgan durch den auf eine auf der Kompensationsseite des Zylinders verschieblich eingelegte Zylinderbüchse einwirkenden Kolben selbst gebildet werden.
Ebenso ist es zweckmässig, dass das Verschlussorgan einen progressiv abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweist.
Schliesslich ist der Auslass des dem Kompensationskolben zugeordneten Zylinderraumes zweckmässig durch ein Magnetventil zum Raum niederen Druckes hin verschliessbar, oder ist der Auslass des dem Kom- pensationskolben zugeordneten Zylinderraumes zweckmässig durch ein Überdruckventil zum Raum niederen Druckes hin verschliessbar.
Da die Anpressbewegung nur über einen sehr kurzen Weg erfolgt, und anderseits der Druck im Kompensationskolben auch während der Schliessbewegung nicht sehr hoch ist, kann der Auslass des Kompensationszylinders zum Raum niederen Druckes hin mit kleinem Querschnitt und ohne Verschluss, also als Drosselstelle ausgebildet werden. Die während des Schliessvorganges auftretenden Flüssigkeitsverluste durch diesen Auslass halten sich in bescheidenen Grenzen, während die Konstruktion dadurch weiter vereinfacht wird. Durch ein Oberdruckventil kann dieser Flüssigkeitsverlust auch ganz vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Schliessvorrichtung besteht darin, dass im Gegensatz zu bekannten Schliessvorrichtungen hinter der Schliessplatte genügend Raum für den Betätigungsmechanismus des Auswerfers verbleibt.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben:
Fig. 1 zeigt die Vorrichtung als Schliesskopf einer Spritzgiessmaschine in schematischer Darstellung im Schnitt, wobei die Giessform geöffnet ist;
Fig. la zeigt ein Detail der Vorrichtung in abgeänderter Ausführung;
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung als Schliesskopf nach Fig. 1;
Fig. 2a zeigt den Schliesskopf nach Fig. 2 in geschlossener Stellung;
Fig. 3 und 4 zeigen abgeänderte Ausführungsformen der Vorrichtung.
Gemäss den Fig. 1 und 2 ist der Zylinderkörper 1 mit der Aufspannplatte 2 durch Stehbolzen 3 verbunden und durch den Deckel 4 abgeschlossen, wobei ein doppelseitig wirkender Kolben 5 den Hauptzylinder in einen Arbeitszylinder 6 und einen Kompensationszylinder 7 teilt und mit der Schliessplatte 8 über Schubstangen 9 verbunden ist.
Ziff. 10 und 11 zeigen die beiden Teile einer Spritzgiessform, die von der Aufspannplatte 2, bzw. von der Schliessplatte 8 aufgenommen werden, mit Ziff. 12 ist der Spritzkopf angedeutet, mit Ziff. 13 der Auswerfer.
Der Zylinderkörper 1 weist ausser dem Hauptzylinder noch zwei weitere Zylinder von kleinerem Querschnitt für die Rückholkolben 14 auf, die über Kolbenstangen 15 fest mit der Schliessplatte 8 verbunden sind.
Diese Zylinder sind über Rohrleitungen 16 und 16', der Hauptzylinder über den Anschluss 17, jeweils unter Zwischenschaltung von nicht dargestellten Regelorganen, an das Pumpensystem angeschlossen.
Eine weitere Verbindung führt vom Kompensationszylinder 7 durch eine Öffnung 18 über ein Magnetventil 19 zum nicht dargestellten drucklosen Vorratsbehälter des Pumpenisystems.
Dieses Magnetventil wird mit Hilfe eines einstellbaren Betätigungsstiftes 20 und eines Endschalters 21 ge öffnet, sobald die Form die Schliessstellung erreicht hat.
Der Durchflussquerschnitt des Magnetventils 19 braucht nur für sehr kleine Ölmengen berechnet zu sein.
Der Kolben 5 weist eine Bohrung 22 auf, in welcher ein Ventil 23 mit seinem Schaft gelagert ist, wobei der Ventilteller im Arbeitszylinder 6 liegt. Der Schaft ist mit längsgerichteten Einfräsungen 24 versehen, deren Tiefe gegen den Vertilteller zu kontinuierlich auf Null abnimmt. Der Ventilschaft ist durch den Kompensationszylinder 7 und den Boden des Zylinderkörpers 1 hindurch verlängert und trägt einen Querstift 25, an dem ein an der Schliessplatte gelagerter Kipphebel 26 angreift. Eine Feder 27 sucht das Ventil 23 in geöffnetem Zustand zu halten.
Bei Annäherung an die Schliessstellung der Form wird jedoch das Ventil 23 durch einen einstellbaren Betätigungsstift 28 über den Kipphebel 26 in die geschlossene Stellung gezogen.
Wie in Fig. la und 2a schematisch dargestellt, kann das Ventil 23 auch durch eine einstellbar im Zylinderdeckel 4 gelagerte Stange 23' gebildet werden, die mit der Bohrung 22 im Kolben 5 zusammenarbeitet. In Fig. 3 ist schematisch eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Referenzzeichen wie in Fig. 1 und 2 bezeichnet. Im Hauptzylinder ist eine längsverschiebliche Zylinderbüchse 29 gelagert, deren Lage je nach der Höhe der montierten Spritzgussform verändert wird. Der Kolben durchmesser ist gleich dem InnendUrchmesser der Büchse 29, es verbleibt also zwischen dem Kolben 5 und der Zylinderinnenwand ein Ringspalt 22', der die Über- strömöffnung zwischen dem Arbeitszylinder 6 und dem KompensationszyliDder 7 bildet.
Die Einfräsungen 24 mit abnehmendem Querschnitt sind hier im Kolben 5 angebracht.
Die Funktion dieser Ausführung ist dieselbe wie die der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei der Überströmkanal 22" im Zylinderkörper 1 vorgesehen ist. In diesem Kanal ist ein Hahn 23" angebracht, der gegen Ende der Schliessbewegung über einen nicht dargestellten Mechanismus von einem mit dem Kolben verbundenen Teil, beispielsweise der Schliessplatte, in Schliessstellung gebracht wird. Auch hier wird im Verlauf der Bewegung der freie Querschnitt kontinuierlich verkleinert und dadurch die Kolbenbewegung gedämpft.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Ausgehend von der in Fig. 1 gezeichneten Lage der Elemente wird über den Anschluss 17 Druekflussigkeilt in den Arbeitszylinder 6 gefördert. Im Kompensationszylinder 7 herrscht wegen der Verbindung durch die Bohrung 22 derselbe Druck wie im Arbeitszylinder 6, der wirksame Kolbenquerschnitt jedoch ist dort um den Querschnitt der Kolbenstangen 9 kleiner; es wird also auf den Kolben 5 eine resultierende Kraft in Richtung auf die Schliessstellung ausgeübt. Durch die Bewegung des Kolbens 5 wird das im Kompensationszylinder 7 enthaltene Öl durch die Bohrung 22 in den Arbeitszylinder 6 verdängt, es ist zu dessen Füllung daher nur die dem Querschnitt der Kolbenstangen 9 entsprechende Flüssigkeitsmenge nötig.
Bei Annäherung an die Schliessstellung der Form wird über den Kipphebel 26 durch den Betätigungsstift 28 das Ventil 23 in Schliessstellung gezogen. Mit fortschreitender Bewegung wird der Durchströmquerschnitt durch die Einfräsungen kontinuierlich verkleinert, und durch den auftretenden Widerstand wird die Kolbenbewegung verlangsamt, wodurch das Schliessen der Formhälften gedämpft erfolgt. Ist die Schliessstellung der Form erreicht, so ist das Ventil 23 geschlossen.
Uber den Stift 20 wird gleichzeitig der Endschalter 21 betätigt, der das Ventil 19 öffnet und damit den Kompensationszylinder 7 mit dem Vorratsbehälter verbindet. Es wirkt nun der volle Leerlaufdruck der Pumpe einseitig vom Arbeitszylinder her auf den Kolben und die Form wird mit grosser Kraft geschlossen. Diese Stellung ist in Fig. 2 dargestellt.
Sollte sich ein Fremdkörper zwischen die Formhälften 10 und 11 geklemmt haben, so wird sich die Form nicht ganz schliessen, da die geringe Kolbenkraft vor dem Belüften des Kompensationszylinders 7 nicht ausreichen wird, diesen Fremdkörper zu zerdrücken. Da der
Endschalter 21 nicht betätigt und der Kompensationszylinder 7 nicht belüftet wird, ist eine Beschädigung der
Formhälften ausgeschlossen. Kann auf diese Sicherung verzichtet werden, so kann anstelle des Magnetventils 19 ein einfaches Überdruckventil oder auch nur eine Dros selstelle eingebaut werden, der Endschalter ist dann un nötig. Daraus ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Konstruktion.
Im einen Fall wird erst in der letzten
Phase des Schliessvorganges eine sehr kleine Ölmenge über das Überdruckventil abfliessen; im zweiten Fall tritt zwar während des ganzen Schliessvorganges ein Ölverlust auf, dieser kann aber bei dem während dieser Zeitspanne e nur mässigen Druck im Kompensationszy- linder in erträglichen Grenzen gehalten werden.
Zum Öffnen der Form wird die Druckleitung der Pumpe vom Anschluss 17 getrennt und mit den Anschlüssen 16' verbunden, wodurch die Rückholkolben 14 von der Druckflüssigkeit beaufschlagt werden. Die Schliessplatte 8 wird von der Aufspannplatte 2 weggezogen, und das Ventil 23 öffnet sich unter der Wirkung der Feder 27, so dass ein Grossteil der im Arbeitszylinder 6 enthaltenen Flüssigkeit in den Kompensationszylinder 7 überströmen kann. Nur ein kleiner Teil wird über den Anschluss 17 in den Vorratsbehälter gedrückt.
Sobald der Arbeitskolben mit Druckflüssigkeit beaufschlagt und dadurch bewegt wird, wird gleichzeitig die im Kompensationszylinder enthaltene Flüssigkeit verdrängt. Da am Beginn der Bewegung die Verbindung zwischen beiden Zylindern offengehalten wird, kann die Flüssigkeit durch diese in den Arbeitszylinder überströmen.
Dadurch braucht die Pumpe nicht die gesamte für die Auffüllung des Arbeitszylinders benötigte Menge zu liefern, sondern nur die Differenzmenge, die durch den Unterschied der Kolbenquerschnitte gegeben ist. Ist die gewünschte Endstellung erreicht, in der der hohe Anpressdruck ausgeübt werden soll, so wird die Verbindung zwischen beiden Zylindern verschlossen, wobei gleichzeitig durch den Auslass des Kompensationszylinders der in diesem herrschende Druck verlässlich abgebaut wird. Dadurch ist nur mehr der volle Pumpendruck auf den Arbeitskolben wirksam, der die gewünschte hohe Andruckkraft erzeugt.
Damit wird die beabsichtigte Aufeinanderfolge von rascher Bewegung und hoher Kraft erzielt, ohne dass zwischen der Schliessvorrichtung und/oder dem Vorratsbehälter grosse Flüssigkeitsmengen bewegt werden müssen.
Leitungen, Ventile usw. können daher mit dementsprechend kleinen Querschnitten ausgeführt werden, was bei den auftretenden hohen Drücken eine wesentliche Erleichterung für die Konstruktion und gleichzeitig eine erhebliche Materialersparnis bedeutet.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf geradlinige Bewegungen, sondern kann auch sinngernäss auf drehend bewegte Teile angewendet werden.