CH662532A5

CH662532A5 - Hydraulikeinrichtung fuer die formschliesseinheit einer kunststoff-spritzgiessmaschine.

Info

Publication number: CH662532A5
Application number: CH5293/83A
Authority: CH
Inventors: Karl Hehl
Original assignee: Karl Hehl
Priority date: 1982-10-14
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1987-10-15
Also published as: NL8303450A; GB8327511D0; CA1205965A; JPS59103734A; GB2131735A; IT1171755B; DE3238111C1; GB2131735B; IT8323276A0; US4565116A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hydraulikeinrichtung für die Formschliesseinheit einer Kunststoff-Spritzgiessmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Hydraulikeinrichtung dieser Art (CH-PS 654 521) steht der Niederdruckraum des Druckzylinders über einen Überströmkanal mit dem Zylinderraum des Antriebszylinders bei konstantem Durchflussquerschnitt in hydraulischer Verbindung. Eine solche Hydraulikeinrichtung ermöglicht unter anderem verhältnismässig hohe Fahrgeschwindigkeiten beim Öffnen bzw. Schliessen der Spritzgiessform, weil hierzu nur relativ kleine Ölmengen eingespeist bzw. abgeführt werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die zu bewegenden Massen, nämlich der Formträger, die Spritzgiessform sowie die Kolben der Hydraulikeinrichtung, verhältnismässig schwer zu beherrschen sind, insbesondere wenn zugunsten einer hohen Leistung hohe Geschwindigkeiten gefahren werden und es sich um verhältnismässig schwere Formschliesseinheiten handelt. Dies gilt vor allem für die letzte Phase der Öffnungs- bzw. Schliessbewegung, die zugunsten einer hohen Schusszahl pro Zeiteinheit möglichst kurz bemessen sein soll.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Hydraulikeinrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass einerseits auch relativ schwere Formschliesseinheiten mit extrem hoher Geschwindigkeit störungsfrei betrieben werden können und andererseits auch bei bedarfsweiser niedriger Fahrgeschwindigkeit ein ruhiger, d.h. ruckfreier Lauf des Formträgers gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Durchflussquerschnitt des Überströmkanals durch ein elektrisch verstellbares Drosselventil in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Arbeitsprogramm steuerbar ist.

Bei einer solchen Ausbildung ist es auch möglich, die Formschliesseinheit lageunabhängig einzusetzen. Sie kann ohne Beeinträchtigung der hydraulischen Funktionen aus der Horizontalen in eine vertikale Arbeitslage überführt werden, weil die in den Zylindern befindlichen Olmengen durch das erfmdungsgemässe Drosselventil entgegen der Schwerkraft gehalten werden können. Zudem kann der Betrieb bezüglich des Geschwindigkeitsablaufes der Schliess- und Öffnungsbewegung und der zeitlichen Bemessung der Bremsphasen nach Programm ablaufen.

Schliesslich arbeitet die Hydraulikeinrichtung bei geringerem Unfallrisiko: Wird zum Beispiel wegen einer Störung der die Spritzgiessform abdeckende Schutzschieber geöffnet, so wird zwar durch die Öffnungsbewegung üblicherweise der Hauptstromkreis der Formschliesseinheit getrennt und der Hydraulikkreis gesperrt. Dadurch kommt jedoch der in hoher Fahrt befindliche Formträger nicht in allen Fällen zum

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sofortigen Stillstand, weil die üblichen hydraulischen Systeme nicht in der Lage sind die kinetische Energie der bewegten Masse zu kompensieren. Eine solche Unfallgefahr ist nunmehr zuverlässig dadurch ausgeschlossen, dass das regelbare Drosselventil in jedem Fall befähigt ist, bewegte Massen zu «halten», auch wenn die anderen Sicherheitssysteme, zum Beispiel das primäre Sicherheitsventil in der Druckleitung oder die Arbeitsschieber versagen.

Ein weiterer Vorteil der Hydraulikeinrichtung besteht darin, dass eine schwer zu öffnende Spritzgiessform im Bedarfsfall ausschliesslich durch eine entsprechende Einstellung der Arbeitsschieber der Hydraulikeinrichtung mit erhöhter Kraft geöffnet werden kann, ohne dass hierfür, wie bislang, zusätzliche hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten erforderlich sind.

Zweckmässigerweise findet als Drosselventil ein Proportionalventil Verwendung, das als 2/2-Wege-Ventil ausgebildet ist. Eine solche «Proportional-Drossel» ist an sich bekannt (Mannesmann/Rexroth-Information 3/1982 ISSN 0722 — 5636, Seiten 6 und 7). Für vorliegende Zwecke ist ein solches Drosselventil jedoch derart weiterentwickelt, dass es in gegensätzlichen Richtungen durchströmbar ist und den Durchfluss in beiden Richtungen gleichermassen regelt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Wegen des Grundaufbaues der Hydraulikeinrichtung im einzelnen wird auf die DE-OS 3 044 137 verwiesen.

Ausgehend von der bekannten Hydraulikeinrichtung wird die Erfindung anhand der einzigen Figur erläutert. Diese zeigt das Schaltbild des Hydraulikkreislaufes in Verbindung mit der schematisch dargestellten Formschliesseinheit.

Auf den Holmen 16 der Formschliesseinheit ist der bewegbare Formträger 13 verschiebbar gelagert. Die Kolbenstange 27 des Druckzylinders 20 und die Kolbenstangen 28 der Antriebszylinder 21 setzen am bewegbaren Formträger 13 an. Der in der Achse der Formschliesseinheit liegende Druckzylinder 20 und die beiden diametral zu diesem angeordneten Antriebszylinder 21 sind durch Hülsen gebildet, die vorderseitig durch die Montageplatte 12 und rückseitig durch einen gemeinsamen Zylinderdeckel zu einer kompakten Einheit verbunden sind. Die Montageplatte 12 ist von den Kolbenstangen 27,28 dichtend durchgriffen. Die beim Öffnungshub der Hydraulikeinrichtung mit Drucköl beschickten Zylinderräume 51 der einseitig wirkenden Antriebszylinder 21 sind durch die Kolben 26 von rückseitigen Ausgleichsräumen 53 getrennt, die keine spezifische hydraulische Funktion haben. Die Zylinderräume 51 sind über Überströmkanäle 80a, 80a', 80b mit dem Niederdruckraum 50 des Druckzylinders 20 hydraulisch verbunden. Die Überströmkanäle sind innerhalb der kompakten Hydraulikeinrichtung angeordnet. In einer axialen Bohrung des Druckkolbens 25 bzw. der Kolbenstange 27 ist ein stationärer Tauchkolben 47 angeordnet, der am rückseitigen Zylinderdeckel befestigt ist. Der Tauchkolben 47 bildet mit der Kolbenstange 27 eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 27, 47 zum Schliessen der Spritzgiessform. Beim Schliesshub wird der Zylinderraum 48 über einen zentralen Zuführkanal 48a im Tauchkolben 47 mit Drucköl beschickt. Rückseitig läuft der Druckkolben 25 in einen Axialflansch 25a aus, an dem ein koaxialer Ring 44 anliegt. Der vor dem Druckkolben 25 liegende Niederdruckraum ist über Überströmkanäle 42 mit dem Hochdruckraum 52 hydraulisch verbunden, die mit Hilfe eines hydraulisch steuerbaren Ventils schliessbar sind. Das Ventil umfasst einen Ringkolben 43, der mit einem hülsenförmigen Teil auf dem Ring 44 geführt ist. Ringkolben 43 und Ring 44 begrenzen einen Zylinderraum 61 aus dem der Ringkolben 43 beaufschlagbar ist. Druckzylinder 20 und Antriebszylinder 21 sowie die Kolben-Zylinder-Einheit

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27, 47 und das Ventil für die Überströmkanäle 42 können mittels hydraulischer Schieber 64, 65, 66a nach Programm zeitlich unabhängig voneinander gesteuert werden. Dabei wird der Zylinderraum 48 über einen in der Druckleitung 69 liegenden Hauptschieber 64 (Linksstellung) über die Leitung 48c und den Zuführkanal 48a im Tauchkolben 47 mit Drucköl beschickt. Zum Aufbau des Zuhaltedruckes wird der Hochdruckraum 52 über eine mit dem Schieber 65 versehene Zweigleitung 63 mit Drucköl beschickt. Der Schieber 65 gibt die Zweigleitung 63 erst frei, wenn die Spritzgiessform geschlossen ist. Bei Rechtsstellung des Hauptschiebers 64 werden über eine Leitung 68 Zylinderräume 51 der Antriebszylinder 21 mit Drucköl beschickt. Der Zylinderraum 61 des die Überströmkanäle 42 steuernden Ventils wird mittels des als 4/3-Wege-Ventil ausgebildeten Steuerschiebers 66a zeitgerecht mit Drucköl versorgt, welcher in der Zweigleitung 59 der Druckleitung 69 liegt.

Die vom Hochdruckraum 52 beaufschlagte Fläche des Druckkolbens 25 ist grösser als die vom Niederdruckraum

50 her beaufschlagte Fläche, wenn der Druckkolben bei offenen Überströmkanälen 42 und geschlossenem 2/2-Wegeven-til 81 (Öffnen mit erhöhter Kraft) rückwärts fährt. Dabei wird ein der Volumendifferenz zwischen dem Hochdruckraum 52 und dem Niederdruckraum 50 entsprechendes Öl-volumen aus dem Druckzylinder herausgedrückt. Insgesamt sind die Volumina von Niederdruckraum 50, von Hochdruckraum 52 und den Zylinderräumen 51 so bemessen, dass beim Öffnen der Spritzgiessform mit erhöhter Kraft etwa ein Fünftel des Gesamtvolumens des bei geschlossener Spritzgiessform in den Zylinderräumen befindlichen Öls in den Tankraum gedrückt wird. Beim Schliessen der Spritzgiessform und Öffnen ohne erhöhte Kraft der Spritzgiessform wird ca. ein Zwanzigstel des gesamten Ölvolumens in den Tankraum gedrückt. Der Durchflussquerschnitt des Überströmkanals 80a, 80a', 80b ist durch ein elektrisch verstellbares Drosselventil 81 nach Programm steuerbar. Als Drosselventil ist ein als 2/2-Wege-Ventil ausgebildetes Proportionalventil vorgesehen. Das Proportionalventil ist vorgesteuert, d.h. der Schieber des Proportionalventils wird nach Programm von einem im hydraulischen Teil 81b angeordneten und vom elektrischen Teil 81a aus angetriebenen Steuerkolben betätigt. Somit ist eine durch das Programm vorgegebene Regelung des zeitlichen Ablaufs der Änderung des Durchflussquerschnittes des Drosselventils 81 während des Spritzzyklus möglich. Die Einhaltung der Sollwerte ist durch einen Wegaufnehmer 81c sichergestellt, der eine laufende Rückführung gewährleistet.

Das Proportionalventil ist alternativ über Steuerleitungen 82, 83, 84 vorsteuerbar. Dabei ist die Steuerleitung 82 aus dem Niederdruckraum 50, eine weitere Steuerleitung 83 aus dem Zylinderraum 51 und eine dritte Steuerleitung 84 aus einer gesonderten Druckquelle gespeist. In den Steuerleitungen 82 — 84 sind Rückschlagventile 85 eingefügt.

Das Proportionalventil ist jeweils über diejenige Steuerleitung 82 bzw. 83 bzw. 84 vorgesteuert, welche momentan den grössten Druck aufweist. Demzufolge wird üblicherweise der Beginn einer Regelbewegung über die Steuerleitung 84 eingeleitet.

Ausgehend von einer geschlossenen Spritzgiessform arbeitet die Hydraulikeinrichtung wie folgt: Zunächst wird der Zylinderraum 61 des die Überströmkanäle 42 steuernden Ventils vom Druck entlastet, so dass der Ringkolben unter Freigabe der Überströmkanäle 42 in Offenstellung fahren kann. Danach werden die in rechter Stellung befindlichen Kolben 26 der Antriebszylinder 21 aus den Zylinderräumen

51 mit Drucköl beaufschlagt. Dabei gelangt das Drucköl von der Pumpe P über die Leitung 69 zum Hauptschieber 64 mit rechtsgestelltem Schieberteil und von dort über die Lei-

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tung 68 in die Zylinderräume 51. Die Kolben 26 bewegen sich gemeinsam mit dem Druckkolben 25 nach links in die in der Figur dargestellte Position. Die geschilderte Öffnungsbewegung setzt einen wenigstens teilweise offenen Überströmkanal 80a, 80a', 80b voraus; denn durch die Bewegung des Druckkolbens 25 wird Öl aus dem Hochdruckraum 52 über die Überströmkanäle 42 in den sich laufend vergrössernden Niederdruckraum 50 verdrängt. Der Niederdruckraum 50 kann jedoch das gesamte Öl des grösseren Hochdruckraumes nicht aufnehmen. Demzufolge wird ein Teil dieses Öls über den Abschnitt 80b des Überströmkanals zum Drosselventil 81 und von dort über die Abschnitte 80a' und 80a in die Zylinderräume 51 gedrückt. Dank der Regelbarkeit des Durchflussquerschnittes des Überströmkanals 80a, 80a', 80b ist auch die Geschwindigkeit der Öffnungsbewegung in jeder Phase ihres Ablaufes nach Programm regelbar. Insbesondere ist eine zeitgerechte und rasche Abbremsung der in der Regel mit hoher Geschwindigkeit bewegten Massen Formträger 13, Kolben 25, 26 und Kolbenstangen 27,28 in der letzten Phase der Öffnungsbewegung möglich.

Beim nachfolgenden Schliessen der Spritzgiessform wird der Tauchkolben 47 aus dem Zylinderraum 48 heraus beaufschlagt. Dadurch bewegt sich der Druckkolben 25 gemeinsam mit dem Kolben 26 nach rechts, wobei etwa ein Zwanzigstel des Gesamtölvolumens aus der Hydraulikeinrichtung in den Tankraum 72 verdrängt wird. Das bei der Schliessbe-wegung aus den Zylinderräumen 51 verdrängte Öl gelangt über die Abschnitte 80a, 80a' zum Drosselventil 81 und von dort über den Abschnitt 80b in den Niederdruckraum 50. Der programmgemässen Regelung des Durchflussquerschnittes im Drosselventil 81 entspricht eine Regelung des Geschwindigkeitsablaufes der Schliessbewegung.

Für das Schliessen der Spritzgiessform ist ohne Bedeutung, dass der Druckkolben 25 vom Hochdruckraum 52 her mit grösserer Fläche beaufschlagbar ist als vom Niederdruckraum 50 her; denn die genannte Differenz der beaufschlagten Flächen am Druckkolben ist ohne Wirkung, solange kein Drucköl in den Druckzylinder eingespeist wird. Die Kraft für das Schliessen der Spritzgiessform wird dahe-rin der Regel ausschliesslich von der durch den Tauchkolben

47 und den Zylinderraum repräsentierten Kolben-Zylinder-Einheit erzeugt.

Alle Bewegungen des Formträgers 13 erfolgen durch Überwindung eines mehr oder weniger grossen vorprogrammierten, im Drosselventil 81 verursachten hydraulischen Widerstandes, durch welchen auch bei langsamer Bewegung grosser bewegter Massen deren ruhiger Lauf gewährleistet ist.

Bei senkrecht angeordneter Formschliesseinheit «hängt» die durch den Formträger 13, die Kolbenstange 28 und die Kolben 26,25 repräsentierte Masse im hydraulischen System. Dies im Gegensatz zur horizontalen Formschliesseinheit, bei welcher die genannten Bauteile mehr oder weniger gewichtsneutral für das hydraulische System sind. Dank einer möglichen Regelung des Durchflussquerschnittes im Drosselventil 81, gegebenenfalls bis auf Null, kann den geschilderten unterschiedlichen Bedingungen bei unterschiedlicher Lage der Formschliesseinheit im Raum Rechnung getragen werden, so dass die Formschliesseinheit lageunabhän-ging nach Programm arbeiten kann.

Sofern ein Öffnen der Spritzgiessform mit erhöhter Kraft erforderlich ist, wird der Hauptschieber 64 in Rechtsstellung und der Steuerschieber 66a in Linksstellung gesteuert. Dadurch kann das bei offenen Überströmkanälen 42 aus dem Hochdruckraum 52 in den Niederdruckraum 50 verdrängte Öl nahezu druckfrei in den Tank 72 gelangen, so dass für das «Aufreissen» der Spritzgiessform ein ausreichender Druck, zum Beispiel eine fünffache Öffnungskraft, verfügbar ist.

Vor Aufbau des Zuhaltedruckes werden die Überströmkanäle 42 des Druckkolbens 25 geschlossen. Hierbei wird der Zylinderraum 61 über die Leitung 59 bei rechtsgestelltem Steuerschieber 66a mit Drucköl beschickt, so dass der Ringkolben 43 in Schliessposition geht. Gleichzeitig wird bei linksgestelltem Hauptschieber 64 und rechtsgestelltem Schieber 65 der Hochdruck im Hochdruckraum 52 aufgebaut. Der Druck im Zylinderraum 48 des Tauchkolbens 47 bleibt bestehen. Demzufolge sind für den Zuhaltedruck sowohl die aus dem Zylinderraum 48 beaufschlagten Flächen als auch die Flächen des Druckkolbens 25 wirksam.

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1 Blatt Zeichnungen

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662532 PATENTANSPRÜCHE

1. Hydraulikeinrichtung für die Formschliesseinheit einer Kunststoff-Spritzgiessmaschine, welche die Spritzgiessform mit Hilfe wenigstens eines hydraulischen Antriebszylinders mit kleiner Kraft in Offenstellung und/oder Schliessstellung fährt und mit Hilfe eines in der Achse der Formschliesseinheit liegenden hydraulischen Druckzylinders (20) mit grosser Kraft zusammenhält, wobei der Kolben (26) des Antriebszy-linders mit dem Kolben (25) des Druckzylinders zu einer Bewegungseinheit verbunden ist und die vor und hinter dem Druckkolben liegenden Zylinderräume (52, 50), über Überströmkanäle (42) miteinander in Verbindung stehen, die mit Hilfe eines Ventils absperrbar sind, und wobei der Niederdruckraum (50) mit dem Zylinderraum des Antriebszylinders über einen Überströmkanal (80a; 80b) in offener hydraulischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt des Überströmkanals (80a, 80b) durch ein elektrisch verstellbares Drosselventil (81) in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Arbeitsprogramm steuerbar ist.

2. Hyraulikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Drosselventil (81) ein in gegensätzlichen Richtungen durchströmbares Proportionalventil vorgesehen ist.

3. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil als 2/2-Wege-Ventil ausgebildet und der Durchflussquerschnitt unter der Kontrolle eines Wegaufnehmers (81c) von einem Maximum bis auf Null regelbar ist.

4. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (81) alternativ über Steuerleitungen (82—84) vorsteuerbar ist, von welchen eine (82) aus dem Niederdruckraum (50), eine weitere (83) aus dem Antriebszylinder (21) und eine weitere (84) aus einer gesonderten Druckquelle gespeist ist.

5. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Steuerleitungen (82->84) Rückschlagventile (85) eingefügt sind und das Drosselventil (81) jeweils über diejenige Steuerleitung (82; 83; 84) vorgesteuert ist, welche den grössten Druck aufweist.

6. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (50) des Druckzylinders (20) über eine 4/3-Wege-Ventil (66a) mit dem Tank (72) verbindbar ist.

7. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Offnen der Spritzgiessform zwei diametral zum Druckkolben angeordnete, einseitig wirkende Arbeitszylinder (21) und für das Schliessen der Spritzgiessform ein in der Achse der Hydraulikeinrichtung liegender stationärer Tauchkolben (47) vorgesehen ist, der mit der Kolbenstange (27) des Druckkolbens (25) eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit (27,47) bildet.

8. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Hochdruckraum (52) beaufschlagte Fläche des Druckkolbens (25) grösser als die vom Niederdruckraum (50) her beaufschlagte Fläche, wenn der Druckkolben (25) bei offenen Überströmkanälen (42) und geschlossenem 2/2-Wegeventil (81) fahrt, wobei ein der Volumendifferenz zwischen Hochdruckraum (52) und Niederdruckraum (50) entsprechendes Flüssigkeitsvolumen aus dem Druckzylinder (20) sowie das Flüssigkeitsvolumen aus dem Zylinderraum (48) gedrückt wird.

9. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Hochdruckraum (52) beaufschlagte Fläche des Druckkolbens (25) grösser ist als die vom Niederdruckraum (50) her beaufschlagte Fläche, wenn der Druckkolben (25) bei offenen

Überströmkanälen (42) und geöffnetem 2/2-Wegeventil (81) nach rückwärts fährt, wobei das Flüssigkeitsvolumen aus dem Zylinderraum (48) gedrückt wird.

10. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Volumina von Niederdruckraum (50), Hochdruckraum (52), Zylinderraum (48) und der Zylinderräume (51) zweier Antriebszylinder (21), dass beim Offnen der Spritzgiessform mit erhöhter Kraft ca. ein Fünftel des Gesamtvolumens des bei geschlossener Spritzgiessform in den Räumen (50, 52,48, 51) befindlichen Öls in den Tank (72 u. 71) gedrückt wird.