CH697087A5 - Einspritzaggregat mit Düsenanpressung. - Google Patents

Description

  [0001] Die Erfindung betrifft ein Einspritzaggregat mit einer Einspritzeinheit und mit einem Elektromotor für die gesteuerte Düsenanpressung und Einspritzeinheitverschiebung für Spritzgiessmaschinen.

[0002] In Bezug auf die Funktion des Einspritzaggregates muss zwischen der Düsenanpressung und der Einspritzeinheitverschiebung unterschieden werden. Die Einspritzeinheitverschiebung verlangt im Falle einer Kurzabhebung wenige Millimeter oder bei einem relativ grossen Weg für den Fall von Servicearbeiten bis zu 40 cm Verschiebeweg. Weil die Einspritzeinheit auf einwandfreien Lagern abgestützt ist, kann die Verschiebung mit kleinen Kräften und trotzdem schnell durchgeführt werden.

   Mit der Funktion der Anpressung müssen zwei Forderungen erfüllt werden:
 Während dem Spritzzyklus muss die Einspritzdüse immer dicht an die entsprechende Formpartie angedrückt werden.
 Die Anpresskraft muss so gross sein, dass bei dem sich stark verändernden Schmelzedruck von z.B. 200 bar bis über 2000 bar keine Spaltöffnung entsteht, über welche Schmelze austreten kann. Es muss in jeder Situation ein ständiger Dichtschluss gewährleistet werden.

[0003] Es wurden bereits viele Vorschläge für die beiden Funktionen des Einspritzaggregates gemacht, meistens im Hinblick auf spezielle Gesichtspunkte. Die Einspritzeinheitverschiebung und die Düsenanpressung waren so lange kein besonderes maschinenbauliches Problem, als beide Funktionen rein hydraulisch erfolgten, welche von einer zentralen Druckölversorgung gespiesen und über Ventile gesteuert wurden.

   Der Einsatz von elektromotorischen Antrieben ergab eine vollständig neue Situation. Ein Elektromotor muss unterschiedlich ausgelegt bzw. ausgewählt werden, je nachdem, ob z.B. kleine Kräfte mit grossem Verschiebeweg oder aber grosse Kräfte mit nahezu ohne Verschiebeweg benötigt werden. Die EP-PS 328 671 schlug für eine elektrisch angetriebene Spritzgiessmaschine eine Druckfeder oder ein ganzes Federsystem zwischen Antrieb und dem Verschiebemechanismus vor. Für das Aufbringen der eigentlichen Düsenanpresskraft wird ein zusätzlicher Einfederweg von bis zu mehreren Millimetern in Kauf genommen, was durch entsprechende Steuer- und Regelkorrekturen über den Antriebsmotor ausgeglichen werden muss. Das Federpaket macht das ganze System federnd, was einerseits Vorteile bringt, anderseits aber regelungstechnisch eine enorme Komplizierung ergibt.

   Verfahrenstechnisch betrachtet muss die Düse dicht an der Einspritzöffnung gehalten werden. Die spätere EP-PS Nr. 422 224 versucht diesen Nachteil dadurch zu beheben, indem zusätzlich Kraftsensoren resp. Dehnungsstreifen im Bereich der Einspritzeinheit eingesetzt werden. Es wird eine bestimmte Düsenberührungskraft vorgegeben und dann durch Vergleich resp. einer Soll-Ist-Abweichung von gemessener Kraft und vorgegebener Kraft der Antriebsmotor geregelt.

   Obwohl die blosse Regelungstechnik hier vereinfacht werden konnte, bleibt das ganze System komplex, kann störungsanfällig sein und ist insbesondere baulich recht aufwendig.

[0004] Mit der DE 19 580 020 versuchte die Anmelderin ein schockfreies Anlegen bei elektrisch angetriebenen Spritzgiessmaschinen zu erreichen und stellte sich die Aufgabe, eine neue Lösung zu suchen, welche die zuvor beschriebenen Nachteile vermeidet und trotzdem eine echte Optimierung des ganzen Vorganges der Düsenanlegung bei elektrisch angetriebenen Spritzgiessmaschinen erlaubt. Ziel war insbesondere eine baulich und steuertechnisch einfache Lösung.

[0005] Als verfahrensmässige Lösung wird mit der DE 19 580 020 vorgeschlagen, dass nach Anlage die Spritzdüse mit der Form verspannt und danach die Düsenanpresskraft federfrei abhängig von der Spritzkraft oder des Druckes der Spritzmasse gestellt wird.

   Vorrichtungsgemäss wird vorgeschlagen, dass
a) : die Spritzdüse über Zuganker oder Säulen zwischen der festen Formhälfte und der Einspritzeinheit verspannbar und
b) : der Übertrieb von einem elektromotorischen Antrieb zur Erzeugung der Düsenanpresskraft federfrei ausgebildet ist, wobei
c) : Steuermittel für die Stellung der Düsenanpresskraft, abhängig von der Spritzkraft oder des Spritzdruckes, vorgesehen sind.

[0006] Über entsprechende Steuermittel wird die Düsenanpresskraft in Funktion der Spritzkraft bzw. des Druckes der Spritzmasse gestellt. Dadurch entsteht ein ständiges Gleichgewicht von Anpresskraft und der Öffnungskraft aus dem Druck mit einer wählbaren Vorspannung. Die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors konnte gegenüber älteren Lösungen stark reduziert und bei besonderer baulicher Ausgestaltung kann der Regelaufwand wesentlich reduziert werden.

   Die Lösung konnte erfolgreich in die Praxis umgesetzt werden, allerdings mit dem Nachteil eines beachtlich grossen Aufwandes für den mechanischen Getriebeteil.

[0007] Der neuen Erfindung wurde nun die Aufgabe zugrunde gelegt, bei elektromotorischem Antrieb vor allem den Übertriebsteil zu vereinfachen und für die Herstellung zu verbilligen.

[0008] Die erfindungsgemässe Lösung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.

[0009] Die neue Erfindung macht sich die Tatsache zu Nutzen, dass die Grundkomponenten für hydraulische Systeme z.B. hydraulische Zylinder und Akku-Speicher in grossen Stückzahlen hergestellt und dadurch sehr preisgünstig als Marktprodukte eingesetzt werden können. Gegenüber der DE 19 580 020 kann kostenmässig der bauliche Aufwand stark reduziert werden.

   Ein weiterer sehr grosser Vorteil liegt darin, dass die zentrale Stärke eines hydraulischen Antriebes genutzt wird, nämlich die baulich beliebige Distanzierung der Bereitstellung von Ölmenge und Öldruck von der Verbraucherstelle. Das hydrostatische Getriebe kann z.B. unterhalb des Einspritzaggregates angeordnet werden, so dass für die zentralen Funktionen der Spritzeinheit eine bessere Zugänglichkeit geschaffen werden kann, für die Niederdruckseite, also für die Funktion der Aggregatsverschiebung wird ein Akku vorgeschlagen, der durch die blosse Pendelbewegung des Hydraulikmittels auf der Niederdruckseite sehr wenig Energie verbraucht. Die grossen Kräfte für das Anpressen werden erfindungsgemäss elektromotorisch aufgebracht.

[0010] Die neue Lösung erlaubt zwei besonders vorteilhafte Lösungswege.

   Gemäss einem ersten Lösungsweg weist das hydrostatische Getriebe einen Arbeitszylinder und für dessen Antrieb einen AC-Servomotor auf. Vorteilhafterweise wird der Arbeitszylinder sowie der AC-Servomotor unterhalb der Einspritzeinheit angeordnet, so dass die Zugänglichkeit der Einspritzeinheit sowie der Antrieb der Plastifizierschnecken eine maximale Zugänglichkeit bekommen, so wie dies bei rein hydraulisch angetriebenen Maschinen möglich war. Der Arbeitszylinder weist bevorzugt wenigstens einen doppelten aktiven Wirkquerschnitt auf in Bezug auf einen einzelnen Hydrozylinder. Damit entsteht etwa ein gleich langer Weg für den Arbeitszylinder und die beiden Hydrozylinder. Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Arbeitszylinder-Kolbenstange über Ritzel und Zahnstange, über eine Gewindespindel, oder über eine Kugel- bzw. Rollenspindel von einem AC-Servomotor antreibbar ist.

   Die Platzverhältnisse unterhalb der Einspritzeinheit erlauben in vielen Fällen die Kolbenstange des Arbeits-Zylinders etwa doppelt so lange auszuführen, wie diejenige der beiden Hydrozylinder.

[0011] Gemäss einem zweiten Ausgestaltungsweg wird vorgeschlagen, dass das hydrostatische Getriebe eine Fix-Pumpe aufweist, wobei die Fixpumpe bevorzugt durch einen AC-Servomotor antreibbar ist. In besonderen Fällen kann in dem Bereich der bewegten Teile eines Hydrozylinders ein Wegmesssystem angeordnet werden, zur Steuerung/Regelung des AC-Servomotors. In den meisten Fällen genügt es jedoch, das aus dem AC-Servomotor abgeleitete Wegsignal zu nutzen. Die Regelung der Anpresskraft kann über das Drehmomentsignal des AC-Servomotores abgeleitet werden.

[0012] Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert.

   Es zeigen:
<tb>die Fig. 1<sep>ein Ausführungsbeispiel des ersten Lösungsweges mit hydrostatischem Getriebe und einem elektromotorisch angetriebenen Arbeitszylinder eines erfindungsgesässen Einspritzaggregats;


  <tb>die Fig. 2<sep>ist eine Draufsicht gemäss Pfeil II der Fig. 1 und zeigt die parallele Anordnung von zwei Hydrozylindern;


  <tb>die Fig. 3<sep>zeigt ein Ausführungsbeispiel des zweiten Lösungsweges mit einer durch einen Servomotor angetriebenen Fix-Pumpe für die Hydrozylinder eines erfindungsgemässen Einspritzaggregats.

[0013] In der Folge wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Eine Einspritzeinheit 10 des Einspritzaggregats 1 ist nur umrissartig dargestellt und besteht im Wesentlichen aus einem Trägerblock 2, einer Plastifizierung 3 (Fig. 2) mit den Antriebsmitteln 4 für die axiale und rotative Bewegung einer Plastifizierschnecke (nicht dargestellt), welche in einem Einspritzzylinder 6 angeordnet ist. Der axiale und rotative Antrieb ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Einspritzeinheit 10 des Einspritzaggregates 1 ist rechts auf der Fig. 1 und 2 und ein Formteil 7 mit einer entsprechend festen Formträgerplatte 8 auf der linken Bildseite dargestellt.

   Die Einspritzeinheit 10 weist eine Plastifizierschnecke sowie eine Düsenspitze 9, auf welche an der entsprechenden Öffnung des Formteiles 7 anliegt. Die Einspritzeinheit 10 ist über zwei symmetrisch angeordnete, mit Druckflüssigkeit versehenen Hydrozylinder 11, 11 ¾ über Verankerungen 12 und 13 bzw. 12 ¾ und 13 ¾ fest mit der Formträgerplatte verbunden. In den Hydrozylindern 11, 11 ¾ ist je eine Kolbenstange 14 sowie ein Kolben 15 angeordnet. Mit Xv ist der maximale Verfahrweg angegeben, der durch eine Bewegung des hydraulischen Kolbens 15 von der einen in die andere Endstellung möglich ist. Dieser Weg wird vor allem für Servicearbeiten sowie den Ein- und Ausbau der Spritzgarnitur benötigt und kann zwischen der Formträgerplatte und der Einspritzeinheit bis zu 40 cm und mehr liegen. In der Fig. 1 ist der Maschinenständer 16 angedeutet, der die Formträgerplatte 8 trägt.

   Auf der Gegenseite ist die Einspritzeinheit 10 symbolisch auf Rollen 17 auf den Maschinenständer 16 gelagert. Die Einspritzeinheit 10 kann sich während der normalen Spritzarbeit zyklisch um einige Millimeter bewegen, um die Düsenspitze 9 entsprechend limitiert, zyklisch von dem Formteil abzuheben und wieder anzulegen. Die Verankerungen 12 und 13 sind derart ausgebildet, dass seitliche Auslenkkräfte ausgeglichen werden, z.B. durch Gelenkköpfe.

   Jeder der Hydrozylinder 11, 11 ¾ weist auf der Endseite A einen Druckmediumanschluss 18 sowie eine Verbindungsleitung 19 auf, welche direkt mit der entsprechenden Endseite A eines Druckerzeugers 20 über einen Druckmediumanschluss 21 verbunden ist.

[0014] Die gegenüberliegende Endseite B des jeweiligen Hydrozylinders weist ebenfalls einen Druckmediumanschluss 22 auf, welcher über eine Verbindungsleitung 23 mit einem Druckmediumanschluss 24 auf der Endseite B des Arbeitskolbens 28 verbunden ist. In der Verbindungsleitung 23 ist ein Niederdruckakku 26 ständig angeschlossen.

[0015] Der Druckerzeuger 20 besteht im Wesentlichen aus einem Arbeitszylinder 27 mit Arbeitskolben 28, welcher über eine Kolbenstange 29 direkt mit einem elektromotorischen Antrieb 30 verbunden ist.

   Der elektromotorische Antrieb 30 weist einen nur strichliert angedeuteten AC-Servomotor 31 und ein Reduktionsgetriebe 32 auf, welches über zwei Zahnritzel 33 in eine einfache oder doppelte Zahnstange 34 eingreifen. Die Zahnstange 34 ist eine Verlängerung der Kolbenstange 29. Damit treibt der AC-Servomotor 31 über die dargestellten Übertriebsmittel direkt den Arbeitskolben 28 an, und erzeugt die für die Funktion der Düsenanpressung sowie der Einspritzeinheitverschiebung erforderlichen Druck bzw. Menge des Hydraulikmediums.

[0016] Für das Wegfahren des Einspritzaggregates 1 wird der AC-Servomotor 31 aktiviert, derart, dass die Zahnstange 34 in Richtung des Pfeils 40 nach links verschoben wird. Das Hydrauliköl 41 wird entsprechend Pfeil 43 über den Druckmediumanschluss 24 und die Verbindungsleitung 23 in den hinteren Druckraum 42 gefördert.

   Die Folge ist, dass sich die ganze Einspritzeinheit gemäss Pfeil 45 so lange nach rechts bewegt, als der AC-Servomotor 31 aktiviert bleibt. Die Bewegung kann dabei zwischen einigen Millimetern sowie 40 cm betragen. Sinngemäss strömt aus dem vorderen Druckraum 46 Hydraulikmedium 41 über den Druckmediumanschluss 18, die Verbindungsleitung 19 sowie den Druckmediumanschluss 21 in den vorderen Druckraum 47 des Arbeitszylinders 27. Das Anfahren der Einspritzeinheit erfolgt im umgekehrten Sinne. Das Anpressen erfolgt erst nach Abschluss der Anfahrbewegung. Die Kolbenstange 29 wird dabei mit maximaler Motorkraft in Richtung des Pfeils 50 gedrückt, so dass mit entsprechend maximalem Hydraulikdruck in dem vorderen Druckraum 46 der Hydrozylinder 11, 11 ¾ die erforderliche Anpresskraft solange erforderlich aufgebracht wird.

   Der Niederdruckakku 26 sorgt für einen konstanten Gegendruck.

[0017] Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lösungsweges mit einer Fix-Pumpe 60 welche über einen AC-Servomotor 31 angetrieben wird. Zwischen AC-Servomotor 31 und der Fix-Pumpe 60 befindet sich eine Kupplung 61. Der AC-Servomotor weist eine Leistungselektronik 62 sowie eine interne Steuer-/Regeleinheit 63 auf, welche mit einer Maschinensteuerung 64 verbunden ist. Die Fix-Pumpe 60, das heisst die Pumpe mit fixem Hubraum, weist einen Ansaugstutzen 65 sowie einen Auslassstutzen 66 auf. Je nach Drehrichtung der Fix-Pumpe 60 wird auf die Einspritzeinheit eine Anfahr- oder eine Wegfahrbewegung ausgelöst. Mit Pfeil 67 ist die Bewegung für Anfahren und Anpressen eingezeichnet. Wird die Ölförderrichtung der Fix-Pumpe umgekehrt, wird eine Wegfahrbewegung ausgelöst.

   Durch entsprechende Drehrichtung des AC-Servomotores 31 sowie dem Aufbringen des entsprechenden Drehmomentes bzw. Ölförderdruckes werden auf Grund der eingegebenen Steuer-/Regelbefehle die Funktion für das Verschieben der Einspritzeinheit sowie der Düsenanpressung sinngemäss zu der Lösung gemäss den Fig. 1 und 2 durchgeführt. Für eine genaue Positionierung weist die Lösung gemäss Fig. 3 zusätzlich ein Wegmesssystem 70 auf, welches die Bewegung einer Verlängerung 71 der Kolbenstange der Hydrozylinder erfasst und als Wegsignal der Steuer-/Regeleinheit 63 zuführt.

[0018] Bei der neuen Lösung wird das Drehmoment an die für das Anpressen benötigte Leistung angepasst. Dies erfolgt durch eine Steuerung/Regelung, über welche der Anpressdruck die Düse in Abhängigkeit z.B. des Druckes in dem Spritzzylinder vorgegeben wird.

   Der Akku hat den grossen Vorteil, dass damit ein geschlossenes System geschaffen werden kann. Fehler aus unterschiedlichen Zylindern oder zum Beispiel aus der Wärmeausdehnung können mit dem Grunddruck im System auf ein Minimum reduziert werden. So erfolgt auch das Ansaugen der Pumpe unter Druck. Der Akku hat keine Energiespeicherfunktion. Der Akku hat eine blosse Tankfunktion. Fehler des hydraulischen Systems (z.B. der Pumpe, Leckagen, weil Dichtungen nur unter Druck einwandfrei arbeiten), können vermieden werden. Das Zurückziehen der Einspritzeinheit wird unterstützt.

Claims (10)

1. Einspritzaggregat mit einer Einspritzeinheit und mit einem Elektromotor für die gesteuerte Düsenanpressung und Einspritzeinheitverschiebung für Spritzgiessmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel angeordnete Hydrozylinder mittels eines den beiden Hydrozylindern zugeordneten mit dem Elektromotor antreibbaren hydrostatischen Getriebes für die gesteuerte Düsenanpressung und Einspritzeinheitverschiebung aktivierbar sind, wobei für die Niederdruckseite im Arbeitsbetrieb ein Akku, insbesondere ein Niederdruck-Akku, dauernd zugeschaltet bleibt.

2. Einspritzaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Getriebe einen Arbeitszylinder und für dessen Antrieb einen AC-Servomotor als Elektromotor aufweist.

3. Einspritzaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Arbeitszylinder im Verhältnis zu einem genannten Hydrozylinder einen Kolben mit etwa doppeltem Wirkquerschnitt aufweist.

4. Einspritzaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder-Kolbenstange über ein Ritzel mit einfacher oder doppelter Zahnstange, über eine Gewindespindel oder über eine Kugel- bzw. Rollenspindel antreibbar ist.

5. Einspritzaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Getriebe eine Pumpe mit fixem Hubraum aufweist.

6. Einspritzaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe durch einen AC-Servomotor als Elektromotor antreibbar ist.

7. Einspritzaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich der bewegten Teile eines genannten Hydrozylinders ein Wegmesssystem angeordnet ist, zur Wegsteuerung bzw. Regelung des AC-Servomotors.

8. Einspritzaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegmesssystem eine Verlängerung der Kolbenstange eines Hydrozylinders aufweist.

9. Einspritzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Hydrozylinder mit der Plastifizierschnecke der Einspritzeinheit in einer gemeinsamen Ebene liegen und das hydrostatische Getriebe unterhalb der Einspritzeinheit insbesondere in dem Bereich des Maschinenständers der Spritzgiessmaschine anordbar ist.

10. Einspritzaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung bzw. Regelung der Düsenanpressung und der Einspritzeinheitverschiebung vollständig über Sensorsignale aus dem AC-Servomotor erfolgt.