CN100537185C - 用于转动和平移一轴的驱动组件 - Google Patents

Abstract

一用于转动和平移一轴的驱动组件，它包括一空心轴电动机(45)和一流体缸(48)。空心轴电动机(45)转动该轴，而流体缸(48)则沿纵向移动该轴。驱动装置在注射成型机的注射单元中特别有用。在一个优选的实施例中，注射单元包括一空心轴电动机(45)和一液压缸。液压缸的第一缸壁结合至空心轴电动机(45)的转子(47)上。缸的第二缸壁连至空心轴电动机的静止部分上。一活塞(50)有两个端部。活塞(50)的一个端部与第一缸壁接合，而活塞(50)的另一端部则与第二缸壁接合。用于转动活塞的装置固定在转子(47)上。用于转动的装置还允许活塞(50)端部沿缸壁滑动。一个通路装置提供液压液，以沿向前的方向驱动活塞(50)，而另一通路装置则提供液压液，以沿相反的方向驱动活塞(50)。提供用于将注射螺杆固定在活塞(50)上的装置。在优选的结构中，缸(48)至少部分地位于空心轴电动机中。

Description

用于转动和平移一轴的驱动组件

技术领域

本发明涉及用于转动和平移一轴的装置。本发明对驱动注射成型机的挤塑螺杆特别有用。更具体一些，本发明涉及用于转动和往复移动注射成型机的挤塑螺杆的驱动装置，其中，螺杆用空心的电动机转动并用液压活塞往复移动。

本发明的背景

用空心电动机和液压活塞去驱动并转动挤塑螺杆是已知的。不过，没有一个已知的系统建议综合用空心电动机去转动挤塑螺杆，同时用一个液压活塞去沿纵向移动螺杆这两个优点。

授予Stubbe的美国专利NO.4105147描述了一种螺杆式挤出机，它通过齿轮传动用一电动机转动，并且沿纵向通过液压活塞移动。螺杆有一做有花键的轴端，以允许转轴穿过齿轮传动滑动。

授予Fanuc Ltd.的美国专利4895505描述了一种直线电动机，以用于沿直线移动一注射螺杆。直线电动机包括一连串固定在电动机电极上的永久磁铁，它们与供给周围的定子绕组的交流电起作用，产生电枢和安装在电枢上的螺杆轴的直线运动。该专利描述了用空心电动机去直线地移动螺杆轴。

96年7月30日发出的、授予Krauss-Maffei的美国专利5540495描述了一挤出螺杆驱动装置，它包括一用于螺杆的平移运动的第一电动机和一用于转动螺杆的第二电动机。所描述的实施例示出两个空心电动机。用于平移螺杆的滑动装置和用于转动螺杆的驱动装置彼此配合在其中。

授予Reinhart的美国专利NO.5645868描述了一种用于注射单元的驱动设备，它包括一通过三个离合器与螺杆轴接合的电动机。一个离合器提供螺杆的旋转，第二个离合器使螺杆向前移动，而第三个离合器则在螺杆向前移动时防止其旋转。不采用液压单元。

授予Jaroschek等人的美国专利NO.5747076描述了一种注射成型机，它采用一液压活塞去协助一驱动齿条和一小齿轮机构的电动机，使螺杆前进。

授予Fanuc Ltd.的美国专利5804224描述了一种结构，其中，在转子轴上一体地形成一滚动螺杆。与其共轴线地放置的电动机使滚动螺杆转动。

99年6月4日发出的、授予Sumitomo的美国专利5891485描述了一种注射设备，它包括两个空心轴电动机。一个电动机指定用于转动螺杆轴，而另一个电动机则使螺杆轴沿纵向移动。两个电动机的转子都与轴接合。每个转子位于单独的室中。

授予Kestle等人的美国专利NO.6068810描述了一种注射单元，它有一在一活塞中的套筒，使螺杆由于液压的作用而缩回或伸出。一电动机转动该套筒，后者通过花键连至活塞上，从而转动螺杆。电动机安装在套筒的端部上。

授予Shearer等人的美国专利NO.6108587描述了一种注射成型系统，它包括一电动机和一液压活塞，前者用于驱动齿轮，以转动螺杆，而后者则用于平移螺杆。

授予Schad的美国专利NO.6478572描述了一种注射单元，它采用一单独的电动机，以转动挤出螺杆，并对液压蓄能器增压。蓄能器中的增压旨在使挤出螺杆往复。

美国专利NO.6499989描述了一种用于从一模子中取下盘子的装置。在所述的实施例中，一空心电动机用于转动取出轴，而一直线电动机则用于直线地移动该轴。空心电动机通过一齿轮箱驱动轴，该齿轮箱使轴的速度变化。作为另一种方案，专利建议，可以用一气动缸或液压缸去直接地移动轴。在所述的实施例中，直线制动器位于旋转致动器的外面。这就提供了一个比较大而且不太经济的组件。

授予Emoto等人的美国专利NO.6517336和授予Emoto的欧洲专利NO.0967064 A1公开了一种注射成型系统，它有一空心电动机，后者转动螺杆轴并且同时使轴借助一与滚动螺杆轴/花键轴单元的连接向前进。一单独的计量电动机转动螺杆，将螺杆装以树脂。旋转运动通过一带和带轮装置提供，后者可独立于空心电动机的转子旋转。空心电动机的转子装在螺杆轴的做有花键的部分上，并且用于转动做有花键的部分，后者又转动一滚动螺杆，以驱动一滚动螺母，从而沿纵向移动轴。

授予Emoto的美国专利6530774描述了一种注射成型系统，它用一电动机和一齿轮系去转动螺杆，并用一空心轴电动机，经由一做有花键的轴连接，通过驱动一滚动螺杆轴去沿纵向移动螺杆。

授予Emoto等人的美国专利申请NO.2002/0168445描述了一种注射系统，它同样包括一计量电动机和一空心轴电动机，以分别转动螺杆和沿纵向移动螺杆。

01年12月12日发行的、授予Krauss-Maffei的欧洲专利申请1162053描述了一种双电动机系统，其中，一个电动机提供螺杆轴的旋转运动，而另一个电动机则提供螺杆轴的平移运动。离合器装置用于使电动机分别操作和一起操作。

86年11月25日发行的、授予Sumitomo的日本专利描述了一种双电动机注射系统，它采用了两个空心电动机和一个滚动螺杆驱动机构和一做有花键的轴。

虽然这些参考文献描述了许多用于注射成型机的螺杆的电力和液压驱动系统的组合，但是它们没有描述一个将下列独特的优点综合起来的系统，即用空心电动机更好地控制螺杆的定位，由液压注射单元提供高注射功率。本发明提供一紧凑的单元，它同时具有电力和液压驱动系统的独特的优点。

本发明的概况

本发明提供一用于平移和转动—轴的新式驱动单元。该单元包括一空心电动机和至少一个液压缸，以及用于将轴的至少一部分连至电动机的转子上的装置。该连接装置包括一允许轴沿纵向移动的装置。液压缸连至轴上，由此，轴可以用电动机转动并用液压缸沿纵向移动。

按照本发明的一个大概的方面，驱动单元是用于注射成型机的注射单元的一部分，它有转动注射螺杆的空心电动机和往复移动螺杆的液压活塞。

更具体一些，本发明提供一用于注射成型机的注射单元，该注射单元包括：一空心电动机和一液压缸，液压缸的第一缸壁结合至空心电动机的转子上，液压缸的第二缸壁连至空心电动机的静止部分上；一活塞，它可沿第一和第二缸壁的内表面滑动，活塞的第一端部与第一缸壁接合，而活塞的第二端部则与第二缸壁接合；一转动装置，它固定在转子上，以转动活塞，该转动装置允许活塞沿缸壁滑动；第一通路装置，它提供液压液，以沿向前的方向驱动活塞；以及第二通路装置，它提供液压液，以沿相反的方向驱动活塞，以及有一注射螺杆，它固定在活塞的一端上。

在一优选的实施例中，液压单元至少部分地位于空心电动机内，以由此提供一较小而更紧凑的组件。

附图的简要说明

图1为按照本发明的基本驱动单元的剖视示意图；

图2为用于注射成型机的驱动单元的一个优选的实施例的侧面剖视图，其中，驱动单元处于伸出的位置；

图2A为用于图2所示的驱动单元的活塞头的剖视图；

图2B为一局部剖视图，它示出通向图2所示的驱动单元的活塞的液压供应通路；

图2C为活塞与花键插件的一部分的剖视图；

图2D为同步带与编码器的剖视图；

图3为用于注射成型机的驱动单元的优选实施例的侧面剖视图，其中，驱动单元处于缩回位置；

图4为优选的驱动单元的活塞与花键插件的透视图；

图5为本发明的另一实施例的剖视示意图；

图6A和6B为本发明的另一实施例的剖视图，它具有包围空心电动机的驱动缸；

图7为本发明的又一实施例的侧面剖视图；

图7A为图7所示的实施例沿剖面线7A-7A的剖视图。

优选的实施例的详细说明

图1用一简单的形式示出本发明。如图1所示，一空心轴电动机45有壳体61、一定子46和一转子47。所示定子46安装在壳体61的壁上。转子46固定在缸48上。缸48有一在其内表面上形成的花键部分49。一配合在缸48上的插入件可以代替花键部分49。花键部分49与活塞50上的花键62(示出一个)啮合。与活塞50做成一体或固定在其上的轴(未示出)经由转子47与活塞58之间的相互连接用电动机45转动。

固定在活塞50上的轴通过经过缸48的壁上的孔51和52向活塞50的头部的任一侧供应的流体压力沿纵向移动。当将驱动单元用在注射成型机中时，流体可以是液压油或水基石墨溶液。活塞50在花键部分49上滑动，并在由减摩坏53a和流体密封53b提供的轴承中旋转。整个转子47、缸48和活塞50的组件可旋转地支承在轴承63和64中并沿轴向位于其中。

虽然图1示出了本发明的基本示意图，但是，专家们能够对按照本发明的可以接受的驱动单元的结构作出必要的少量的改进。例如，可以提供不同于花键轴的装置，以允许轴滑动，同时又保持轴可以旋转。也可以用单个的沿一键槽滑动的键。

现在参考用于注射成型机的挤塑螺杆描述驱动单元。本发明特别适合于用在这样的系统中，其中，需要转动螺杆，以熔化注射材料，并且以足够大的驱动力沿纵向移动螺杆，以将材料注射入模子中。

参看图2和3，一螺杆1位于一圆筒2中，并可在其中旋转并沿轴向移动。注射材料如塑料颗粒经过开口4送入螺杆1中。圆筒2安装在注射座3中，并用一圆筒保持板5保持在应有的位置上。槽6设计成去接纳一工具，以将螺杆1保持在适当的位置上，而活塞23则被转动，以在做有螺纹的接头29处从螺杆1上拧下活塞23。活塞挡块7设计成在活塞23从螺杆1上缩回时防止工具旋转，并确定活塞23的完全伸出的位置。提供这一装置是为了在必要时能取下并更换螺杆1。

活塞23的前面部分通过活塞环45与缸壁18接触。在螺杆1前进或缩回时，活塞23沿轴向沿壁18移动。花键齿17在花键插件15中滑动，以使活塞23能沿纵向移动。

空心电动机30转动活塞23，从而转动螺杆1，后者固定在活塞23上。接线盒8通过电线通道9向电动机30提供动力。定子12被通电，以转动转子16。电动机30最好有一永久磁铁转子，不过，也可以用任何空心电动机去转动活塞23和螺杆1。转子16用冷缩配合在缸壁18上。转子16可以用任何其它方式固定在壁18上，只要转子16和壁18能作为一个单元移动。花键插件15用螺钉44连在缸壁18上。花键插件15在活塞23的外壁上与花键齿17啮合(在图4中最清楚地示出)。这样，当转子16旋转时，缸壁18与活塞23也旋转，因而在缸壁18与活塞23之间没有相对的旋转运动。

在电动机壳体11上设置冷却通道10，以使电动机30冷却。

活塞头24通过螺钉31固定在活塞23的后端上，并且在区域32和33之间包括许多通道孔37(见图2A和4)。这使活塞23有最小的厚度。活塞头24旋转并借助活塞45a在缸壁22上滑动。液压液如液压油经过后座26中的液压液通道55供至区域32和33并朝前推动活塞23和螺杆1，以将材料注射入模子中。

活塞23和所固定的螺杆1借助螺杆1的头部的材料的增加按本技术中已知的方式缩回。为了防止熔液中的空洞，一低压经过区域32作用在活塞23的镗孔侧。在花键插件15中做有槽38(见图2C)，以保证区域34和35之间的流体连通。

缸壁18支承在滚动轴承座圈13和14上，以有利于组件用最小的摩擦损失旋转。滚动轴承座圈13支承在端部件41上，而滚动轴承座圈14则由环89支承。

定位销钉27从电动机壳体11伸入端件41和缸环36中。销钉27防止端件41和缸环36有任何由于旋转压力而相对于电动机定子12旋转的趋势，而该旋转压力是由转子16和活塞23的旋转产生的。

定位销钉28从后座26伸入缸壁22中，以防止缸壁有任何响应活塞头24的旋转而旋转的趋势。

缸壁22与缸环36和后座26作有密封的接合。由于这些密封只受径向应力，它们不太可能比同时受到径向和轴向应力的密封易泄漏或破裂。

杆19从后座26伸至圆筒保持板5和座3，以将整个驱动组件一起夹紧。

Temposonic杆20固定在后座26上并经过一个开口伸入活塞头24中。活塞头24上的磁性组件21响应活塞头24的移动经过杆20发出一信号，后者用熟悉注射成型技术的人十分理解的方式指出活塞头24因而是螺杆1的位置。

螺杆1的转速和位置借助一同步带39和编码器40用熟悉伺服电机控制的人十分理解的方式确定。

在操作时，区域32通过口25被加压。它推动活塞23和所附的注射螺杆1向前移动。在螺杆1前面的塑料被注入模型腔中。在注射结束时，区域32短时间保持较低的压力。以后，区域32就去掉压力，并对区域35加压，以使螺杆缩回一短距离。空心电动机30接通，转动活塞23和所附的螺杆1，以熔化通过开口4供至螺杆1的塑料颗粒。在此期间，在区域32中可能需要保持较低的压力，以防止在熔液中形成空洞和气泡。当螺杆1缩回至预定的位置时，电动机30就停止。可能产生螺杆1的进一步缩回，以释放熔液压力。在螺杆1完全缩回以后，就开始下一个注射循环，并且重复注射步骤，向模型腔提供熔液。

图5示意地示出本发明的另一实施例。在此实施例中，转子54牢固地固定在活塞55上，并且有一至少同将活塞55的行程长度和定子56的宽度综合起来的宽度一样的宽度。活塞头57在缸58中往复。

所示缸58有一单一的流体入口159。可以设置第二入口，不过，在某些应用中也可以不需要第二入口。例如，在用于注射成型机的挤塑螺杆的情况下，塑性注射材料在螺杆端部的增加可以在螺杆上提供足够的压力，将活塞往回移至其注射位置。

此实施例有这样的优点，即将整个电动机保持在驱动装置的液压部分的外面，而且不需要花键轴连接，因为活塞55能在轴承59和60上自由旋转和平移。

图5中的实施例可以进一步改进成将定子56做得长一些，将转子54做得短一些。驱动单元按同样的方式工作，但是减小的转子54的尺寸将减少在活塞56上的重量，并降低电动机的成本。

在图6A和6B中所示的本发明的实施例中，驱动缸包围空心电动机。静止的缸座70在轴承72和73上支承一不旋转的活塞71。轴承72和73允许活塞71沿纵向移动。座70和活塞71形成一活塞腔74。一圆环形活塞面75从活塞71伸出，以提供一用于组件的纵向移动的驱动表面。活塞面75被活塞环88包围。

空心电动机的定子76固定在活塞71的内表面上，与电动机的转子77成运转上的关系。转子77固定于轴78。

采用这种结构，空心电动机的转子77旋转，从而转动轴78。轴78被轴承79支承，并在其中旋转。

在活塞面75的任一侧提供流体压力，都能沿纵向移动活塞71、定子76、转子77和轴78的整个组件。

图6A示出处于缩回位置的轴78。图6B示出处于其伸出位置的轴78。

图6A和6B中所示的结构有这样的优点，即有短的长度，但是不需要组件的大部分沿纵向移动。此实施例还不需要花键轴或相当的装置。

图7和7A示出对图7A和7B所示的实施例的改进，其中，不用单个的圆环形活塞，而是设置两个单独的活塞。在此实施例中，活塞固定，而缸平移。

如图7所示，轴80用轴承81和82支承并在其上旋转。定子绕组83固定在壳体84上。壳体84还包围分别位于缸187和188中的活塞85和86。在缸187和188上设置流体连接(未示出)，以按本技术中都非常了解的方式驱动活塞85和86。空心电动机的转子87固定在轴80上。

在工作时，定子83的通电使转子87旋转，并从而转动轴80。向活塞85和86提供流体压力迫使壳体84沿纵向移动。壳体84的纵向移动迫使定子83、转子87和轴80也沿纵向方向移动。

图7所示的实施例是紧凑的，并且不需要单独的大圆环形缸或花键传动。不过，它需要包括空心电动机和缸的整个壳体组件沿纵向移动。

本发明的合适的实施例的选择由所提出的使用方面的要求决定。例如，只有有限的长度可以利用，则可以选择图6A和6B或图7所示的实施例，而在轴上的重量有重要关系时，则其它实施例可能更适合。

熟悉本技术的人应当明白，本发明并不限于此处所描述的例示，后者视为实现本发明的最佳模式，而且在形状、尺寸、各部分的布置和操作细节方面都允许修改。本发明意图包含所有这种修改，它们都在其由权利要求书规定的精神与范围之内。

Claims (39)

1.一用于注射成型机的注射单元，上述注射单元包括：

一空心电动机；

一液压缸的第一缸壁，其结合至上述空心电动机的转子上；

所述液压缸的第二缸壁，其连至上述空心电动机的静止部分上；

一活塞，它可沿上述第一和第二缸壁的内表面滑动，上述活塞的第一端部与上述第一缸璧接合，而上述活塞的第二端部则与上述第二缸壁接合；

一转动装置，其连接在上述转子上，经配置旋转上述活塞，上述转动装置经配置以使上述活塞沿上述第一和第二缸壁滑动；

一经配置提供液压液以沿上述第一和第二缸壁驱动上述活塞的结构；以及

一经配置将一注射螺杆连接在上述活塞上的结构，

由此，当被液压驱动时，上述活塞沿纵向沿上述第一和第二缸壁滑动，而在上述空心电动机起动以转动上述转子时，上述活塞被上述转动装置转动。

2.如权利要求1所述的注射单元，其特征为，上述转动装置包括一花键插件，所述花键插件接合花键到上述活塞上。

3.如权利要求1或2所述的注射单元，其特征为，上述转动装置包括上述第一缸壁。

4.如权利要求1或2所述的注射单元，其特征为，上述第二缸壁有比上述第一缸壁大的直径。

5.如权利要求1或2所述的注射单元，它进一步包括经配置用于探测上述活塞的旋转位置和转速的结构。

6.如权利要求1或2所述的注射单元，它进一步包括经配置用于探测上述活塞的旋转位置和转速的结构，上述经配置用于探测的结构包括一同步带和一编码装置。

7.如权利要求1或2所述的注射单元，它进一步包括一连接在上述活塞的上述第一或第二端部上的temposonic杆，以探测上述活塞在相应缸中的纵向位置。

8.如权利要求1或2所述的注射单元，它进一步包括一在上述第二液压缸的上述第二缸壁与后座之间的定位销钉结构，上述定位销钉结构经配置防止上述第二缸壁相对于上述后座的转动。

9.如权利要求1或2所述的注射单元，它进一步包括一在上述空心电动机的壳体构件和支承上述壳体构件的缸环之间的定位销钉装置，其经配置以防止上述定子相对于上述缸环的转动。

10.如权利要求1或2所述的注射单元，其特征为，上述转子配合在上述第一缸壁上。

11.如权利要求1或2中任一个所述的注射单元，其特征为，上述第一缸壁在球轴承座圈上旋转。

12.如权利要求1所述的注射单元，其特征为，上述第一液压缸至少部分地位于上述空心电动机的界限之内。

13.一用于平移并转动一轴的驱动单元，上述驱动单元包括：

一空心电动机和至少一个流体缸，所述流体缸有一接合到所述轴的一活塞，

一第一连接结构，其经配置将上述轴的至少一部分连至上述空心电动机的转子，

一移动结构，其经配置允许上述轴沿纵向移动，

一第二连接结构，其经配置将上述至少一个流体缸连至上述轴，由此，上述轴可以用上述空心电动机旋转并用上述至少一个流体缸沿纵向移动。

14.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述至少一个流体缸包围上述空心电动机。

15.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述转子包围上述至少一个流体缸。

16.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述移动结构包括一在上述至少一个流体缸的壁上的花键插件和在上述轴上的花键。

17.如权利要求16所述的驱动单元，其特征为，上述至少一个缸包括一固定在上述轴的一端上的活塞。

18.如权利要求13、15、16和17中任何一个所述的驱动单元，其特征为，上述电动机的上述转子固定在上述至少一个流体缸的外壁上。

19.如权利要求16所述的驱动单元，其特征为，上述花键插件在上述至少一个流体缸的一个内壁上。

20.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述空心电动机包括一定子，而上述转子则有一明显大于上述定子的宽度。

21.如权利要求20所述的驱动单元，其特征为，上述转子有一基本上等于上述定子和上述至少一个流体缸中的活塞的行程的综合宽度的宽度。

22.如权利要求20所述的驱动单元，其特征为，上述转子固定在上述活塞上，并经配置沿纵向与上述活塞一起移动。

23.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述空心电动机包括一定子，而上述定子则有一明显大于上述转子的宽度。

24.如权利要求23所述的驱动单元，其特征为，上述定子有一基本上等于上述转子和上述至少一个流体缸中的活塞的行程的综合宽度的宽度。

25.如权利要求24所述的驱动单元，其特征为，上述转子固定在上述活塞上，并经配置沿纵向与上述活塞一起移动。

26.如权利要求13、15、16或19所述的驱动单元，其特征为，上述至少一个流体缸经配置在固定的电动机壳体上的轴承上旋转。

27.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述至少一个流体缸包括一活塞，其中上述至少一个流体缸、上述活塞和上述转子作为单个的单元旋转，而上述活塞经配置在上述至少一个流体缸中沿纵向移动。

28.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述驱动单元包括一电动机壳体，而其中上述至少一个流体缸则固定在壳体的一个外壁上。

29.如权利要求28所述的驱动单元，其特征为，上述空心电动机包括一定子，而上述转子则有一明显大于上述定子的宽度。

30.如权利要求29所述的驱动单元，其特征为，上述转子有一基本上等于上述定子和上述至少一个流体缸中的活塞的行程的综合宽度的宽度。

31.如权利要求30所述的驱动单元，其特征为，上述转子固定在上述活塞上，并经配置沿纵向与上述活塞一起移动。

32.如权利要求26所述的驱动单元，其特征为，上述空心电动机包括一定子，而上述定子则有一明显大于上述转子的宽度。

33.如权利要求32所述的驱动单元，其特征为，上述定子有一基本上等于上述转子和上述至少一个流体缸中的活塞的行程的综合宽度的宽度。

34.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述至少一个流体缸包括许多缸。

35.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述至少一个流体缸包括两个缸。

36.如权利要求34或35所述的驱动单元，其特征为，上述轴经配置在电动机壳体上的轴承上旋转。

37.如权利要求34或35所述的驱动单元，其特征为，上述驱动单元包括一壳体，而上述至少一个流体缸则沿上述壳体的周向壁放置。

38.如权利要求34或35中所述的驱动单元，其特征为，上述转子固定在上述轴上并经配置沿纵向与上述轴一起移动。

39.如权利要求13所述的驱动单元，其特征为，上述至少一个流体缸至少部分地位于上述空心电动机的界限之内。

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