CN101142069A - 用于注塑机塑化单元的驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于注塑机塑化单元的驱动系统，其中一塑化螺杆(10，110，210，310)可轴向移动和可旋转驱动地容纳在一塑化缸内。所述驱动系统包括一用来驱动塑化螺杆的驱动电机(16，16，316)和一用来产生塑化螺杆轴向运动的丝杆－螺母组合(14，18，114，118)。在驱动电机和塑化螺杆之间设置一行星齿轮传动箱(12，112，212，312)，所述行星齿轮传动箱包括至少一个太阳轮(18，118，218，318)、至少一个行星轮(20，120，220，320)和至少一个内齿轮(22，122，222，322)，并所述行星齿轮传动箱在驱动侧与驱动电机连接，并在输出侧与塑化螺杆连接。

Description

用于注塑机塑化单元的驱动系统
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的用于注塑机塑化单元的驱动系统。
背景技术
几十年以来早就知道带有用来产生塑料熔液的塑化单元的注塑机。同样早就有用于这种塑化单元的驱动系统。
通常在注塑机的塑化单元中在一塑化缸内安装一塑化螺杆。塑料熔液的制造通过塑化螺杆的旋转进行，此外这时向塑料材料输入剪切能，并使它熔化。这时转变成熔液形式的塑料材料向前输送，并连续地积聚在螺杆前腔内。同时塑化螺杆向后移动或向后挤。在这个所谓的定量给料过程中在螺杆前腔内积聚足够的塑料熔液，从而通过塑化螺杆向前移动将塑料熔液注射到模具的型腔内。
因此对于塑化螺杆的这种运动过程既提供一旋转驱动装置又提供一轴向驱动装置。
在市场上能买到的驱动系统结构是多种多样的。例如有纯液压的方案，它通过液压马达实现旋转驱动，并通过活塞-缸方案实现轴向进给。但是近年来也有纯“电动”方案，其中不管旋转驱动还是轴向进给都用电机实现。在这种情况下可以参考DE 43 44 335 A1，其中设置两个依次地同心安装的用于塑化单元的驱动系统的电机。后面的电机设置用于螺杆的旋转驱动。前面的电机通过丝杆-螺母组合沿轴向驱动塑化螺杆。这里在丝杆上导引的螺母轴向固定地旋转驱动，由此使与螺母共同作用的丝杆轴向向前或向后移动。
除纯液压或电动驱动方案外还有许多混合方案，它们将电动和液压驱动组合。
发明内容
本发明的目的是，提供另一种用于开头所述的注塑机塑化单元的驱动装置，它尽可能仅仅用一种唯一的主驱动装置实现上述两种驱动。
这个目的通过权利要求1的特征实现。在权利要求31中安排带一个这种驱动系统的塑化单元。从属权利要求限定驱动系统的优良结构。
本发明的核心构思是，丝杆螺母方案和一扭矩分配传动箱的组合。行星齿轮传动箱可以看作扭矩分配传动箱的特例。
带一支承在一相应支架(也称为桥接架)上的行星轮具有一定的根据结构的不同已知数量的自由度，它可能根据各个行星元件的影响受到限制。根据行星齿轮传动箱元件影响的不同可以引起不同的旋转运动，并进行扭矩分配。用这种方式和方法特别是可以与丝杆螺母方案组合，即可以仅用一个主驱动装置不仅实现塑化螺杆的轴向进给，又实现旋转驱动。这里不排除其他辅助驱动装置。它们可以优良地用于许多应用场合。
其中上述丝杆螺母方案和扭矩分配传动箱的组合在此连接在主驱动装置和塑化螺杆之间。根据主驱动装置或塑化螺杆在不同传动元件上的连接的不同可以有许多基本的结构方案。在任何情况下可以根据结构方案的不同通过相应地影响合适的传动元件实现对于塑化螺杆的所有运动过程亦即旋转驱动以及轴向驱动。
在从属权利要求中所列的方案描述不同的基本结构，这样地确定实施方式，其中例如一丝杆与一主旋转驱动装置(例如电机)连接。同时丝杆螺母构成行星齿轮传动箱的太阳轮。按照一种具体实施形式，行星齿轮传动箱除行星轮外还包括一内齿轮，它与塑化螺杆连接。
当然也可以采用这样的原理，其中塑化螺杆与行星轮架连接。此外还可以一丝杆螺母与电机的转子做成一体，丝杆与行星齿轮传动箱的太阳轮连接。
也可以实现与上述方案运动相反的可能性。例如主驱动装置可以与内齿轮或行星轮架固定连接，塑化螺杆与丝杆固定连接，丝杆在一构成太阳轮的丝杆螺母中运转。用这种方法同样可以实现用于塑化螺杆的旋转和轴向运动。
在所有各种方案中决定性的是，设置用来影响各个元件例如内齿轮旋转的装置。这个装置可以是用于内齿轮、行星轮架、行星轮本身或中央太阳轮的制动装置。二者择一代替这种制动装置也可以采用驱动装置，它们同时也可以执行制动功能。因此可以代替简单的制动装置采用电机，它们不仅可以对传动元件制动，而且也可以加述上面提到的传动元件。用这种加速原则上也可以提高一定过程(熔化、喷射)的动态性能。
这里也可以考虑各种结构不同的实现可能性，例如可以绝对地制动或加速(亦即相对于固定不动的壳体)行星齿轮传动箱元件。但是也可以设置用来使不同传动元件相互相对制动或加速的装置。当然也可以代替电机设置其他驱动元件如液压马达，它也起液压泵的作用，用以影响相应传动元件的旋转。
附图说明
下面应该借助于不同实施例并参照附图详细地说明本发明。附图表示：
图1：本发明驱动系统的第一种基本结构的非常简化的原理图，
图2：图1中的结构有变化的实施形式的示意原理图，
图3：图1中的另一种结构有变化的实施形式的示意原理图，
图4：本发明驱动系统的第二种基本结构的示意原理图，
图5：本发明驱动系统的第三种基本结构的示意原理图，
图6：本发明驱动系统的第四种基本结构的示意原理图，
图7：丝杆-螺母组合的详细原理图。
具体实施方式
图中所示的所有结构的共同点是，在主驱动装置和塑化螺杆之间设置一上丝杆螺母单元和行星齿轮传动箱组成的组合。
这里这样的传动箱称为行星齿轮传动箱，即其中至少一个齿轮除绕自身的轴旋转外还绕一中央轴旋转。根据行星齿轮传动箱实施方案的不同也可以形成任意的复合结构。简单的传动箱例如由一中心轮也称为太阳轮，至少一个行星轮和一也称为桥接架(Steg)的行星轮架以及一外部的内齿轮组成。根据那个元件起机座、驱动装置或从动装置作用的不同，得到具有规定数量自由度的不同的运动和扭矩分配可能性。在具有三个行星元件的最简单的传动箱中自由度为2。
下面的实施例在附图中全部仅仅示意地表示，以便能够说明原理性的工作方式。但是确切的结构对于本领域的技术人员是毫无困难的。
图1表示一用于注塑机的塑化单元的本发明驱动系统基本结构的大大简化的第一种实施形式。其中示意表示了容纳在一未详细画出的塑化缸内的塑化螺杆。塑化螺杆10应该可以旋转但也可以轴向驱动。
采用唯一一个高转矩电机16作为主驱动装置，其转子与一丝杆14同心且固定地连接。丝杆因此轴向固定但可以旋转地设置。一与丝杆14以公知方式共同作用的丝杆螺母18在丝杆14上运转。在丝杆螺母18和丝杆14之间相对旋转时便造成丝杆螺母18在丝杆14上轴向移动。
丝杆螺母18同时构成行星齿轮传动箱的中心太阳轮，其中在图1中此外还示出两个设计成圆柱齿轮的行星轮20。在径向外部且与中心太阳轮18同心地设置一带内齿的内齿轮22，行星轮20同样在它上面运行。
在图1的这种基本结构中内齿轮22与塑化螺杆固定地连接。行星轮20支承在支架24上，它可以绕与太阳轮18及内齿轮22相同的轴线旋转。这里支架24与一液压泵26这样连接，使得在支架24旋转时液压泵被旋转驱动。
液压泵26通过液压管道28在中间连接一可调的比例阀30的情况下与一液压蓄能器32连接，从它上面伸出一供油管34。
此外在按图1的实施形式中示意示出一可操纵的制动装置23，它这样地设计和布置，它可与内齿轮22共同作用，以便对内齿轮22制动。制动装置23可以是一带制动爪的简单结构，它们在相应地操作时促使内齿轮22按希望固定。
为了确保在塑化螺杆10和也用作太阳轮的螺母18之间的轴向支承，在这两个元件之间设置一在图1中仅仅示意表示的滚珠轴承21。此滚珠轴承在图4至6中未画出。
现在应该对按图1的第一种基本结构的工作原理说明如下：
电机16用作既用于注射(轴向进给)又用于旋转驱动(定量给料过程)的主驱动装置。如果要进行注射过程，那么内齿轮22通过制动装置23固定。同时通过比例阀30显著提高在液压管28内的背压。因此泵26必须克服高的背压工作，这造成对用于行星齿轮的支架24旋转的阻碍。在理想情况下行星轮架24同样旋转固定。如果支架24和内齿轮22都不旋转，那么行星轮22便也固定不动，这导致太阳轮18也不能作旋转运动。如果丝杆14仍然通过主驱动装置16受到驱动，那么由于丝杆14和丝杆螺母18之间的共同作用便造成丝杆螺母的轴向移动。在主电机16正确地进行旋转运动时便造成丝杆螺母的向前轴向移动，这通过借助于滚珠轴承21的支承传递到塑化螺杆10上，并将它在(未画出的)塑化缸内向前挤压。由此将位于螺杆前腔内的熔液挤入未画出的模具型腔内。
在注射过程之后制动装置23松开，液压管道28内的背压减小。由于塑化螺杆10在塑化缸内的摩擦使塑化螺杆只有在施加一定扭矩的情况下才能转动。如果塑化螺杆10不转动，支架24只作小的转动，那么同样造成太阳轮18重新向前移动，直至建立不再允许丝杆螺母18继续向前移动的确定的压力为止。但是如果丝杆螺母18不再向前移动，那么它便自动地产生旋转运动，它通过行星轮20传递到塑化螺杆10上。由此进行塑料材料的塑化，并使熔液积聚在螺杆前腔内。由此建立促使螺母18退回的另一个压力，这又造成旋转运动，它通过行星轮20传递到内齿轮22上。也就是说塑化螺杆10的后退由于通过在螺杆前腔内引起的背压在塑化螺杆旋转加速中造成。螺杆前腔内的压力在这里这样地调整，使得在被向前挤的螺母18，带有相应摩擦力和背压的塑化螺杆的旋转之间建立平衡。可以通过液压管道28内的背压经由比例阀30和制动装置23产生影响不同的旋转值。这里丝杆-螺母方案的结构特别是螺纹导程和结构，当然必须这样选择，使丝杆-螺母从规定的背压起可以向后移动。
如果液压管道28内的背压降低到0，那么液压泵26不必再工作来克服阻力，并且可以和支架24一起自由旋转，这导致行星轮绕太阳轮空转。在通过主驱动装置16驱动丝杆14时只有太阳轮旋转，并且行星轮20绕太阳轮转动。根据在液压管道28内背压的升高，支架24的转速便降低，这导致，丝杆螺母18的转动转变成内齿轮22和还有塑化螺杆的转动。
总而言之用这种结构在只用唯一一个电机的情况下既可实现塑化螺杆10的轴向驱动，又可实现旋转驱动。
因此采用液压蓄能器32是有益的，因为在它里面所建立的压力可以通过供油管34重新提供给其他系统。例如可以借助于这个压力和采用一个或几个活塞-缸单元的情况下实现塑化装置在模具上的必要的压紧。借助于这个压力源还可以提供在合模单元内的型芯拉出元件的操作。
在任何情况下在测量背压和相应地调节比例压力阀的情况下可以调节驱动装置。
当然也可以对图1中的基本实施形式作多种结构改变，而不偏离这个基本原理。例如可以考虑，采用大扭矩电机作为驱动装置16，其转子同时设计成丝杆螺母，或其转子与丝杆螺母连成一体，在这种情况下丝杆14与太阳轮固定连接。这样在丝杆14和丝杆螺母之间的轴向相对运动便在电机16的径向内部进行。然而这种结构有这样的缺点，即必须加速或制动大的转动质量。
用来影响支架24和内齿轮22转速的装置也可以设计得不同。例如在图2中表示一种实施形式，其中在行星轮20的径向内部设置小的辅助电机50，通过它们可以形成较大的扭矩。电机具有支承在支架24上的定子(未详细画出)。电机50的转子与所属的行星轮20连接。用这种方式方法使行星轮本身可以影响其旋转。此外一如图1中所示的那样一内齿轮22可通过制动装置23制动。
在按图2的实施形式中，在注射过程时对内齿轮22制动，行星轮20尽可能固定不动。如果内齿轮和行星轮不转动，那么螺母18也不能转动，这在主电机16相应地驱动时造成丝杆螺母18的轴向运动。如果松开制动装置23的制动作用，那么内齿轮22便可以旋转，其中旋转速度同样取决于行星轮20的旋转速度。但所述旋转速度又被电机50影响。同时电机50应该可以起发电机的作用，从而获取相应的电能，它可以储存起来，并可以用来驱动。
采用如在图2中的实施形式中所示的电机这样的辅助驱动装置特别是具有这样的优点，即在对内齿轮22制动时可以以一个旋转方向驱动螺母，该旋转方向与丝杆的旋转方向相反。这促使系统动态性能提高。由此特别是可以提高注射速度，并缩短到达最大速度的时间。凡是可以以与螺杆相反的旋转方向用辅助机组驱动螺母的地方都可以这样地提高动态性能。
在图3中示出一种与图1中的基本结构不同的选择方案。与图1不同图3示出通过由小齿轮40和辅助电机42组成的组合代替制动装置23，其中小齿轮与内齿轮22的外齿轮啮合。由此也可以影响内齿轮的旋转速度。但是此外与按图1的实施形式相比也可以达到内齿轮22的驱动。
在图4中示出本发明驱动系统的第二种基本结构。在按图4的实施形式中现在塑化螺杆110与用于行星轮120的支架124连接。现在内齿轮122可通过一制动装置123相对于中心太阳轮118固定。为此在中心太阳轮118上安装一制动鼓119，制动装置123与它共同作用。现在如果通过这里未画出的主驱动装置驱动丝杆114，内齿轮122相对于太阳轮118通过制动装置123固定，因此行星轮120也不能旋转。这导致，支架124跟随内齿轮122和中心太阳轮118作旋转运动。
此外如果操作在内齿轮122外围上的另一个制动装置125并使内齿轮固定不动，那么必然造成塑化螺杆的轴向进给，因为丝杆114相对于丝杆螺母118旋转。如果松开制动装置125，那么内齿轮122原则上便可以旋转，这在进一步操作制动装置123时造成支架124跟随转动。同样以一种方式在螺杆前腔内调节熔液的背压，这整体上形成力平衡。可以通过或多或少不同程度地松开制动装置123实现螺杆转速的影响。
在图5中可以看到另一种基本方案。图5中的实施方案与前几个图中的方案的区别在于，现在丝杆214与塑化螺杆210同心且固定地连接。丝杆同样与作为行星齿轮传动箱的太阳轮218的丝杆螺母218共同作用。行星轮220同样设置在太阳轮218的径向外部，行星轮支承在支架214上。本身可绕太阳轮218的轴线旋转的支架224可借助于制动装置225相对于内齿轮222固定不动。丝杆214和因此还有塑化螺杆210本身同样可借助于另一制动装置223绝对地固定不动。
此外内齿轮222以一轴200与主驱动装置216刚性连接。
按功能现在内齿轮222借助于电机216通过轴200驱动。如果操作制动装置225，支架224便相对于内齿轮222相对固定，由此行星轮220也不能转动，因此丝杆螺母218以与内齿轮相同的角速度旋转。如果通过制动装置223固定丝杆214，那么便造成塑化螺杆210的轴向移动。为了定量给料制动装置223可以略微松开，从而可使塑化螺杆旋转。旋转速度可以通过制动装置223和225的固定强度来调整。
当然这里也可以代替制动装置223和225，采用有源驱动装置，它们既可以起驱动也可以起制动作用。如果这些驱动装置同时用作发电机，便可以重新获取能量，它可以反馈给系统。
在图6中表示最后一种基本结构。这种结构与图5中的结构的区别在于，这里驱动电机316通过轴300与用于行星轮320的支架324连接。内齿轮322可以相对于同样设计成丝杆螺母的太阳轮318固定不动。为此设置一制动装置323，它与一与太阳轮318做成一体的鼓共同作用。在丝杆214的后端上同样设置一轴颈，它与一制动装置325共同作用。塑化螺杆310的轴向进给以及塑化螺杆310的旋转驱动同样通过操作制动装置323和325的组合完成。

Claims (31)

1.用于注塑机塑化单元的驱动系统，其中一塑化螺杆(10，110，210，310)可轴向移动和可旋转驱动地容纳在一塑化缸内，具有至少一个用来驱动塑化螺杆(10，110，210，310)的驱动电机(16，216，316)和一用来产生塑化螺杆(10，110，210，310)轴向运动的丝杆-螺母组合(14，18；114，118；214，218；314，318)，
其特征为：
在驱动电机(16，216，316)和塑化螺杆(10，110，210，310)之间设置扭矩分配传动箱。
2.按权利要求1的驱动系统，
其特征为：
扭矩分配传动箱是一行星齿轮传动箱(12，112，212，312)，该行星齿轮传动箱具有至少一个太阳轮(18，118，218，318)和至少一个行星轮(20，120，220，320)，并在驱动侧与驱动电机(16，216，316)连接，而在输出侧与塑化螺杆(10，110，210，310)联接。
3.按权利要求2的驱动系统，
其特征为：
与太阳轮(18，118，218，318)同心设置一内齿轮(22，122，222，322)。
4.按权利要求2或3的驱动系统，
其特征为：
驱动电机(16)的转子与丝杆(14，114)固定地连接，太阳轮(18，118)设计成丝杆螺母，或者转子与该丝杆螺母连接并且丝杆与太阳轮固定地连接。
5.按权利要求4的驱动系统，
其特征为：
塑化螺杆(10)与内齿轮(22)固定地连接。
6.按权利要求5的驱动系统，其特征为：
设置一用来影响行星轮(20)公转速度的装置(26，30)。
7.按权利要求6的驱动系统，
其特征为：
此装置是一液压泵(26)，该液压泵克服背压输送。
8.按权利要求7的驱动系统，
其特征为：
设置一比例阀(30)，通过该比例阀可调节背压。
9.按权利要求5至8之任一项的驱动系统，其特征为：
设置一用来影响行星轮(20)转速的装置。
10.按权利要求9的驱动系统，
其特征为：
所述用来影响行星轮转速的装置是一液压的、气动的或电力的驱动装置特别是一电机。
11.按权利要求6至8之任一项的装置，
其特征为：
设置一借助液压泵(26)充油的液压蓄能器(32)。
12.按权利要求3至8之任一项的驱动系统，其特征为：设置一用来影响内齿轮(22)转速的装置(23)。
13.按权利要求12的驱动系统，
其特征为：
所述装置(23)是一用来制动内齿轮(22)的制动装置。
14.按权利要求12的驱动系统，
其特征为：
所述装置(23)是一可选择地用来制动或加速内齿轮(22)的驱动装置。
15.按权利要求3或4的驱动系统，
其特征为：
塑化螺杆(110)与行星轮(120)的桥接架(124)连接。
16.按权利要求15的驱动系统，
其特征为：
设置一用来影响内齿轮(122)转速的装置特别是驱动装置或制动装置。
17.按权利要求16的驱动系统，
其特征为：
设置一用来影响内齿轮(122)和太阳轮(118)之间的相对运动的装置。
18.按权利要求12的驱动系统，
其特征为：
所述用来影响内齿轮(122)和太阳轮(118)之间的相对运动的装置包括一克服背压输送的液压泵或一电机。
19.按权利要求12的驱动系统，
其特征为
背压可通过比例阀调节。
20.按权利要求3的驱动系统，
其特征为：
驱动电机(216)与内齿轮(222)固定地连接，太阳轮(218)设计成丝杆螺母并且丝杆(214)与塑化螺杆(210)固定地连接。
21.按权利要求20的驱动系统，
其特征为：
设置一用来影响行星轮(220)公转速度的装置。
22.按权利要求21的驱动系统，
其特征为：
此装置是一克服背压输送的液压泵或一电机。
23.按权利要求22的驱动系统，
其特征为：
设置一比例阀，通过该比例阀可调节背压。
24.按权利要求22或23的驱动系统，
其特征为：
设置一借助于液压泵充油的液压蓄能器。
25.按权利要求15至19之任一项的驱动系统，
其特征为：
设置一用来影响内齿轮(222)和设计成丝杆螺母的太阳轮(218)之间的相对速度的装置。
26.按权利要求2或3的驱动系统，
其特征为：
驱动电机(316)与行星轮的桥接架(324)固定地连接，太阳轮(318)设计成丝杆螺母并且丝杆(310)与塑化螺杆(310)固定连接。
27.按权利要求26的驱动系统，
其特征为：
设置一用来影响内齿轮(322)和太阳轮(318)之间的相对运动的装置。
28.按权利要求27的驱动系统，
其特征为：
所述用来影响内齿轮(322)和太阳轮(318)之间的相对运动的装置包括一克服背压输送的液压泵或一电机。
29.按权利要求23的驱动系统，
其特征为：
背压可通过一比例阀调整。
30.按上述权利要求之任一项的驱动系统，
其特征为：
设置一用来影响丝杆和丝杆螺母之间的相对转动的装置。
31.带一容纳在一塑化缸内的塑化螺杆的塑化单元，该塑化单元包括一按权利要求1至29之任一项的驱动系统。
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