CN101309788B - 用于合成材料塑化和注塑的机器的驱动装置 - Google Patents

用于合成材料塑化和注塑的机器的驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于一合成材料塑化和注塑机的驱动装置。所述驱动装置包括一可在一第一旋转方向与一第二旋转方向上进行驱动的主驱动器(2)，所述主驱动器具有一可绕一旋转轴(4)旋转的空心轴(6)。所述空心轴(6)构成轴向上平分为两部分的一内部容置区(7)，所述内部容置区具有一第一分区(8)与一第二分区(9)。至少部分布置在所述第一分区(8)内的旋转传递构件(10，14)用于将所述空心轴(6)在一第一旋转方向上的旋转运动传递到一可绕所述旋转轴(4)旋转的挤压机螺杆(16)上。至少部分布置在所述第二分区(9)内的转换构件(12，19，20)用于将所述空心轴(6)在所述第一旋转方向与一第二旋转方向上的旋转运动传递到一可绕所述旋转轴(4)旋转并可在轴向上朝两个方向移动的支承轴(11)上，以及将传递到所述支承轴上的旋转运动转化为所述支承轴(11)的轴向运动。

Description

用于合成材料塑化和注塑的机器的驱动装置 
技术领域
本发明涉及一种用于一塑料塑化和注塑机的驱动装置。 
背景技术
例如DE 100 28 066 C1中公开了这样一种驱动装置。其应用在实施为注塑成型机的合成材料加工机中。 
上述注塑成型机的工作方式可分为两个主要处理步骤。在对提供的合成材料颗粒进行塑化处理的第一主要处理步骤中，在使一挤压机螺杆旋转的同时使其沿轴向向后(偏离一注射口)移动。借此可在对待注射合成材料进行加热和塑化处理的同时将其输往前方。在塑化过程中，也可通过施加一反力来提高塑化过程中的压力。第二主要处理步骤是将经过塑化处理的合成材料注入一成形工具内。其中，使挤压机螺杆沿轴向向前移动。 
DE 102 22 748 C1中公开了一种用于注塑机的注射装置，所述注射装置具有一用于塑化螺杆的单电动机驱动器和多个用于在一螺杆旋转驱动与一螺杆升降驱动之间对所述单电动机驱动器进行转换的选择性促动开关元件，所述单电动机驱动器包括一在驱动器电动机转子与电动机外壳之间发生作用的滚珠丝杠传动器。借此可明显降低对驱动电动机的功率要求和升降运动所需的直线引导装置的负荷，从而达到以下目的：转子与塑化螺杆和滚珠丝杠传动器的可在转子驱动下发生旋转的传动元件一起可相对于电动机外壳进行升降移动，并且其中一个定子侧或转子侧磁极布置相对于另一个定子侧或转子侧磁极布置发生了与转子行程相符的延长。 
发明内容
已知的驱动装置须使用两个驱动电动机和两个分别按照最大转矩设计的附属变换器。其中一个电动机用于使挤压机螺杆旋转，另一个电动机用于向前推动挤压机螺杆。力传递例如借助一滚珠丝杠及其附属的丝杠螺母而实现。在塑化处理步骤中，丝杠体和与之相连的挤压机螺杆在第一驱动电动机的驱动下发生旋转。第二驱动电动机在此过程中进行空转，或在必要时产生反压。在注射步骤中，第一驱动电动机阻止挤压机螺杆发生(反方向)旋转运动，第二驱动电动机驱动丝杠螺母发生旋转，从而使挤压机螺杆向前移动。随后重复上述处理过程。 
本发明的目的是提供一种上文所述类型的驱动装置，这种驱动装置的制备和运行成本都很低。 
这个目的通过独立权利要求1的特征而达成。本发明的驱动装置包括： 
a)可在第一旋转方向与第二旋转方向上进行驱动的一主驱动器，所述主驱动器具有一可绕一旋转轴旋转的空心轴， 
b)一由空心轴构成且在轴向上分为两部分的内部容置区，所述内部容置区具有第一分区与第二分区， 
c)至少部分布置在第一分区内的旋转传递构件，所述旋转传递构件用于单独将空心轴在第一旋转方向上的旋转运动传递到一可绕旋转轴旋转的挤压机螺杆上，以及， 
d)至少部分布置在第二分区内的转换构件，所述转换构件用于将空心轴在所述第一旋转方向与第二旋转方向上的旋转运动传递到一可绕旋转轴旋转并可在轴向上朝两个方向移动的支承轴上，以及将传递到支承轴上的旋转运动转化为支承轴的轴向运动。 
本发明的驱动装置只用一个主驱动器代替现有技术所需的两个大尺寸驱动电动机。这个主驱动器适用于所有转矩较大的工序。由于容置区平分为两个部分以及旋转传递构件和转换构件的存在，所述主驱动器既可在塑化过程中驱动挤压机螺杆旋转，又可在注射过程中轴向推进挤压机螺杆。因而可省去一个包括附属变换器的驱动电动机。这一点可降低制备成本。 
此外还可在工作过程中实现对主驱动器的高效利用。在现有技术中，两个驱动电动机中交替地会有一个电动机基本得不到利用。而本发明的驱动装置的主驱动器就不会出现这种停机或空转阶段。主驱动器能得到持续利用。这种利用率的提升极为有效，并有利于运行成本的削减。 
本发明的驱动装置的另一优点在于其极紧凑的结构形式。对空心轴内的容置区的双重利用是总结构长度得以减小的主要原因。 
权利要求1的从属权利要求的特征涉及的是本发明的驱动装置的有利建构方案。 
一种有利的实施方案是，借助一布置在容置区内的轴向轴承使挤压机螺杆与支承轴彼此耦合。这种耦合占用的空间非常小。 
此外，旋转传递构件特定而言还可包括一朝第二旋转方向转动的第一自由轮。这一点之所以有利的原因在于，挤压机螺杆优选只朝一个旋转方向(即第一旋转方向)进行旋转。只有在此情况下(即在塑化阶段)，第一自由轮才会将一转矩从空心轴传递到挤压机螺杆上。相反的旋转方向(即第二旋转方向)上则不发生这种情况。在第二旋转方向上的转矩传递方面，第一自由轮使空心轴与挤压机螺杆去耦合。在以第二旋转方向运转时，驱动装置处于注射阶段，即通过挤压机螺杆的轴向推进注射经过塑化处理的合成材料。为能在这个阶段尽可能避免注射用料发生回流，此时并不期望挤压机螺杆朝第二旋转方向发生旋转。 
另一有利实施方案是，挤压机螺杆配有朝第一旋转方向转动的第二自由轮或一可控制动器。借此可在注射过程中在挤压机螺杆轴向推进时有效阻止挤压机螺杆朝第二旋转方向发生旋转。否则，挤压机螺杆就有可能自动进行这样的旋转运动。 
此外，空心轴和旋转传递构件及转换构件还具有特定而言彼此啮合且沿轴向延伸的纵向槽。借此一方面可实现旋转耦合和转矩传递，另一方面可实现轴向上(即旋转轴方向上)的相对移动。 
根据另一有利实施方案，用于将旋转运动转化为轴向运动的转换构件具有一设置在支承轴上的外螺纹与一带有内螺纹的螺母。借此可特别简单有效地实现上述转化。这种形式的转化只需数量较少的机械组件，而且无需润滑油即可实现。 
此外，借助一辅助驱动器还可使螺母围绕旋转轴旋转。借此例如可在塑 化过程中针对性地设定挤压机螺杆沿轴向向后运动的速度和/或一反压。通过这种方式还可设定一向后的自由运动。螺母基本上也可采取固定(即不可移动)的安装方式。辅助驱动器优选应用于用力较小的制动过程。因此，辅助驱动器的尺寸可明显小于为转矩较大的工序而设置的主驱动器，也可采取更为简单的实施方式。特别是无需为辅助驱动器采取适用于高转矩的设计。主要工作由主驱动器完成。根据具体应用情况，辅助驱动器或者只是空转，或者对运动进行制动。 
根据一有利建构方案，辅助驱动器实施为尺寸小于主驱动器的直接驱动器。这种直接驱动器可采取极其简单的实施方式。直接驱动器的一种(在成本方面)特别有利的实施方案是，转子或者只是转子的永磁体直接固定(例如热压套装)在螺母上。 
另一种优选实施方案是，支承轴具有一端面齿部，且一特定而言可以旋转的齿轮嵌入所述端面齿部。借此可实现较高的转速，例如超过500转/分钟的转速。 
另一种有利实施方案是，用于将旋转运动转化为轴向运动的转换构件包括一设置在支承轴上的外螺纹与一嵌入所述外螺纹的蜗轮装置。借此也可特别简单有效地实现上述转化。 
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明的特征、优点和细节作进一步说明，其中： 
图1为一驱动装置的实施例，所述驱动装置具有一用于驱动一挤压机螺杆和一支承轴的主驱动器与一支承轴螺母导引装置；以及 
图2和图3为带有可选支承轴驱动器的驱动装置的其他实施例。 
具体实施方式
图1至图3中的相同部件均用相同参考符号表示。 
图1显示的是一未详细显示的用于合成材料塑化和注塑的合成材料加工机的一驱动装置1的一实施例。驱动装置1具有一实施为电动机的主驱动器2，主驱动器2包括一定子3与一可绕一旋转轴4旋转的转子5。转子5布置在定子3的一中心钻孔中。定子3固定地安装在一与旋转轴4同轴布置的空心轴6上，空心轴6的圆柱形空腔构成一内部容置区7。 
容置区7在轴向上(即在旋转轴方向上)分为两个部分。第一分区8朝向空心轴6的左侧端面，第二分区9朝向空心轴6的右侧端面。 
空心轴6建构为滑套，这个滑套在其内壁(即朝向容置区7的内壁)上具有一轴向延伸的图1中未详细显示的内部纵向槽。 
在分区8中，一自由轮10借助一设置在其外周边上的互补外部纵向槽与空心轴6的内部纵向槽啮合，使得空心轴6和自由轮10可在轴向上相对 移动。类似地，在分区9中，一可围绕旋转轴4旋转的支承轴11借助一设置在其外周边上的互补外部纵向槽与空心轴6的内部纵向槽啮合，使得空心轴6和支承轴11可在轴向上相对移动。支承轴11的外部纵向槽可直接安装在支承轴11上，也可如图1中的实施例所示借助另一滑套12安装在支承轴11上。 
自由轮10借助一可轴向移动的旋转制动器14的第一制动元件13与一可绕旋转轴4旋转且可轴向移动的挤压机螺杆16的一连接突出部15固定相连。制动元件13的一凸缘状分区突出于主驱动器2之外，并在此处以可调节的嵌入深度嵌入旋转制动器14的第二制动元件17。制动元件17可与挤压机螺杆16同步进行轴向移动，但在径向和切向上以未详细显示的方式安装在主驱动器2的外部，例如安装在主驱动器2或合成材料加工机的一外壳上。 
在一未详细显示的可选实施例中，旋转制动器14被一其他自由轮所代替，这个自由轮同样可轴向移动地安装在主驱动器2的外部，且其空转方向与自由轮10的空转方向相反。 
挤压机螺杆16和支承轴11借助一布置在容置区7内部的轴向轴承18以一方式彼此耦合，使得挤压机螺杆16和支承轴11可围绕旋转轴4进行不同的旋转运动。 
支承轴11的一末端11a突出于容置区7的分区9之外。支承轴11的这一末端11a的周边上配有外螺纹19，外螺纹19旋入一可围绕旋转轴4旋转的螺母20的一内螺纹内。螺母20与一建构为旋转装置的辅助驱动器21机械相连。在一未显示的可选实施例中，螺母20原则上也可实施为不可转动的固定螺母。 
为使螺母20也能在轴向上转动，设置有另一轴向轴承22，螺母20借助一垫片22a与轴向轴承22相连。轴向轴承22与制动元件17一样安装在主驱动器2的外部，其中，轴向轴承22采取的是不同于制动元件17的位置固定安装方式。两个轴向轴承18和22建构为滚动轴承或滑动轴承。二者均易于维护和更换。这一点特别针对安装在外部且因此而特别容易接触到的轴向轴承22而言。 
下面对驱动装置1的工作方式和特别优点进行详细说明。 
在塑化过程中，转子5在第一旋转方向上转动。这一旋转运动通过空心轴6、通向自由轮10的纵向槽耦合、自由轮10和旋转制动器14传递到挤压机螺杆16上。挤压机螺杆16在其塑化方向上转动。当出现这种与自由轮10的空转方向相反的旋转方向时，自由轮10使挤压机螺杆16受到传动。旋转制动器14处于释放状态(即非制动状态)，因而不会使挤压机螺杆16的旋转运动受到阻碍。 
支承轴11也在转子5的驱动下以及通过其与空心轴6的纵向槽耦合而发生旋转。在这种工作状态下，挤压机螺杆16与支承轴11同步旋转。外螺纹19和螺母20将旋转运动转化为支承轴11沿旋转轴4的轴向运动，并在纵向耦合的基础上又通过轴向轴承18将旋转运动转化为挤压机螺杆16的轴 向运动。空心轴6与自由轮10之间的纵向槽耦合以及空心轴6与支承轴11之间的纵向槽耦合使这种轴向移动得以发生。根据转子5和由辅助驱动器21驱动的螺母20之间具体选定的相对旋转速度，既可设定一反压，又可为挤压机螺杆16和支承轴11所构成的单元设定一向后移动的速度。 
当置入挤压机螺杆16的蜗形区内的注塑用料被完全塑化时，塑化过程结束，注射过程开始。为此需要变换主驱动器2的旋转方向。在此情况下，自由轮10不向挤压机螺杆16传递转矩。但即使在旋转方向发生变换的情况下，也仍有旋转运动传递到支承轴11上。轴向轴承18使挤压机螺杆16与支承轴11之间的这种相对旋转运动得以实现。螺母20被辅助驱动器21制动，即其旋转运动受到阻碍。在此情况下，支承轴11的旋转运动在注射过程中引起挤压机螺杆16和支承轴11所构成的单元的一向前的轴向运动。 
注射过程开始时还对旋转制动器14进行操作。旋转制动器14此时处于制动状态，并阻止挤压机螺杆16在变换后的旋转方向上发生由轴向推进引起的旋转运动。这种旋转运动会使塑化的注射用料发生非期望的回流。而注射用料应该是通过轴向推进并借助一图1中未显示的喷嘴被压入注塑模具，其中，所述喷嘴位于一包围挤压机螺杆16的外壳的前端。注射过程结束后开始一个新的循环。 
自由轮10和旋转制动器14与空心轴6和自由轮10彼此啮合的纵向槽一起共同构成旋转传递构件，该旋转传递构件用于将转子5和空心轴6的旋转运动传递到挤压机螺杆16上。通过自由轮10，这种传递只为一个旋转方向上的旋转运动而发生。 
类似地，可能存在的滑套12、外螺纹19和螺母20与空心轴6和支承轴11彼此啮合的纵向槽一起共同构成转换构件，该转换构件用于将转子5和空心轴6的旋转运动传递到支承轴11上以及将传递到支承轴11上的这一旋转运动转化为支承轴11的轴向运动。与挤压机螺杆16不同，此处的旋转运动传递是在两个旋转方向上进行。 
主驱动器2根据转子5的具体旋转方向或者同时驱动挤压机螺杆16和支承轴11，或者只驱动支承轴11进行旋转。挤压机螺杆16在驱动装置1的规定工作模式下只在一个旋转方向上旋转。 
大尺寸的主驱动器2可应用于所有转矩较大的工序。主驱动器2和对其进行控制的图1中未显示的变换器在塑化过程和注射过程中负责主要工作。而(可选配的)辅助驱动器21只用于用力较小的制动过程，因而尺寸明显小于主驱动器2。 
总体而言，驱动装置1与已知的解决方案相比节省了一个包括附属变换器的大尺寸第二驱动电动机。借此也可从总体上降低用于合成材料加工机的安装电功率。这一电功率是一重要的成本因素。 
由于省去了与辅助驱动器21相比体积庞大的大尺寸第二驱动电动机，驱动装置1变得十分紧凑。借此可使合成材料加工机具有低于已知解决方案的总结构长度。 
此外，使用驱动装置1时，图1中未详细显示的外壳上的受力明显小于已知解决方案。因此，外壳上的至少部分分区可以采用较小的强度。这有利于降低成本。 
图2和图3显示的是驱动装置23和24的其他实施例，驱动装置23和24带有支承轴11的可选导引装置。 
在图2所示的驱动装置23中，支承轴11在其突出于主驱动器2的容置区7之外的末端上仍然具有一外螺纹25，外螺纹25为一蜗轮装置26的组成部分。蜗轮装置26还具有一可围绕传动旋转轴27旋转的齿轮28，齿轮28通过自身的齿嵌入外螺纹25的螺纹中。传动旋转轴27垂直于旋转轴4。齿轮28可在两个旋转方向上转动。蜗轮装置26的作用与图1所示的驱动装置1中由外螺纹19、螺母20和辅助驱动器21组成的组合相似。 
在图3所示的驱动装置24中，支承轴11在其突出于主驱动器2的容置区7之外的末端11a上具有一端面齿部29，一可围绕传动旋转轴30旋转的齿轮31嵌入端面齿部29中。传动旋转轴30平行于旋转轴4。齿轮31可在两个旋转方向上转动。与驱动装置1和23相比，借助端面齿部29而实现的机械耦合可以达到更大的转速。除端面齿部29和齿轮31外，驱动装置24还与驱动装置1一样具有一个由一布置在支承轴11上的外螺纹与一导引内螺纹构成的组合，这一组合可将支承轴11的旋转运动转化为轴向运动。 

Claims (10)

1.一种用于一合成材料塑化和注塑的机器的驱动装置，所述驱动装置包括
a)一在第一旋转方向与第二旋转方向上进行驱动的主驱动器(2)，所述主驱动器包括一绕一旋转轴(4)旋转的空心轴(6)，
b)一由所述空心轴(6)构成且在轴向上分为两部分的内部容置区(7)，所述内部容置区包括第一分区(8)与第二分区(9)，
c)至少部分布置在所述第一分区(8)内的旋转传递构件(10，14)，所述旋转传递构件用于单独将所述空心轴(6)在第一旋转方向上的一旋转运动传递到一绕所述旋转轴(4)旋转的挤压机螺杆(16)上，以及，
d)至少部分布置在所述第二分区(9)内的转换构件(12，19，20；25，26，28；29，31)，所述转换构件用于将所述空心轴(6)在所述第一旋转方向与第二旋转方向上的旋转运动传递到一绕所述旋转轴(4)旋转并在轴向上朝两个方向移动的支承轴(11)上，以及用于将所述传递的旋转运动转化为所述支承轴(11)的轴向运动。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述挤压机螺杆(16)和所述支承轴(11)通过一布置在所述容置区(7)内的轴向轴承(18)进行耦合。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述旋转传递构件(10，14)包括一朝所述第二旋转方向转动的第一自由轮(10)。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述挤压机螺杆(16)安装有一朝所述第一旋转方向转动的第二自由轮或一可控制动器(14)。
5.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述空心轴(6)和所述旋转传递构件及转换构件(10，12)之间包括彼此啮合的纵向槽。
6.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述用于将旋转运动转化为轴向运动的转换构件包括一设置在所述支承轴(11)上的外螺纹(19)与一带有一内螺纹的螺母(20)。
7.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，
所述螺母(20)在一辅助驱动器(21)的驱动下绕所述旋转轴(4)旋转。
8.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，
所述辅助驱动器(21)实施为尺寸小于所述主驱动器(2)的直接驱动器。
9.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，
所述支承轴(11)包括一端面齿部(29)，一可驱动以进行旋转的齿轮 (31)嵌入所述端面齿部。
10.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述用于将旋转运动转化为轴向运动的转换构件包括一设置在所述支承轴(11)上的外螺纹(25)与一嵌入所述外螺纹内的蜗轮装置(26)。 
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