CN102145526A - 注射成型机以及用于其的液压驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注射成型机，其包括注射单元，注射单元具有塑化螺杆和驱动单元，驱动单元用于使注射单元运动以及用于塑化螺杆的注射冲程和保压冲程；固定锁模板和可动锁模板；接合单元，接合单元具有一驱动单元，驱动单元用于产生可动锁模板的模具关闭运动和模具打开运动以及用于在注射时产生锁模力；用于工件顶出装置的驱动单元；其中，驱动单元中的至少一个是液压驱动单元，液压驱动单元具有液压泵、液压缸以及一个或多个用于驱控液压缸的控制阀；液压驱动单元的液压流体是电流变流体，和用于液压缸的至少一个控制阀是电流变阀，电流变阀具有：用于电流变流体的至少一个通流隙部(2)和用于在通流隙部(2)上施加电场的板形电容器布置结构(K)。

Description

注射成型机以及用于其的液压驱动单元

技术领域

本发明涉及一种具有在权利要求1的前序部分中给出的特征的注射成型机(注塑机，压铸机，Spritzgieβmaschine)以及根据权利要求11的前序部分所述的、用于相应的机床的液压驱动单元。

背景技术

这种注射成型机具有这种机型的常规部件，即带塑化螺杆的注射单元和用于使注射单元本身运动并实现塑化螺杆的注射冲程和保压冲程的驱动单元。此外，通常设有一固定锁模板和一可动锁模板，在其上安装有相应的半模。必要时，在所谓的三板机中还能设置另一支承板用于使可动锁模板移动的接合单元(合模单元)。该接合单元具有一驱动单元，该驱动单元用于在注射时施加所谓的锁模力和用于产生可动锁模板的模具闭合运动和模具打开运动。最后，在锁模板上设有带相应的驱动单元的工件顶出装置。

注射成型机就其驱动单元来讲最初设计成液压机器，长久以来都是通过电动机械式驱动装置、例如伺服马达来控制确定的驱动轴。所谓的纯电动的(vollelektrische)机器也是常见的。

本发明涉及一种注射成型机，其中驱动单元中的至少一个以液压方式设计，并且与此相应地设置液压泵、液压缸以及一个或多个用于驱控液压缸的控制阀。

在已知的液压驱动单元中，注射成型机的各待驱动的轴的运动速度通过比例伺服阀或者调节泵来控制。在此，通常的0/1阀引起30～60ms的接通延迟或断开延迟。调节泵的动态性也在类似的时间范围内。虽然已知伺服阀具有较短的反应时间，然而伺服阀的成本非常高，其在15～20ms范围内的反应时间对于注射成型机仍不是最佳的。

这种机器的特点包括：由对各轴的驱控的动态性确定机器的反应速度和精度。例如，液压执行器的时间延迟在塑化螺杆从注射压力向保压切换期间是不利的。在所述切换点附近必须使螺杆运动的动态(速度)大大降低，以避免模具中的压力过冲。这种压力过冲会在模具分型面的区域中引起所谓的过注射或“飞边”，使注射成型材料本身被损坏并在其中引起应力，该应力稍后可能导致所制造的产品变形。在电磁式注射成型机中出现相应的问题，这是因为在其中使用的电动转动驱动装置不可避免地具有惯性矩，因此同样不能足够快速地、动态地在两个工作状态之间进行转换。

发明内容

基于所述的现有技术的问题，本发明的目的是，改进具有至少一个液压驱动单元的注射成型机，以能够特别是在其中所用的阀的切换时间方面有效改进驱动动态性。

所述目的通过在权利要求1和/或11中给出的特征以下述方式实现：

液压驱动单元的液压流体是电(致)流变流体，和

用于液压缸的至少一个控制阀是电流变(ER)阀，所述电流变阀具有：

用于电流变流体的至少一个通流隙部，和

板形电容器布置结构，其用于施加跨所述通流隙部的控制电场。

基于ER阀的液压驱动单元的特殊优点在于所述阀的动态性非常高，其对于0％至100％的调节范围来说位于2ms至4ms的量级范围内。基于这种控制阀性能，可利用如此驱控的液压缸非常精确地进行定位，此外该液压缸还能以明显更好的动态性启动。总之，大大缩短的反应时间与相关部件的较小质量相结合获得了驱动系统的整体动态性能，该动态性既不能由传统的液压注射成型机实现、也不能由电注射成型机实现。特别是在注射侧，通过根据本发明的特性实现了如下的注射压力和保压的曲线过渡：其能够比伺服控制的注射成型机至少快五倍。此外，在快速运行的应用中接合单元本身的定位精度与相当的电磁式解决方案相同，而且成本明显更低。其优点是，基于以ER阀为基础的技术，这种快速运行应用在结构上可由标准的机器得出。最后，整个系统具有与液压式注射成型机相当的高能量密度。

根据本发明一种优选实施方式，至少一个液压泵配备有用于处于压力下的电流变流体的液压流体存储器。与此相关地提供电流变流体使得，由于泵与存储器的组合而不会在输入侧出现很高的负荷尖峰。该泵可以主要在基本负荷下运行，并且能通过对液压流体存储器的相应充载情况的摆角进行再调节而被设定到恒定的功率。由此可使马达持续地在名义负载下工作，由此可为机器使用者提供能量供应的最佳能量条件。

根据本发明的其它优选实施方式，本发明提出：根据具体情况将可能带有液压存储器的液压泵分配给注射单元和接合单元的所有驱动单元作为中央组件，或者将具有液压存储器的液压泵单独地或者成组地分配给不同的驱动单元。

该液压缸优选设计成双路缸，即实现缸的所谓“紧运行”。该驱控装置可各自包括一H阀全桥，该阀全桥包括四个ER阀。该布置结构原则上与如下的电伺服驱动装置相当，在该电伺服驱动装置中电动马达在IGBT桥的对角线中位于正负工作电压之间。就这点而言，具有电伺服驱动装置的已知机器的控制技术原则上可应用于根据本发明的机器。由此能显著地简化这种新型机器的控制技术方案。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述ER阀可直接内置到液压缸中。因此能实现特别紧凑的驱动单元。

本发明的另外的优选实施方式涉及作为环隙阀的ER阀设计方案。通常的隙宽在0.2mm至1.0mm的范围内，由此在公差技术方面明显比制造伺服阀更为简单，其中相应的公差要求通常在微米范围内。对于所述的ER阀环隙结构，优选将ER阀组合成阀组，该阀组包括多个、优选并联的单个阀单元，由此可以实现大于0.5的开口率

因此，ER阀执行器的尺寸处在相当的、但明显更迟缓的液压阀的范围内。在这方面，大开口率对于在阀的未接通打开状态下的低流动阻力是很重要的。

另外的优选实施方式涉及，至少两个ER阀被组合成一个阀组件，所述阀组件用于驱控相应数量的机器轴。因此能实现用于驱控机器轴的、结构有利的组件。

附图说明

本发明的其它特征、细节和优点由下述说明给出，其中借助附图详细阐述各实施例。其中：

图1示出一电流变式单个阀单元的示意性纵向剖视图，

图2示出电流变阀的横向剖视图，

图3示出双路液压缸的驱控装置的液压线路图，

图4和图5示出注射成型机的两个不同实施方式的透视图，

图6示出注射成型机的另一种实施方式的局部透视图，

图7示出用于说明注射成型机的注射压力特性和保压特性的时间压力图表，和

图8示出用于驱控两个轴的ER阀组件的局部省略的透视图。

具体实施方式

首先，借助图1说明一以电流变方式工作的阀单元1的工作方式。其基于电流变流体作为液压介质的应用。这种ER流体根据所施加的电场而改变其流变，即其流动特性。为了实现能切换的阀功能，在根据图1的实施例中为环隙2的阀隙部以板形电容器布置结构K的方式形成在中心棒形电极3和围绕该电极的柱形壳体4之间。在未被切换的阀中，ER流体以与常规液压流体相应的特性流经该环隙，如果该ER流体具有相同或较小的动粘度/动力粘度。

在将电势U施加在棒形电极3上时，经由环隙2至接地的壳体4通过该电容器布置结构K形成一电场，通过该电场提高ER流体的粘性。在粘度足够高时，流体不能穿过环隙2，由此中断液压流体的流动，即该阀切换为“截止”。

在此不详细说明用于配置ER阀单元1的大量实施方式，请参阅专业论文“M.Zaun，Antriebe mit kurzen Reaktionszeiten，O+P 5/2005，Seiten2～6”，其中详细阐述了基于电流变流体的缸驱动装置。仅规定环隙2的隙宽约在0.2mm至1mm的范围内。在此，在电极3和壳体4之间的电场场强的量级范围为3000V/mm至5000V/mm。例如Fludicon GmbH，Darmstadt，的产品“RheOil”可以用作ER液压流体。

图2示出由多个阀单元1组成的ER阀5。在柱形外壳体6中安装一具有多个轴向平行的纵向孔8的插入体7。插入体7形成各阀单元1的外电极或地线。在纵向孔8中各插入一个设计成高压电极的棒形电极3，其中在所述棒形电极3和纵向孔8的内壁之间形成环隙2。在插入体7的端部上分别保留一流动空间，所述流动空间分别与输入部9和沿观察方向与输入部对准的输出部(在图2中未示出)相连接。ER阀5的所示构型具有(数值)为0.5的较大开口率。整个阀布置结构的特点在于，流动阻力小和构造简单。

图3示出利用一11对设计成双路缸10的液压缸的驱控。从由贮液箱13抽出液压流体的液压泵12起，分别经由并联的阀5.1、5.2为液压缸10的两个位于活塞14两侧的工作室15.1、15.2供给液压流体。此外，两个工作室又分别通过ER阀5.3、5.4与贮液箱13连接。

为了沿图3中的箭头方向PL致动该缸，阀5.2保持打开、即不被驱控，而阀5.1被电容器布置结构K施加电压、进而被截止。而阀5.3打开，阀5.4闭合。在这种情况下，活塞14沿箭头方向PL运动。

为进行高动态性的换向，可在几毫秒内准确地反向驱控阀5.1至5.4，以使阀5.1和5.4打开，阀5.2和5.3关闭。活塞14便沿反方向PR行进。

在液压回路中用作液压介质的电流变流体不应具有腐蚀性。此外，为实现在电极3和壳体4之间的电场上的低电耗，液压流体是绝缘的。

在图4至图6中阐述注射成型机的多个不同实施例，该注射成型机具有ER阀并且利用电流变流体作为液压流体进行驱动。图4示出具有传统机架/机身16的注射成型机，在该机架16中安装有一开关箱17，该开关箱具有用于机器部件的相应控制装置。在机架16上设有具有塑化机筒19的注射单元18和可通过注射单元18的行驶运动连接到固定的锁模板20上的注射嘴21。在注射单元18的外端部上设有一电动机械式或液压式的驱动装置22用以使螺杆(未详细示出)在塑化机筒19中旋转运动。

此外，在机架16上设有整体以23标注的接合单元，该接合单元具有一在水平柱24上能相对于固定锁模板20运动的可动锁模板25。在锁模板20与25之间固定有具有两个半模的注射成型模具(在附图中未详细示出)。柱24在可动锁模板25的背离固定锁模板20的后侧支承在一支承板26中。在支承板26和可动锁模板25之间设有一液压驱动的曲柄机构27，利用该曲柄机构27在注射成型过程中实现对模具的保持以及可动锁模板25的打开和关闭。

曲柄机构27能被液压缸10致动，该液压缸10(如借助图3详细阐述)能通过ER阀5来驱控。通过一安装在机架16中的注射单元21下方的液压泵12来提供电流变液压流体，该液压泵12配备有一液压存储器28。

此外，如图4所示，其它ER阀5’利用较小的液压缸36连接在可动锁模板20上，从而能同样致动液压驱控的工件顶出器37。如图8所示，图4所示的ER阀5，5’能组成一阀组件29，该阀组件29被设置用于致动注射成型机的两个轴的液压缸、即如图4所示的接合和顶出器行程。为此，ER阀5分别在头侧组装在一支承装置30中，该支承装置30用于ER阀5的各部件的机械固定，所述支承装置确保电极3的绝缘供电并且容置流体通路31。

在图5所示的注射成型机的实施例中，除了在接合单元23区域中的阀组件29之外，还在注射单元18区域中设有另一这样的阀组件32，通过该另一阀组件32可驱控用于使注射单元18运动的液压缸33以及用于塑化螺杆的注射运动和回位运动的液压驱动装置34。在此，具有液压存储器28的液压泵12通过液压流体通路(未详细示出)向两个阀组件29和32供给电流变液压流体。

在图6所示的实施例中，与注射单元分离地设置一独立的、用于接合单元23和顶出器37的液压组件35。相应地，该液压组件35在机架16上安装在ER阀组件29旁并且具有自己的液压存储器28和自己的液压泵12。

此外，图5和图6所示的注射成型机相应于根据图4的实施例。一致的部件具有相同的附图标记，可参阅图4的相应说明以避免重复。

最后，图7以螺杆进给和回位为例表明了利用电流变液压部件实现注射成型机的驱动的优势(Vorzüge)。在该图表中绘出在注射过程中由螺杆产生的压力与时间的关系。在注射过程中从t＝0至时刻t＝tu，注射压力升至最大预期值/理论值p_max。在通常比较缓慢(迟钝)的驱动中，存在过冲(参见图7中的虚线)的危险，其使得超过最大允许注射压力，进而带来开头所述的负面影响。而利用快速的ER阀便能明显更好地实现理想曲线(实线)。在此情况下，能非常快速地控制注射压力使之降至保压值p_n。在以虚线示出的“实际曲线”中，在此还可能出现下冲，其与过冲一样是不利的。

Claims (11)

1.一种注射成型机，包括

注射单元(18)，所述注射单元具有塑化螺杆和驱动单元(34)，所述驱动单元用于使所述注射单元(18)运动以及用于所述塑化螺杆的注射冲程和保压冲程，

固定锁模板(20)和可动锁模板(25)，

接合单元(23)，所述接合单元具有一驱动单元(10)，所述驱动单元用于产生可动锁模板(25)的模具关闭运动和模具打开运动以及用于在注射时产生锁模力，和

驱动单元(36)，该驱动单元用于工件顶出装置(37)，

其中，所述驱动单元(10，34，36)中的至少一个是液压驱动单元，所述液压驱动单元具有液压泵(12)、液压缸(10，34)以及一个或多个用于驱控所述液压缸(10，34)的控制阀(5)，

其特征在于，

所述液压驱动单元(10，34，36)的液压流体是电流变流体，和

用于所述液压缸(10，34，36)的至少一个控制阀是电流变(ER)阀(5)，所述电流变阀具有：

用于电流变流体的至少一个通流隙部(2)，和

用于在所述通流隙部(2)上施加控制电场的板形电容器布置结构(K)。

2.根据权利要求1所述的注射成型机，其特征在于，至少一个所述液压泵(12)配备有用于处于压力下的电流变流体的液压流体存储器(28)。

3.根据权利要求1或2所述的注射成型机，其特征在于，一中央的液压泵(12)必要时具有用于注射单元(18)和接合单元(23)的多个驱动单元——优选所有驱动单元(10，34，36)——的液压存储器(28)。

4.根据权利要求1或2所述的注射成型机，其特征在于，所述注射单元(18)和接合单元(23)和/或所述顶出装置(37)的每个驱动单元(10，34，36)都单个地或成组地配备有独立的液压泵(12)，所述液压泵必要时具有液压存储器(28)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的注射成型机，其特征在于，所述液压缸(10，34)设计成双路缸并且分别通过一H阀全桥(11)来驱控，所述H阀全桥包括四个ER阀(5.1～5.4)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的注射成型机，其特征在于，所述ER阀内置在液压缸中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的注射成型机，其特征在于，所述ER阀设计成环隙阀(5)。

8.根据权利要求7所述的注射成型机，其特征在于，所述环隙阀(5)具有一引导电势的芯棒(3)和一以环隙间距围绕所述芯棒的接地壳体(4)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的注射成型机，其特征在于，所述ER阀(5)组成阀组，所述阀组包括多个——优选并联的——单个阀单元(1)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的注射成型机，其特征在于，在一阀组件(29)中为注射成型机的相应一个待驱动的轴包括至少两个ER阀(5)。

11.一种用于机床——特别是注射成型机——的液压驱动单元，所述液压驱动单元具有液压泵(12)、液压缸(10，34，36)和一个或多个用于驱控所述液压缸(10，34)的控制阀(5)，

其特征在于，

所述液压驱动单元(10，34，36)的液压流体是电流变流体，和

用于所述液压缸的至少一个控制阀是电流变(ER)阀(5)，所述电流变阀具有：

用于电流变流体的至少一个通流隙部(2)，和

用于在所述通流隙部(2)上施加控制电场的板形电容器布置结构(K)。

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