CN104416845B - 丝杆单元、注射单元、闭合单元和成型机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种丝杆单元(1)，用于成型机、尤其是用于注塑机，该丝杆单元包括至少一个丝杆(2)并且包括用于使丝杆(2)运动的驱动装置(3)以及用于补偿丝杆(2)的与温度相关的长度变化的补偿装置(4)，设有用于确定丝杆(2)的温度(T)的确定装置(5)，其中，丝杆(2)相对驱动装置(3)的位置能根据确定的温度(T)由补偿装置(4)调节。本发明还涉及包括这样的丝杆单元的注射单元、闭合单元和成型机。

Description

丝杆单元、注射单元、闭合单元和成型机

技术领域

本发明涉及一种用于成型机、尤其是用于注塑机的丝杆单元，其包括至少一个丝杆并且包括用于使丝杆运动的驱动装置以及用于补偿丝杆的与温度相关的长度变化的补偿装置。本发明还涉及具有这种丝杆单元的注射单元、闭合单元和成型机。

背景技术

通常在现有技术的为人所熟悉的各种不同的机器中由于放热在大多数为金属的机器部件中发生长度变化。其中特别受到热负荷的并且长度膨胀频繁的机器部件是丝杆单元的丝杆。此外尤其是注塑机的活动的模具夹紧板的开启与闭合运动经常是通过丝杆驱动装置(丝杆单元)实现。所述长度膨胀可能导致整个机器的不准确性。

例如当在机器上没有安装用于对活动的模具夹紧板进行定位的纵向位移传感器的时候，活动的模具夹紧板的实际位置是通过安装在丝杆驱动装置内的位移传感器探测并且在注塑机的控制装置内处理。如果机器处于运行中，则丝杆逐渐变热。所述变热造成丝杆膨胀。但是通过电机中的行程探测不识别这种膨胀。有鉴于此在记录中发现，在丝杆的冷却状态和热状态之间可能出现最大为整整1mm的偏差。所述丝杆膨胀使活动的模具夹紧板的精确定位变得特别困难。不再能够完全始终如一地生产相同的注塑件。例如在丝杆驱动装置的滚珠循环系统内的滚珠之间，特别是丝杆电机与丝杆之间出现的摩擦被视为可能造成丝杆变热并且随之丝杆钢材膨胀的可能影响因素。

螺纹线中的润滑剂的变热以及丝杆驱动装置内的电机绕组的变热也具有影响。此外，被加热的模具的热辐射以及提高的室温也影响温度。

到目前为止能够抵制丝杆变热或对所述变热进行补偿的已知的系统是冷却的滚珠丝杠或额外的用于校正行程的纵向位移传感器。所述具有冷却的滚珠丝杠的系统的缺点是，由于丝杆的特殊设计(孔，等)，采购成本过高。此外在这里经常发生密封问题。另一个缺点是，冷却介质必须按1℃精确地进行调温，否则的话，较大的偏差又对行程造成负面影响。另一项缺点是，需要大的冷却能力。所述具有位移传感器的系统的缺点在于高的采购成本。还需要设置控制器上的附加的模拟输入端。此外还存在安装问题，昂贵的布线也是必需的。此外必须进行软件匹配，其中必须额外地维护软件。

为了至少避免其中的若干问题，从现有技术中已知用于对通过温度变化导致的长度变化进行补偿的不同方案。

首先参考DE10122584A1，其展示水平的双平板注塑机。其中指出，可以下述方式补偿丝杆的长度膨胀：框架式的支撑元件通过轴承支撑在机架上。尤其是轴承和滚子在丝杆的热膨胀的情况下允许有间隙。其中的缺点是，由于所述间隙仍然总是出现误差。

与此相比，不同类的WO93/25368A1显示，在存在模具或梁热膨胀的情况下调节端板或模具夹紧板的位置。在此对丝杆和丝杆单元只字未提。

但是此外DE4333196C2显示一种用于注塑机的丝杆单元，其目的在于，抑制由于丝杆热膨胀造成的工件侧的丝杆端部的位置变化。相应地也利用图表描述由于特膨胀导致的丝杆位移。此外还特别指出，通过使轴承箱向反方向运动可以抑制由于丝杆的渐增的热膨胀导致的丝杆的工件侧端部的位置变化。由此在该现有技术中也存在同在首个提及的文献中类似的缺点，据此在制造产品(注塑产品)时始终仍忍受精度的烦扰。

发明内容

因此本发明任务在于，发明相对现有技术可替选的或改进的丝杆变热补偿。尤其是应减少或尽可能规避从在现有技术中已知的缺点并在生产过程中提高精确度。

本发明实现一种丝杆单元，用于成型机，该丝杆单元包括至少一个丝杆并且包括用于使丝杆运动的驱动装置以及用于补偿丝杆的与温度相关的长度变化的补偿装置，设有用于确定丝杆温度的确定装置，其中，丝杆相对驱动装置的位置能根据确定的温度由补偿装置调节。由此不再使用被动的长度膨胀补偿，而是主动地通过驱动装置使丝杆不再移动得远到需要避免发生任何不准确的机械补偿。基于温度确定，从一开始就已经依据确定的温度对丝杆的运动或者说位置进行校正，使得始终具有高精度。

丝杆的长度膨胀的一个重要数值是热膨胀系数。所述热膨胀系数说明长度膨胀与材料的与温度变化之间的关系。具体的示例为，计算或通过具体测量确认，一根3米长的丝杆在稳定地从0℃加热到70℃的情况下在长度方向线性膨胀1.8毫米。这相当于每摄氏度每米0.012毫米的长度变化。

按照一个优选的实施例，丝杆单元可以具有用于控制或调节驱动装置的控制或调节单元，其中补偿装置是控制或调节单元的一部分，并且确定装置是控制或调节单元的一部分或与控制或调节单元连接。尤其是控制或调节单元可以集成在至今已知的用于丝杆单元或注塑机的操作单元内，或额外地通过软件提供或升级。

按照本发明的一个第一实施变型规定，确定装置包括用于测量丝杆的温度的温度传感器。其中具体上可以规定，例如在活动的模具夹紧板上直接在丝杆的上方安装温度传感器。当活动的模具夹紧板移动时，所述温度传感器通过“扫描”沿丝杆的表面持续地测量温度。所述温度传感器与控制装置(控制或调节单元)相连接。因为该传感器与活动的模具夹紧板一同移动，所以通过在控制装置内处理温度值可以制定在丝杆的长度方向上的温度变化曲线。没有被活动的模具夹紧板经过的丝杆的分段的温度值可以近似地内插。现在可以通过在各个位置测量不同的温度值计算丝杆的膨胀。对此的前提条件是丝杆驱动装置例如在20℃的室温条件下的曾经的利用旋转发送器的校准。现在可以通过由软件控制的计算来校正位置并且准确地移向所述位置。在这里通常是旋转发送器向控制装置提供实际值。控制装置然后按照所述实际值进行定位并且通过定期扫描而循环地测量丝杆表面上的温度。由此产生各个测量点，通过所述测量点可以计算各个偏差。现在将所述偏差累加到整个丝杆长度上。丝杆的没有被经过的区域近似地内插。算出的偏差用于校正行程。通过这种方法可以实现软件方面的丝杆变热补偿。通过持续地测量丝杆表面的温度，在异常偏差的情况下可以识别在丝杆上或丝杆螺母内的机械磨损件的可能必要的更换，可以识别机械故障或与润滑剂相关的问题(丝杆或丝杆驱动装置的一种维护指示是可能的)。

也可以借助测量热量来进行温度测量。通过适当的测量仪可以在丝杆表面上沿长度方向测量热量或热量变化(焦耳)。

但是按照一个替选温度测量的实施变型也可以规定，确定装置具有计算装置，丝杆的温度能通过所述计算装置至少根据室温和丝杆的重量以及驱动装置的参数进行计算。由此不必具体地执行温度测量，而是可替选地或必要时作为直接温度测量的补充，计算温度或膨胀。据此首先通过有规律的且可再现的循环时间也可以在没有安装温度传感器的情况下计算丝杆表面上的温度。这是基于丝杆在长度方向变热为不同的温度。例如在驱动装置没有滚动通过的丝杆上，变热程度远不如在驱动装置持续循环地通过滚珠丝杠螺母滚动的丝杆分段上那么大。在这里重要的是，计算温度平均值(在所述平均值中也要考虑到作用于丝杆的环境温度)，以便能够继续计算丝杆的膨胀。如果假设循环时间是恒定的，则在开启与闭合活动的夹紧板的过程中丝杆会变热，而丝杆在整个注射过程中或也在冷却时间和脱模时间内可以重新冷却。分别视加热时间/冷却时间的比例关系而定，丝杆表面上的温度既会提高或也会不提高。相关内容参考图2。

通常可以将完全不同的参数纳入计算之中。当然已知的参数越多，越能更好地计算温度或长度膨胀。尤其优选规定，驱动装置的参数是驱动装置的绕组温度、丝杆行程、开启速度、闭合速度、注射过程的持续时间、冷却持续时间、脱模时间、丝杆长度、丝杆单元的停机时间和/或在停机后的循环的数量。

此外可以通过热平衡计算温度。由此可以在可比较的测试仪上通过大量的测试运行设定整个丝杆的热平衡。所述热平衡保存在注塑机的控制装置内。然后可以根据为注塑机的控制装置所已知的各个因素持续地确定丝杆的与之相关的长度膨胀。在此又可以考虑到已经提及的参数。

此外按照本发明的实施例可以规定，驱动装置具有滚珠丝杆机构，所述丝杆夹紧在所述滚珠丝杆机构中，并且滚珠丝杆机构的所确定的预紧力用作参数。已经确定，丝杆螺母内的滚珠的摩擦与丝杆螺母的预紧力线性地相关联。如果出发点为，变热几乎只是由于滚珠与丝杆螺母和丝杆之间的摩擦而产生的，并且全部其它因素(参数)基于它们对变热的较小影响而可以忽略，则通过确定预紧力可以计算丝杆温度并且从而计算丝杆膨胀。

所述两个不同变型(直接测量温度或计算温度)的优势在于，降低成本并且能够进行精确定位。此外不需要丝杆的特殊设计并且也不需要用于丝杆的冷却介质。此外不需要用于对冷却介质进行冷却的冷却设备，因此不会产生额外的能源费用。此外不需要相当昂贵的位移传感器或其它附加的传感器。此外材料成本较低和整套设备相当易于维护。

总体上按照本发明的丝杆单元或丝杆驱动装置可以应用在完全不同的机器中。例如这种丝杆单元是注塑机的注射侧的一部分，因此要求保护所述注射单元。在注射时按照本发明的丝杆单元还具有精度较高的优势。此外也要求保护具有按照本发明的丝杆单元的成型机的闭合单元。此外要求保护具有按照本发明的丝杆单元的整个成型机，尤其注塑机、压力机、压铸机或类似的设备。

附图说明

下面参考在附图中所示的实施例并借助后续说明对本发明的其它细节和优势进行详细说明。附图如下：

图1注塑机的闭合侧的示意图，其中包括丝杆的温度变化曲线；

图2在多个循环期间温度变化曲线的曲线图。

具体实施方式

图1以示意图的形式显示没有完整地显示的成型机的闭合侧9。所述闭合侧9具有固定的模具夹紧板10、活动的模具夹紧板11和构成模具的两个模具半体12作为主要元件。活动的模具夹紧板11可通过丝杆12或者说梁和通过驱动装置3相对于固定的模具夹紧板10运动。优选驱动装置3具有滚珠丝杆机构。当丝杆2运动时，主要通过所述滚珠丝杆机构的滚珠的摩擦使丝杆2变热，由此丝杆2的长度发生变化和由此可能出现不准确性。

在本发明中可以如此避免该不准确性：设置确定装置5用于确定丝杆的温度T。确定装置5例如可以是一个温度传感器6，所述温度传感器对准丝杆2之一的表面。也可以设置多个这样的温度传感器6。也可以使温度传感器6的定位与具体的实际情况相匹配。于是从温度传感器6将测量的温度T向控制或调节单元8传输，其中所述控制或调节单元8也包括补偿装置4。通过所述补偿装置4补偿丝杆2的与温度相关的长度变化，其中，可以通过相应的控制脉冲S调节或改变丝杆2相对于驱动装置3的位置。作为温度传感器6的替选或补充，确定装置5也可以是计算装置7，其中优选所述计算装置是控制或调节单元8的一部分。向所述计算装置7输送成型机的、丝杆单元1的或驱动装置3的各种存储的、确定的、计算的或探测的参数P，以便又能够从中确定丝杆2的相应的温度T。

如在附图1中的曲线图所见，通过温度传感器5不能沿着丝杆2的整个长度测量温度T。相应地可以在没有被经过的区域i内内插或近似地计算丝杆2的温度T。然后也从中得出总长度膨胀，所述总长度膨胀相应地由补偿装置4和驱动装置3补偿。由此能够精确地调节由丝杆2和驱动装置3彼此相对地经过的以毫米为单位的行程s，使得在注塑过程或在模具半体12的闭合过程中不再出现不准确性。所计算的或确定的温度T由此被用作行程校正，这构成主动地补偿丝杆发热的基础。

如上所述，在附图2中再次显示沿着时间轴t的温度变化过程，其中以示意图的形式直观地显示沿注塑循环的各个阶段(模具闭合、注射/冷却时间、模具开启、脱模)的温度变化。当然不会产生连续地进一步加热，而是在经过一定数量的循环之后丝杆2的温度在一个稳定的范围内波动。这些经验值当然也可以纳入接着的温度计算或甚至构成基础。

由此通过本发明实现，根据测量的和/或计算的丝杆2温度T主动地影响运动，作为丝杆变热补偿。

Claims (9)

1.丝杆单元(1)，用于成型机，该丝杆单元包括至少一个丝杆(2)并且包括用于使丝杆(2)运动的驱动装置(3)以及用于补偿丝杆(2)的与温度相关的长度变化的补偿装置(4)，其特征在于，设有用于确定丝杆(2)的温度(T)的确定装置(5)，其中，丝杆(2)相对驱动装置(3)的位置能根据确定的温度(T)由补偿装置(4)调节，其中，

所述确定装置(5)包括用于测量丝杆(2)的温度(T)的温度传感器(6)，并且在丝杆的没有被温度传感器经过的区域(i)内能内插地计算丝杆(2)的温度(T)；或者

所述确定装置(5)具有计算装置(7)，丝杆(2)的温度(T)能通过所述计算装置(7)至少根据室温和丝杆(2)的重量以及驱动装置(3)、丝杆单元(1)或整个成型机的至少一个参数(P)进行计算。

2.根据权利要求1所述的丝杆单元，其特征在于，所述驱动装置(3)的参数(P)是：驱动装置(3)的绕组温度、丝杆行程、开启速度、闭合速度、注射过程的持续时间、冷却持续时间、脱模时间、丝杆长度、丝杆单元(1)的停机时间和/或在停机后的循环数量。

3.根据权利要求1所述的丝杆单元，其特征在于，所述驱动装置(3)具有滚珠丝杆机构，其中，所述丝杆(2)夹紧到所述滚珠丝杆机构中并且滚珠丝杆机构的确定的预紧力用作参数(P)。

4.根据权利要求2所述的丝杆单元，其特征在于，所述驱动装置(3)具有滚珠丝杆机构，其中，所述丝杆(2)夹紧到所述滚珠丝杆机构中并且滚珠丝杆机构的确定的预紧力用作参数(P)。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的丝杆单元，其特征在于，设有用于控制或调节驱动装置(3)的控制或调节单元(8)，其中，补偿装置(4)是控制或调节单元(8)的一部分，并且确定装置(5)是控制或调节单元(8)的一部分或者与控制或调节单元(8)连接。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的丝杆单元，其特征在于，所述成型机是注塑机。

7.注射单元，用于成型机，该注射单元具有根据权利要求1～6中任一项所述的丝杆单元(1)。

8.闭合单元，用于成型机，该闭合单元具有根据权利要求1～6中任一项所述的丝杆单元(1)。

9.成型机，该成型机具有根据权利要求1～6中任一项所述的丝杆单元(1)。