CN104985779B - 用于成型机的喷射机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于成型机(2)、特别是注射成型机的喷射机组(1)，喷射机组具有：喷射活塞(3)；驱动装置(4)，该驱动装置使喷射活塞(3)进行运动；和蓄能器，其特征在于，蓄能器将驱动装置(4)与喷射活塞(3)相连。本发明还涉及一种具有上述喷射机组的成型机、特别是注射成型机。

Description

用于成型机的喷射机组
技术领域
本发明涉及一种用于成型机、尤其注射成型机的喷射机组，其具有喷射活塞、用于使喷射活塞运动的驱动装置和蓄能器。此外，本发明涉及一种具有至少一个这种喷射机组的成型机。
背景技术
用于成型机的喷射机组近年来已经得到许多发展。在这种情况下尤其重要的是：以越来越好的质量和可再现性并且越来越精确地制造所生产的成型件。在此必须注意的重要区域是所有的喷射区域或者喷射通道以及在此特别是对成型件质量产生重要作用的喷射压力。近年来，在成型和注射成型法中除了纯塑料之外，还越来越多地使用添加剂如金属、玻璃纤维等等。尤其是在金属压铸时和通常在添加剂份额高时，所喷射的材料(成型质量体)的可压缩性小或者小于纯塑料喷铸时的可压缩性。在由工艺决定的高喷射速度的情况下和在需处理的材料同样压缩性小的情况下，相关驱动元件的惯性会导致制动路程较长，并且由此造成不允许高度的模具内压。由此损害了成型件质量，并且使喷射机组的所有部件承受高负荷。
不可压缩的成型质量体(例如取决于添加物的塑料)与通常可强烈压缩的成型质量体(大多数塑料)相比在调整时产生困难。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种改进型的喷射机组。尤其应消除现有技术中已知的缺点。首先应防止过高的模具内压。在成型质量体不可压缩时，应当改进可调节性。
这通过用于成型机的喷射机组得以实现，该喷射机组具有：喷射活塞；驱动装置，该驱动装置使喷射活塞进行运动；和蓄能器，蓄能器将驱动装置与喷射活塞相连，并且蓄能器构造成弹簧装置，其特征在于，通过喷射活塞能以经由开环或闭环控制单元可确定的标准喷射压力将喷射材料喷射到成型机的成型模具的腔中，弹簧装置具有刚度，该刚度基本上与在标准喷射压力下由喷射材料作用到喷射活塞上的反作用力一致，在喷射压力被提高到高于标准喷射压力的情况下，喷射活塞克服弹簧装置的刚度并且在弹簧装置弹性变形的情况下相对驱动装置可运动。
因此，蓄能器一方面形成一种过载保护。换句话说，通过在喷射活塞与驱动装置之间的蓄能器，从一定的力水平开始可以大大减小直线运动部件的轴向刚性，并且由此保护机械装置不过载。这意味着，喷射活塞可以轴向进行弹性运动，这是因为该喷射活塞经由蓄能器直接与优选至少可平移运动的驱动装置相连。
恰恰在成型质量体不可压缩的情况下，蓄能器另一方面可以用来形成的通常在可压缩的成型质量体中所具有的挠性，以便达到其调节能力。
位于喷射活塞的区域内的蓄能器或者弹簧到目前为止由现有技术仅已知回流阻塞装置，但是通过这些回流阻塞装置实现完全不同的目的，即，防止喷射材料回流到喷射活塞与喷射缸之间的区域中。为此的例子由US5441400、DE1201039、DE2522616、EP0323556A2、EP0541048A1和US5044926已知。所有这些回流阻塞装置具有弹簧装置形式的蓄能器，以便从确定的喷射压力开始阻塞喷射材料回流。但是通过这种装置不能防止成型模具的腔中的压力过大。更确切地说，这些回流堵塞装置恰恰在高压力的情况下形成喷射活塞的稳定或者固定部分。与其相反，在本发明中，蓄能器不是如在回流阻塞装置的情况中那样在喷射活塞与喷射缸之间起作用，而是直接在喷射活塞与驱动装置之间起作用。
原则上，蓄能器仅能设置在喷射活塞中，例如使喷射活塞的前部部分与喷射活塞的后部部分相连。权利要求文本也包括这种变型，这是因为总是这样的情况：蓄能器将喷射活塞的前部部分通过连接后部部分来与驱动装置相连。重要的是：蓄能器是传动系的起缓冲作用的组成部分(从驱动装置直到喷射活塞的尖端)。蓄能器必须至少如此设置，从而通过该蓄能器使活塞尖端相对驱动装置可运动并且由此是挠性的。
如已知的那样，喷射机组具有喷射缸，喷射活塞至少可平移运动地支承在该喷射缸中。还可以规定：喷射活塞构造成喷射蜗杆，喷射蜗杆由驱动装置来平移地和可旋转地驱动。
此外，喷射机组可以具有开环或闭环控制单元。这尤其能够实现的是：通过喷射活塞能够以经由开环或闭环控制单元可确定的标准喷射压力将喷射材料喷射到成型机的成型模具的腔中。开环或闭环控制单元能够由操纵者经由操纵装置连同显示屏来操纵。
原则上，蓄能器可以构造成橡胶状的缓冲元件。此外，它可以构造成缓冲活塞或者液压缸。但是优选地规定：蓄能器构造成弹簧装置。在此，弹簧装置可以具有至少一个橡胶弹簧或至少一个气动弹簧。优选地，弹簧装置具有压力弹簧或者压力弹簧组。
在本发明中尤其重要的是：弹簧装置不损害“正常”的喷射过程。为此优选采用相对较软的弹簧装置，并且通过弹簧装置的预紧(例如通过插入间隔衬套)来补偿在正常喷射过程中的期望压力。作为数值例子可以规定：将弹簧装置预紧到可能全部偏移的30％为止。为了达到足够的持久荷重能力，如此选择弹簧常数和预紧大小，使得弹簧装置在荷重情况下的荷重不超过持久荷重极限。尤其应避免弹簧装置碰撞到块体上。在这种情况下可以为弹簧装置设置保护装置(例如机械的挡板)，该保护装置防止弹簧装置的这样有力的碰撞。这就是说，弹簧装置在此如此硬，以致该弹簧装置形成传动系的从驱动装置直到喷射活塞尖端的坚固的、没有弹性的部件。刚性描述的是主体通过力或扭矩对弹性变形的抵抗。在喷射材料进行喷射时抵抗开始，喷射材料在封闭的腔内没有被进一步挤压。换句话说，弹簧装置的预紧力与标准喷射压力一致。标准喷射压力例如可以为大约2000bar，但是根据使用目的可以变化很大。
为了防止腔压力或者模具内压过高，特别优选规定：在喷射压力被提高到高于标准喷射压力时，喷射活塞克服弹簧装置的刚性并且在弹簧装置弹性变形的情况下相对驱动装置可运动。换句话说，传动系运动通过弹簧装置的弹性缓冲，因此使得模具内压不过高。
尤其优选地规定：弹簧装置具有多个优选有规律地围绕喷射机组纵轴线设置的弹簧、优选螺旋弹簧。
为了能够实现准确的缓冲运动以及为了防止弹簧倾斜，优选规定：在驱动装置与喷射活塞之间的相对运动经由至少一个引导元件来引导。在此特别优选地规定：每个引导元件由弹簧装置的一个弹簧围绕。换句话说，引导元件被引导穿过每个弹簧。
关于另一构思，为了基于使用不可压缩的成型质量体更挠性地构造刚性系统，优选规定：在没有使用预紧的情况下，挠性地构造弹簧装置，从而获得整个系统的期望挠性。可以通过试验或模拟来找出来如何挠性构造弹簧装置时。因此，也可以在填充阶段就已经实现喷射活塞的运动适配。
也要求保护一种具有至少一个根据本发明的喷射机组的成型机、特别是注射成型机。
附图说明
借助附图说明和下文所述的实施例来进一步阐述本发明的其它细节和优点。附图：
图1示意性示出具有喷射机组和成型模具的成型机；
图2至5示出喷射活塞和弹簧装置处在不同位置中的喷射机组；
图6示出在驱动装置与喷射活塞之间的连接细节；
图7示出在具有弹簧装置和没有弹簧装置情况下的压力－路程曲线图的比较。
具体实施方式
图1示意性示出成型机2，该成型机具有喷射机组1和成型模具10作为重要部件。此外，这种成型机2在正常情况下还包括未示出的模具夹紧板和曲杆机构。为了形成成型件或者注射成型件，首先经由注入漏斗21将原料(例如塑料颗粒、金属或陶瓷粉未、附加的填料如玻璃纤维、附加的液体亦或必要情况下的混合物)置入到位于喷射缸6与喷射活塞3之间的中间室中。如果喷射活塞3构造为喷射蜗杆11，那么通过旋转喷射蜗杆11使原料熔化。借助驱动装置4将旋转运动导入到喷射蜗杆11中。在熔化完成之后进行喷射，为此由驱动装置4使得喷射蜗杆11呈活塞状地或者平移地运动，因此在喷射蜗杆进行喷射之前，积聚的熔化的喷射材料8经由喷射通道22被喷射到腔9中。腔9形成在成型模具10的成型半部19与20之间。喷射过程由操作者手动控制。优选地，整个喷射过程当然可以经由操纵单元和开环或闭环控制单元7来调节。首先，可以经由开环或闭环控制单元7来调节标准喷射压力Pstand。经调节的标准喷射压力Pstand在正常情况下应与腔9中实际产生的模具内压一致。
但是现在可能发生下面情况，即，由于工艺决定的高喷射速度并且由此长的制动路程或者由于需处理的材料的过小的可压缩性造成过高的模具内压。为了防止这种情况，在喷射活塞3与驱动装置4之间设置有弹簧装置5形式的蓄能器。该弹簧装置将喷射活塞3与驱动装置4相连。弹簧装置5形成阻尼器或者缓冲器，以便补偿过高的模具内压。因此喷射活塞3挠性地支承。对此示例性地参见下文中对图2至5的描述。
在图2中，喷射材料8在喷射机组1的前部区域中已经熔化。当经由驱动装置4使喷射蜗杆11向左运动时，喷射过程开始。仍然小的喷射压力P－小于标准喷射压力Pstand。该标准喷射压力Pstand不必是单个具体的例如以bar为单位的值，而是也可以作为标准喷射压力范围来给出一个范围，在该范围上，在填充阶段之后正常运行时，压力上升。弹簧装置5具有大的刚性，使得该弹簧装置在这种喷射压力的情况下形成传动系的固定的不可运动的部分。
如果根据图3喷射蜗杆11处在最前部的位置中并且喷射机组1达到标准喷射压力Pstand，那么这也是这样。在这种情况下，由喷射材料8作用到喷射活塞3上的反作用力G仍然不大于弹簧装置5的刚性F。
一般情况下，从图3的这个位置开始出发，喷射活塞3仍然向远离腔9的方向运动，由此例如施加后压力。在这种情况下会出现的是：在腔9中产生过高的模具内压，该模具内压作为反作用力G经由喷射材料8作用到喷射活塞3上。通过大于标准喷射压力Pstand的增大的喷射压力P+，喷射活塞3在弹簧装置5弹性变形的情况下相对驱动装置4运动(参见图4)。因此，不期望的过载主动通过传动系的缓冲来进行反作用。
一旦模具内压又被减小或者一旦受到驱动的质量体的运动停止，弹簧装置5就又可以松驰(参见图5)并且又形成了传动系的“坚固”或者刚性的部分。因此，弹簧装置5一方面具有缓冲作用并且另一方面传递转矩。
图6示出具有弹簧装置5的喷射机组1的详细实施例。在喷射侧，喷射活塞3相对喷射缸6可运动。喷射缸与夹紧板27相连接，其中，与注入漏斗21相连的注入口29穿过所述喷射港和夹紧板。在驱动侧，喷射机组1和其驱动装置4具有没有示出的驱动马达，该驱动马达直接可旋转地驱动丝杠23。通过丝杠23的旋转，使得丝杠螺母26沿着喷射机组纵轴线L平移运动。第一连接元件24可旋转地支撑在丝杠螺母26上，而第二连接元件25经由轴承30可旋转地支承在该丝杠螺母上。另一方面，杆状构造的引导元件12固定在所述第二连接元件25上。然后，弹簧装置5设置成具有多个弹簧13的弹簧组的形式，其中，弹簧13有规律地围绕喷射机组纵轴线L设置，并且一侧贴靠在驱动板16上而另一侧贴靠在第二连接元件25上，因此驱动板16相对第二连接元件25可运动地支承。第二连接元件25的贴靠面31形成用于弹簧装置5的保护装置，这是因为在驱动板16与第二连接元件25之间的运动由贴靠面31限制。多个、优选10个构造成杆状的引导元件12固定在第二连接元件25中。在背向第二连接元件25的端部上，这些引导元件12在驱动板16的凹部18中可运动地引导。围绕引导元件12分别设置有一个弹簧装置5的弹簧13。与示出的不同的是：当然也可以设置同心设置的弹簧装置5(例如参见图2)。驱动板16同时形成一种夹紧套筒，通过该夹紧套筒将弹簧13预紧。这就是说，这些引导元件12同时是螺旋元件，这些螺旋元件可旋接到第二连接元件25上，并且经由这些螺旋元件，驱动板16与第二连接元件25相连。驱动板16相对螺旋元件或者相对引导元件12可纵向运动。所述螺旋元件旋接到第二连接元件25中越多，弹簧13的预紧就越大，并且由此允许的标准喷射压力Pstand就越大。通过这种实施方式，在平移运动、旋转运动和经由弹簧装置5进行缓冲时保障传动系中的稳定的力传递。
图7以曲线图对比地示出没有弹簧5的喷射机组1和具有弹簧装置5的喷射机组1。水平轴表示喷射活塞3或者传动系15在喷射期间所经过的路程。竖直轴表示在喷射期间在腔9或者喷射通道22中的喷射压力P或者P+。在喷射开始、即在填充阶段期间，喷射活塞3持续向前运动，在这个填充阶段期间，喷射压力P仅略微上升。一旦腔9被充满，喷射压力P由于喷射活塞3的继续运动而急剧上升，直到到达标准喷射压力Pstand为止。当在喷射活塞3与驱动装置4之间没有设置弹簧装置5时，可以达到不期望的高喷射压力P+(见虚线压力峰值)。但是如果使用根据本发明的蓄能器(弹簧装置5)，那么可以避开这种压力峰值，并且由驱动装置4本身所实施的向前运动不是完全传递到喷射活塞3上，而是按照弹簧变形量在驱动装置4与喷射活塞3之间实施相对运动。标准喷射压力Pstand在此基本上与弹簧装置5的预紧力或者刚度F一致。

Claims (19)

1.用于成型机(2)的喷射机组(1)，该喷射机组具有：
喷射活塞(3)；
驱动装置(4)，该驱动装置使喷射活塞(3)进行运动；和
蓄能器，蓄能器将驱动装置(4)与喷射活塞(3)相连，并且蓄能器构造成弹簧装置(5)，
其特征在于，
通过喷射活塞(3)能以经由开环或闭环控制单元(7)可确定的标准喷射压力(Pstand)将喷射材料(8)喷射到成型机(2)的成型模具(10)的腔(9)中，
弹簧装置(5)具有刚度(F)，该刚度基本上与在标准喷射压力(Pstand)下由喷射材料(8)作用到喷射活塞(3)上的反作用力(G)一致，
在喷射压力(P+)被提高到高于标准喷射压力(Pstand)的情况下，喷射活塞(3)克服弹簧装置(5)的刚度(F)并且在弹簧装置(5)弹性变形的情况下相对驱动装置(4)可运动。
2.根据权利要求1所述的喷射机组，其特征在于，所述成型机(2)是注射成型机。
3.根据权利要求1或2所述的喷射机组，其特征在于，设有喷射缸(6)，喷射活塞(3)在该喷射缸中可平移运动。
4.根据权利要求1或2所述的喷射机组，其特征在于，弹簧装置(5)被预紧。
5.根据权利要求4所述的喷射机组，其特征在于，弹簧装置(5)被预紧到弹簧装置(5)的可能总偏移的20％到40％。
6.根据权利要求5所述的喷射机组，其特征在于，弹簧装置(5)被预紧到弹簧装置(5)的可能总偏移的30％。
7.根据权利要求1或2所述的喷射机组，其特征在于，弹簧装置(5)如下地选择，使得在弹簧装置(5)没有被预紧的情况下提供期望刚度(F)。
8.根据权利要求1或2所述的喷射机组，其特征在于，喷射活塞(3)构造成喷射蜗杆(11)，其中，喷射蜗杆(11)能由驱动装置(4)平移地且可旋转地驱动。
9.根据权利要求1或2所述的喷射机组，其特征在于，驱动装置(4)与喷射活塞(3)之间的相对运动经由至少一个引导元件(12)引导。
10.根据权利要求9所述的喷射机组，其特征在于，弹簧装置(5)具有多个弹簧(13)。
11.根据权利要求10所述的喷射机组，其特征在于，所述弹簧有规律地围绕喷射机组纵轴线(L)设置。
12.根据权利要求10或11所述的喷射机组，其特征在于，所述弹簧是螺旋弹簧。
13.根据权利要求10或11所述的喷射机组，其特征在于，驱动装置(4)具有驱动马达(14)、由驱动马达(14)驱动的传动系(15)和与传动系(15)相连的驱动板(16)，其中，弹簧装置(5)的弹簧(13)贴靠在驱动板(16)上。
14.根据权利要求13所述的喷射机组，其特征在于，喷射活塞(3)具有活塞裙(17)，弹簧装置(5)的弹簧(13)贴靠在该活塞裙上。
15.根据权利要求14所述的喷射机组，其特征在于，所述至少一个引导元件(12)保持在喷射活塞(3)的活塞裙(17)中并且在构造在驱动装置(4)的驱动板(16)中的凹部中引导。
16.根据权利要求15所述的喷射机组，其特征在于，所述引导元件构造成杆状的。
17.根据权利要求15或16所述的喷射机组，其特征在于，每个引导元件(12)被弹簧装置(5)的一个弹簧(13)包围。
18.一种成型机(2)，其具有至少一个根据权利要求1至17之一所述的喷射机组(1)。
19.根据权利要求18所述的成型机(2)，其特征在于，所述成型机是注射成型机。
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