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Die
Erfindung betrifft eine Schließeinheit
für eine
Spritzgießmaschine
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Schließeinheit übernehmen
die Schließ-
und Öffnungsbewegung
der Werkzeughälften
einer Spritzgießmaschine.
Desweiteren muss durch die Schließeinheit sichergestellt sein,
dass die für
den Einspritzprozess erforderliche Zuhaltekraft hinreichend aufgebracht
werden kann, um ein Auseinandertreiben der Werkzeughälften durch
die mit hohem Druck einströmende
plastifizierte Formmasse zu verhindern. Bei formschlüssigen Systemen
beispielsweise Kniehebel- oder Spreizhebelsystemen erfolgt das Zusammenhalten
der Werkzeughälften
durch selbstsperrende mechanische Bauelemente. Bei kraftschlüssigen Systemen
wird die Zuhaltekraft über hydraulische
Arbeitszylinder oder ähnliches
aufgebracht.
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Es
bestehen Bestrebungen, die hydraulischen Antriebe für Spritzgießmaschinen
durch elektrische Antriebe zu ersetzen, da deren Regelung einfacher
beherrschbar ist. Der elektrische Antrieb muss derart ausgelegt
sein, dass er zum einen das Werkzeug im Eilgang schnell schließen kann
und zum anderen während
des Einspritzvorganges die erforderliche Schließkraft aufbringen kann. Aus ”Grundzüge der Spritzgießtechnik”; Walter
Mink; Zechner & Hüthig Verlag
GmbH, 1979, Seite 231 ist eine elektrisch angetriebene Schließeinheit
bekannt, bei der die bewegliche Werkzeugaufspannplatte mittels einer
elektrisch angetriebenen Spindel verfahrbar ist. Nach Erreichen
der Werkzeug-Schließposition
wird dieser Spindelantrieb abgeschaltet und die Zuhaltekraft hydraulisch
aufgebracht. Eine derartige Lösung erfordert
einen erheblichen vorrichtungstechni schen Aufwand, da zum einen
der elektrische Antrieb und zusätzliche
Hydraulikkomponenten zum Aufbringen der Zuhaltekraft vorgesehen
werden müssen.
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Es
ist eine elektrisch angetriebene Schließeinheit bekannt, bei der auch
die Verriegelung über die
Spindel erfolgt. Diese bekannte Lösung wird jedoch nur bei sehr
geringer Schließkraft
bis ca. 50 kN und einem Schussvolumen von maximal 1,1 cm3 eingesetzt.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch betätigte Schließeinheit
zu schaffen, die auch bei vergleichsweise hohen Schließkräften einsetzbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Schließeinheit
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat eine
Zuhalteeinrichtung der Schließeinheit
einen Übertragungsmechanismus,
der zum Verriegeln des Werkzeuges drehfest mit der Spindel verbindbar
ist, so dass die Drehung der Spindel auf den Übertragungsmechanismus übertragbar
ist. Dessen Drehbewegung wird über
einen mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verbundenen Umsetzer
in eine Axialbewegung zur Verriegelung des Werkzeugs umgesetzt.
Je nach Aufbau des Umsetzers kann die Zuhaltekraft dann kraft- oder
formschlüssig
aufgebracht werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung zeichnet
sich durch einen äußerst kompakten
und einfachen Aufbau aus, da keinerlei hydraulische Elemente zum
Zufahren und Zuhalten des Werkzeuges erforderlich sind. Durch geeignete
Axialabstützung
der Spindel lassen sich hohe Axialkräfte aufbringen, so dass die erfindungsgemässe Konstruktion
auch bei wesentlich größeren Schließkräften als
beim eingangs genannten Stand der Technik einsetzbar ist.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Variante
ist der Übertragungsmechanismus
mit einem Getriebe ausgeführt,
dessen Eingangsrad im Eilgang der Schließeinheit über eine Spindeleinrichtung
in Axialrichtung relativ zur Spindel verschiebbar ist. Das Eingangsrad
ist zum Verriegeln des Werkzeuges über eine Kupplung, beispielsweise
eine Reibkupplung drehfest mit der Spindel verbunden und die resultierende
Drehung des Eingangsrades wird über
ein Getriebeausgangsrad auf einen mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte
verbundenen Hebel übertragen.
D. h., der Umsetzer ist bei dieser Lösung durch den Hebel und das
Getriebeausgangsrad gebildet. Dieser Hebel wird – ähnlich wie bei einem Kniehebel
in eine Streckstellung gebracht, so dass das Werkzeug verriegelt
ist.
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Bei
einer symmetrisch aufgebauten Lösung hat
das Getriebe zwei gegenläufig
antreibbare Ausgangsräder,
die jeweils mit einem Hebel verbunden sind. Bei dieser Variante
sind die quer zur Spindelachse wirkenden Querkräfte aufgrund des symmetrischen
Aufbaus minimal.
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Vorteilhafterweise
wird das Getriebe als Kegelradgetriebe mit einem Eingangskegelrad
und zwei damit kämmenden
Ausgangskegelrädern
ausgebildet, an denen jeweils einer der genannten Hebel angelenkt
ist.
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Bei
einer alternativen Variante hat der Übertragungsmechanismus einen
an der Spindel abgestützten
Mitnehmer, der – ähnlich wie
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel – zum Verriegeln der
Form drehfest mit der Spindel verbindbar ist und der über zumindest
einen Wälzkörper mit
einer mit der beweglichen Werkzeugaufspannplatte verbundenen Druckplatte
in Wirkverbindung steht. Im Eilgang wird die Axialverschiebung des
Mitnehmers über
die Walze direkt auf die Druckplatte übertragen. Beim Verriegeln
wälzt der
Wälzkörper auf
einer Wälzfläche des
Mitnehmers ab, die derart ausgebildet ist, dass die Druckplatte
in Axialrichtung verschoben und das Werkzeug verriegelt wird.
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Bei
einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Wälzkörper als
etwa zylindrische Walze ausgeführt,
die an schräg
zur Drehachse der Spindel angestellten Wälzflächen des Mitnehmers abwälzt und
an entsprechend ausgebildeten Schrägschultern des Verriegelungsteils
abgestützt
ist.
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Das
Eingangsrad des erstgenannten Ausführungsbeispiels bzw. der Mitnehmer
des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels
werden vorzugsweise über
eine Druckfeder an der Spindelmutter abgestützt. Über diese Druckfeder wird das
Eingangsrad bzw. der Mitnehmer im Eilgang relativ zur Spindel verschoben.
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Das
Eingangsrad bzw. der Mitnehmer haben eine Verzahnung, die zur Verriegelung
mit Stirnflächenabschnitten
reibschlüssig
in Eingriff mit der Spindel bringbar ist, so dass das Eingangsrad
bzw. der Mitnehmer drehfest mit der Spindel verbunden wird. Diese
Verbindung kann prinzipiell auch durch eine steuerbare Kupplung
hergestellt werden.
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Die übertragbaren
Kräfte
lassen sich bei kompaktem Aufbau erhöhen, wenn der mit dem Mitnehmer
bzw. dem Eingangsrad kämmende
Teil der Spindel mit einem größeren Durchmesser
als der mit der Spindelmutter kämmende
Teil ausgeführt
wird.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
einer Schließeinheit
mit Kegelradgetriebe;
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2 eine
Draufsicht auf die Schließeinheit aus 1 und
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3 eine
Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels
einer Schließeinheit,
bei der ein Wälzkörper zur Übertragung
der Zuhaltekraft verwendet wird.
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1 zeigt
in stark schematisierter Form eine Schnittdarstellung einer elektrisch
betätigten Schließeinheit 1 einer
Spritzgießmaschine.
Diese hat eine nicht dargestellte feststehende, düsenseitige Werkzeugspannplatte
und eine bewegliche Werkzeugspannplatte, auf denen das Spritzgießrwerkzeug
aufspannbar ist. Die bewegliche Werkzeugspannplatte ist üblicherweise
an vier Holmen geführt, die
in der Darstellung gemäß 1 ebenfalls
nicht gezeigt sind. Diese Holme sind – ggfs. mit Vorspannung – an einem
Bett der Spritzgießmaschine
gelagert. Über
die in 1 dargestellte Schließeinheit 1 wird die
bewegliche Werkzeugspannplatte entlang den genannten Holmen bewegt,
um das Werkzeug zu schließen
bzw. zu öffnen.
Bei der in 1 dargestellten Variante hat
die Schließeinheit 1 eine
elektrisch betätigte
Spindel 2, die von einem Antrieb, beispielsweise einem
Servomotor (nicht dargestellt) angetrieben ist. Die Spindel 2 kämmt mit
einer Spindelmutter 4, die über ein Kugel- oder Rollengewinde
mit der Spindel 2 in Eingriff steht.
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Die
Schließeinheit 1 hat
desweiteren einen Übertragungsmechanismus 6,
der bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
durch ein Kegelradgetriebe gebildet ist. Ein Eingangskegelrad 8 des Kegelradgetriebes
ist in einem koaxial zur Spindel verschiebbaren Rahmen 10 gelagert,
wobei diese Lagerung 12 eine Abstützung des Eingangskegelrades 8 in
Radial- und Axialrichtung ermöglicht.
Das Eingangskegelrad 8 hat eine zur Spindel 2 hin
axial vorspringende Hohlnabe 14, die die Spindelmutter 4 und
eine Druckfeder 16 umgreift. Diese ist an der benachbarten
Stirnfläche
der Spindelmutter 4 abgestützt und beaufschlagt das Kegelrad 8 in
Axialrichtung derart, dass Spindelmutter 4 und Eingangskegelrad 8 im
Abstand zueinander gehalten werden, wobei die Hohlnabe 14 mit
einer Anschlagschulter 18 an der von der Druckfeder 16 entfernten
rückseitigen Stirnfläche der
Spindelmutter 4 anliegt. Beim Antreiben der Spindel 2 wird
die drehfest gehaltene Spindelmutter 4 in Axialrichtung
verschoben und diese Axialverschiebung über die Druckfeder 16 auf
das Kegelrad 8 übertragen.
Dieses hat ein Innengewinde 20, das mit Spiel zum Spindelgewinde 22 ausgeführt ist.
Die Stirnflächen
des Innengewindes 20 sind als Kupplungsflächen ausgeführt, so
dass bei einer Relativverschiebung des Kegelrads 8 mit
Bezug zur Spindel 2 diese Stirnflächen des Innengewindes 20 auf
entsprechend ausgebildete Stirnflächen des Spindelgewindes 22 auflaufen
und einen reibschlüssigen
Eingriff herstellen, so dass das Eingangskegelrad 8 drehfest
mit der Spindel 2 verbindbar ist – hierauf wird im folgenden
noch näher
eingegangen. Im Rahmen 10 sind desweiteren noch zwei Ausgangskegelräder 24, 26 gelagert,
deren Achsen um 90° versetzt
zur Spindelachse angeordnet sind.
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In
einem von Eingangskegelrad 8 entfernten Stirnflächenbereich
der Ausgangskegelräder 24, 26 ist
jeweils ein Schwenkbolzen 28 bzw. 30 angeordnet,
auf denen jeweils ein Hebel 32 bzw. 34 schwenkbar
gelagert ist. Die beiden von den Ausgangskegelrädern 24, 26 entfernten
Endabschnitte der Hebel 32, 34 sind über einen
Gelenkbolzen 36 miteinander verbunden, der direkt an der
nicht dargestellten beweglichen Werkzeugspannplatte oder einer mit
dieser verbundenen Querhauptplatte abgestützt ist.
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Wie
insbesondere aus der eine Draufsicht auf die Schliesseinheit 1 gemäß 1 darstellenden 2 hervorgeht,
sind die bei den Hebeln 32, 34 in der in 1 dargestellten
Grundposition etwa v-förmig
zueinander angeordnet. Durch eine Verdrehung der beiden Ausgangskegelrädern 24, 26 lassen
sich die Hebel in eine Strecklage bringen, in der sie in der Darstellung
gemäß 2 mit
ihren Längsachsen
parallel zur Spindelachse liegen. Durch diese Verschwenkung dieser
Hebel 32, 34 wird der Gelenkbolzen 36 in
Pfeilrichtung (2) nach rechts verschoben und
entsprechend eine Schließ-/Verriegelungsbewegung
des Werkzeugs durchgeführt.
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Zum
Schließen
des Werkzeug wird zunächst in
der in 1 dargestellten Grundposition die Spindel 2 angesteuert,
so dass die Spindelmutter 4 nach rechts bewegt wird. Diese
Axialbewegung der Spindelmutter 4 wird über die Druckfeder 16 auf
das Eingangskegelrad 8 übertragen,
so dass der gesamte Rahmen 10 mit dem Kegelradgetriebe
nach rechts bewegt wird. Das Werkzeug wird im Eilgang geschlossen.
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Bei
dem Aufeinanderlaufen der Werkzeughälften wird der Gelenkbolzen 36 abgebremst,
so dass das mit Axialspiel auf der Spindel 2 gelagerte Eingangskegelrad 8 relativ
zur Spindel 2 nach links verschoben wird und die vorbeschriebenen
Stirnflächenabschnitte
des Innengewindes 20 und des Spindelgewebes 22 einen
Reibschluss herstellen – das Eingangskegelrad 8 ist
dann drehfest mit der Spindel 2 verbunden, so dass während der
weiteren Spindelbewegung die Spindelmutter 4 gegen die
Kraft der Druckfeder von der Anschlagschulter 18 abhebt.
Dabei ist zu beachten, dass diese weitere Drehung nur noch um etwa
den Winkel erfolgt, der erforderlich ist, um die Hebel 32, 34 in
ihre Strecklage zu bringen. Die Drehung des Eingangskegelrades 8 wird
in eine entsprechende Drehbewegung der Ausgangskegelräder 24, 26 übertragen,
so dass die Hebel 32, 34 in der vorbeschriebenen
Weise in ihre Strecklage gebracht werden und das Werkzeug verriegelt
ist. In dieser Verriegelungsposition werden die Zuhältekräfte über die
sich in ihrer Streckstellung befindlichen Hebel 32, 34,
die Ausgangskegelräder 24, 26 und das
Eingangskegelrad 8 auf die Spindel übertragen. Zur Aufnahme der
erheblichen Axialkräfte
wird die Spindel 2 vorzugsweise 2 mit einem Axiallager
versehen.
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Zum Öffnen des
Werkzeuges wird die Spindel 2 in Gegenrichtung angetrieben,
so dass die Hebel 32, 34 aus ihrer Strecklage
in die dargestellte V-Position gebracht werden, der Eingriff zwischen Spindel 2 und
Eingangskegelrad 8 wird beim Entriegeln der Form selbsttätig gelöst und die
bewegliche Werkzeugspannplatte bei der weiteren Drehung der Spindel 2 im
Eilgang aufgefahren – die
Spritzgießmaschine
ist bereit zum nächsten
Zyklus.
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In 3 ist
eine Variante des in den 1 und 2 dargestellten
Konzepts angedeutet.
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Während beim
vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
die Drehbewegung des Eingangskegelrades 8 über einen
aus den Ausgangskegelrädern 24, 26 und
den Hebeln 32, 34 bestehenden Umsetzer 38 in
eine Axialbewegung umgesetzt werden, erfolgt dies bei dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
durch am Umfang verteilte Walzen 40, die zwischen einem
Mitnehmer 42 und einer Druckplatte 44 angeordnet
sind. Die Druckplatte 44 und die Walzen 40 entsprechen
dabei in der Funktion dem Umsetzer 38 mit den Hebeln 32, 34 und
den Ausgangskegelrädern 24, 26,
während
der Mitnehmer 42 in der Funktion dem Eingangskegelrad 8 und
damit dem Übertragungsmechanismus 6 entspricht.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spindel 2 durch
zwei Spindelabschnitte 46, 48 gebildet, wobei
der Spindelabschnitt 46 einen geringeren Durchmesser als
der Spindelabschnitt 48 aufweist. Der Abschnitt 48 der
Spindel 2 mit größerem Durchmesser
hat ein Kupplungsgewinde 50, dessen Stirnflächenabschnitte 52 als
Kupplungsflächen
wirken. Die Spindel 2 aus 1 kann ebenfalls
im Bereich des Eingangskegelrads 8 mit einem derartigen
Kupplungsgewinde ausgeführt
sein.
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Der
Abschnitt 46 steht in Eingriff mit der Spindelmutter 4,
die von einem nabenförmigen
Vorsprung 54 des Mitnehmers 42 umgriffen wird.
An einer Schulter 56 des Mitnehmers 42 greift
die Druckfeder 16 an, die wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
an der Spindelmutter 4 abgestützt ist.
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Im
Axialabstand zur Schulter 56 hat der Mitnehmer ein Kupplungsinnengewinde 58,
das mit seinen Innenstirnflächen 60 in
reibschlüssigem
Eingriff mit den Stirnflächen 52 des
Kupplungsgewindes 50 der Spindel 2 bringbar ist.
Die Druckplatte 44 ist in geringem Axialabstand zum Mitnehmer 42 angeordnet
und steht nicht in Gewindeeingriff mit der Spindel 2. Der
Mitnehmer 42 und die Druckplatte 44 werden über die
Walzen 40 im Abstand zueinander gehalten.
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In 3 unten
ist eine Teildraufsicht dargestellt, aus der die Abstützung der
Walze 40 am Mitnehmer 42 und der Druckplatte 44 entnehmbar
ist. Der Mitnehmer 42 ist im Bereich der Walzen 40 mit sich
in Radialrichtung erstreckenden Taschen ausgeführt, die durch eine schräg zur Spindelachse
angestellte Wälzfläche 62 begrenzt
sind. In der Druckplatte 44 ist entsprechend eine durch
Schrägflächen 64, 66 begrenzte
Aufnahmenut ausgebildet, die ebenfalls schräg zur Spindelachse angeordnet
sind und sich tangential zur Walze 40 erstrecken. Zum Schließen des Werkzeuges im Eilgang wird die Spindel 2 angesteuert,
wobei die Spindelmutter 4 in Axialrichtung verschoben wird.
Diese Axialbewegung wird – wie
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel über die
Druckfeder 16 auf den Mitnehmer 54 übertragen.
Beim Eilgang ist der Reibschluss zwischen der Stirnfläche 52 und
der Innenstirnfläche 60 noch nicht
hergestellt, so dass keine drehfeste Verbindung zwischen Spindel 2 und
Mitnehmer 54 vorliegt. Die Axialverschiebung des Mitnehmers 54 wird über die Walzen 40 auf
die Druckplatte 44 und damit auf die bewegliche Werkzeugspannplatte übertragen.
Beim Auflaufen der beweglichen Werkzeughälfte auf die düsenseitige
Werkzeughälfte
wird der Mitnehmer 42 über
die Druckplatte 44 und die Walzen 40 in Axialrichtung
relativ zur Spindel 2 verschoben, so dass die Stirnflächen 52 auf
die Innenstirnflächen 60 auflaufen und
eine reibschlüssige
Verbindung zwischen Mitnehmer 42 und Spindel 2 hergestellt
wird – der
Mitnehmer 42 dreht mit der Spindel 2 mit. Durch
diese Drehbewegung wälzt
die Walze 40 in Pfeilrichtung (unten in 3)
auf der Wälzfläche 62 ab,
so dass ein Spalt S zwischen dem Mitnehmer 42 und der Druckplatte 44 vergrössert wird – der Mitnehmer 42 wird
somit entsprechend der Abwälzbewegung
der Walze 40 in der Darstellung gemäß 3 nach rechts
bewegt und das Werkzeug verriegelt. Die in 3 angedeutete,
auf die Druckplatte 44 wirkende Schließkraftkomponente FS gewährleistet
eine zuverlässige
Verriegelung des Werkzeuges.
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Ein
Vorteil der in den 1 und 2 dargestellten
Variante gegenüber
den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
besteht darin, daß bei
der erstgenannten Variante ein Aufreißen des Werkzeuges nach dem
Einspritzvorgang möglich
ist, da die bewegliche Werkzeugaufspannplatte über die in ihre Schwenklage
zurückgeführten Hebel 32, 34 zwangsweise
mitgenommen wird. Bei der 3 dargestellten
Variante ist ein derartiges Aufreißen nur durch gesonderte Mitnehmer
möglich,
da die Walzen 40 eine zwangsweise Mitführung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte
in Öffnungsrichtung
nicht gewährleisten.
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Bei
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
sind zylinderförmige
Walzen 40 verwendet, selbstverständlich können auch andere Wälzkörper eingesetzt
werden, wobei allerdings zu beachten ist, dass in den Anlageabschnitten
an die Wälzfläche 62 und
die Schrägflächen 64, 66 erhebliche
Flächenpressungen
auftreten können.
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Offenbart
ist eine Schließeinheit
für ein Spritzgießmaschine
mit einer beweglichen Werkzeugspannplatte die mittels einer Spindel
zum Schließen
eines Werkzeuges verfahrbar ist. Eine das Zuhalten des Werkzeuges
gewährleistende
Zuhalteeinrichtung hat einen Übertragungsmechanismus, der
zum Verriegeln der Form drehfest mit der Spindel verbindbar ist,
so dass die Drehung der Spindel auf den Übertragungsmechanismus übertragbar
ist. Dessen Drehbewegung wird über
einen mittelbaren oder unmittelbaren mit der beweglichen Werkzeugspannplatte
verbundenen Umsetzer in eine Axialbewegung zum Verriegeln des Werkzeugs
umgesetzt. Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der Übertragungsmechanismus
durch ein Kegelrad gebildet, dessen Ausgangskegelräder im Zusammenhang
mit Schwenkhebeln oder dergleichen als Umsetzer wirken.
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- 1
- Schließeinheit
- 2
- Spindel
- 4
- Spindelmutter
- 6
- Übertragungsmechanismus
- 8
- Eingangskegelrad
- 10
- Rahmen
- 12
- Lagerung
- 14
- Hohlnabe
- 16
- Druckfeder
- 18
- Anschlagschulter
- 20
- Innengewinde
- 22
- Spindelgewinde
- 24
- Ausgangskegelrad
- 26
- Ausgangskegelrad
- 28
- Schwenkbolzen
- 30
- Schwenkbolzen
- 32
- Hebel
- 34
- Hebel
- 36
- Gelenkbolzen
- 38
- Umsetzer
- 40
- Walze
- 42
- Mitnehmer
- 44
- Druckplatte
- 46
- Abschnitt
(Spindel)
- 48
- Abschnitt
(Spindel)
- 50
- Kupplungsgewinde
- 52
- Stirnfläche
- 54
- Vorsprung
- 56
- Schulter
- 58
- Kupplungsinnengewinde
- 60
- Innenstirnflächen
- 62
- Wälzfläche
- 64
- Schrägfläche
- 66
- Schrägfläche