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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kniehebelantrieb mit mindestens
einem Haupthebel und mindestens einem Linearantrieb zum Bewegen
des Haupthebels, wobei zwischen Linearantrieb und Haupthebel eine
in ihrer Länge
veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung
angeordnet ist und/oder der Haupthebel eine in ihrer Länge veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung
aufweist.
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Kniehebelantriebe
werden in vielen Bereichen der Technik angewendet. Sie haben den
Vorteil, dass sie zum einen eine schnelle Bewegung ermöglichen
und zum anderen auch große
Kräfte übertragen
können.
Bei Spritzgießmaschinen
wird dies vor allem zum Öffnen
und Schließen
der Spritzgussform ausgenutzt, da hier sowohl eine schnelle Öffnungs- und
Schließbewegung
(beim Schnellhub) als auch hohe Anpressdrücke der Formhälften aneinander (beim
Krafthub) realisiert werden müssen.
Zum Antrieb der Haupthebel ist beim Stand der Technik immer ein
Kompromiss zwischen diesen beiden Aufgaben und Zielstellungen des
Kniehebelantriebs notwendig. So müssen die Linearantriebe, mit
denen der Haupthebel bewegt wird, so stark dimensioniert werden,
dass sie hohe Kräfte
aufbringen und übertragen können. Andererseits
wird durch die so bedingte massive Ausbildung der Linearantriebe
ihre Geschwindigkeit beim Schnellhub reduziert.
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Beim
Stand der Technik ist am Linearantrieb und am Haupthebel in der
Regel eine Lasche in Form eines starren Bauteils drehbar angelenkt,
um die Kräfte
und die Bewegung vom Linearantrieb auf den Haupthebel zu übertragen.
Hierbei ist es bereits bekannt, das Verhältnis zwischen Geschwindigkeit
und Hebelwirkung mittels einer gezielten Auswahl des Punktes, an
dem die Lasche am Haupthebel angelenkt ist, zu optimieren. In der
Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass auch diesen Maßnahmen
physikalische Grenzen gesetzt sind und letztendlich immer nur ein
Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Kraftübertragung erzielt werden kann.
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Aus
der
JP 08-238557 ist
es bekannt, am Hubkolben eines hydraulischen Linearantriebes eine zusätzliche
Kolben-Zylinder-Anordnung als eine in ihrer Länge veränderbare Kraftübertragungseinrichtung
vorzusehen. Die
JP 11-221841 ,
JP 05-237844 und die
US 3,345,691 zeigen Varianten
bei denen der Haupthebel über
Zahnstangen oder Kolben-Zylinder-Anordnungen
in seiner Länge
verstellbar ist. Alle bisher bekannten gattungsgemäßen Varianten
haben den Nachteil, dass durch die zusätzliche, in ihrer Länge veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung die
Konstruktion und Wartung der gattungsgemäßen Kniehebelantriebe sehr
kompliziert und aufwendig ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen Kniehebelantrieb
in der Art zu verbessern, dass die genannten Nachteile des Standes
der Technik vermieden sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die in ihrer Länge
veränderbare Kraftübertragungseinrichtung
einen zusätzlichen Kniehebel
aufweist.
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Durch
die in ihrer Länge
veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung
zwischen Linearantrieb und Haupthebel und/oder im Haupthebel können zusätzliche
Kräfte
auf den Haupthebel aufgebracht werden, wobei gleichzeitig der Linearantrieb
so ausgeführt werden
kann, dass er höhere
Bewegungsgeschwindigkeiten des Kniehebels realisieren kann.
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Der
erfindungsgemäße zusätzliche
Kniehebel hat neben einfacher und wartungsfreundlicher Konstruktion
den weiteren Vorteil, dass er dann die größten Kräfte auf den Haupthebel überträgt, wenn dieser
seine nahezu gestreckte Position erreicht.
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Eine
zusätzliche
Erhöhung
der Bewegungsgeschwindigkeit des Haupthebels kann erreicht werden,
wenn die in ihrer Länge
veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung
gleichzeitig mit dem Linearantrieb betrieben wird. Es kann aber
auch vorgesehen sein, dass der Schnellhub ausschließlich vom
Linearantrieb und der Krafthub ausschließlich von der in ihrer Länge veränderbaren
Kraftübertragungseinrichtung
vorgenommen wird. Dies ist besonders günstig, da der Linearantrieb
im nicht bewegten Zustand beim Krafthub größere Kräfte aufnehmen kann.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts der Erfindung ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe vorgesehen,
dass am Linearantrieb mindestens zwei Kreuzköpfe angeordnet sind. Durch
die Verwendung von mindestens zwei Kreuzköpfen am Linearantrieb ist es
möglich,
eine in ihrer Länge
veränderbare Kraftübertragungseinrichtung
zu realisieren, ohne dass hierzu ein zusätzlicher Antrieb zwingend vorgesehen
sein müsste,
wenn beide Kreuzköpfe
direkt oder indirekt von dem Linearantrieb bewegt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kniehebelantriebes
bei Spritzgießmaschinen.
Hier bietet sich vor allem der Einsatz als Antrieb zum Öffnen und
Schließen
der Spritzgussform, aber auch als spritzseitiger Antrieb an.
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Weitere
Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
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1,2 und 3 ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
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2a einen Detailausschnitt
aus 2,
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4a bis 4c eine erste Ausführungsvariante eines Verriegelungsmechanismus,
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5a bis 5c eine zweite Ausführungsvariante eines Verriegelungsmechanismus,
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6 eine Detaildarstellung
von zwei Kreuzköpfen,
von denen einer verschiebbar auf einer Hülse gelagert ist.
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1 bis 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
anhand einer Schließseite
einer Spritzgießmaschine,
bei der die beiden Haupthebel 1 zum Bewegen der bewegbaren
Formaufspannplatte 10 und damit zum Öffnen und Schließen der
aus den Formhälften 11 bestehenden
Spritzgussform dient. Wie bereits bekannt, weist die dargestellte
Schließseite
eine ortsfeste Formaufspannplatte 12 sowie die auf den
Holmen 13 bewegbare Formaufspannplatte 10 sowie
eine ebenfalls ortsfeste Stirnplatte 9 auf. Die bewegbare
Formaufspannplatte 10 ist mit der Stirnplatte 9 über die
Haupthebel 1, welche jeweils ein erstes Glied 2 und
ein zweites Glied 3 und Gelenke 4 aufweisen, verbunden.
Zum Bewegen der Kniehebel 1 ist ein Linearantrieb vorgesehen.
Dieser weist einen Motor 8 sowie eine damit drehbare Spindel 7 auf.
Die Spindel 7 greift in eine hier nicht dargestellte Kugelmutter
im Kreuzkopf 6 ein, sodass der Kreuzkopf durch Drehen der
Spindel 7 auf dieser zur Stirnplatte 9 hin und
von ihr weg fahrbar ist.
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Beim
Bewegen des Kreuzkopfes 6 werden die Haupthebel 1 zwischen
der in 3 dargestellten gestreckten
Stellung und einer in 1 dargestellten eingeklappten
Stellung hin und her gefahren, wodurch die bewegbare Formaufspannplatte
und die daran angebrachte Formhälfte 11 bewegt
werden. Beim Stand der Technik ist es bekannt (hier nicht dargestellt)
den Kreuzkopf 6 mit den Haupthebeln 1 über in ihrer
Länge fixe
Laschen zu verbinden, um so die Kraft des Linearantriebs auf die
Haupthebel 1 zu übertragen.
Erfindungsgemäß ist nun
anstatt der bisher verwendeten Laschen zwischen dem Linearantrieb
(bzw. dem Kreuzkopf 6) und dem Haupthebel 1 jeweils
eine in ihrer Länge
veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung 5 in
Form eines zusätzlichen Kniehebels
vorgesehen.
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Die
in ihrer Länge
veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung 5 dient
dazu, die Entfernung zwischen dem Anlenkpunkt 16 am Kreuzkopf 6 und
dem Anlenkpunkt 22 am Kniehebel 1 vergrößern und
verkürzen
zu können.
Dies kann einerseits zur Beschleunigung der Öffnungs- und Schließbewegung der
bewegbaren Formaufspannplatte 10 verwendet werden. Zum
anderen ist es aber auch möglich,
die in ihrer Länge
veränderbare Kraftübertragungseinrichtung 5 beim
Krafthub (Aufbringen des Anpressdrucks auf die Formhälften 11)
ausschließlich
oder zusätzlich
dazu zu verwenden, Kraft auf den Haupthebel 1 aufzubringen,
um ihn dadurch in eine nahezu gestreckte Position zu bringen oder
ihn wieder abzuwinkeln.
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Alternativ
kann in einer nicht dargestellten Variante der zusätzliche
Kniehebel auch in einem der Glieder 2 oder 3 angeordnet
sein, sodass dieses Glied dann in seiner Länge veränderbar ist.
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Der
Hebelmechanismus des zusätzlichen Kniehebels
ist in seiner Stellung gemäß 2 in einem Detailausschnitt
in 2a dargestellt. 1 zeigt den Kniehebelantrieb
mit angewinkelten Haupthebeln 1 und mit zurückgefahrener
Formaufspannplatte 10. 2 zeigt
das Ausführungsbeispiel
am Ende des Schließhubes,
bei dem die Formhälften 11 geschlossen
sind, bevor der Krafthub und damit das Anpressen der Formhälften aneinander
beginnt. 3 zeigt das
Ausführungsbeispiel
am Ende des Krafthubes mit aneinander gepressten Formhälften 11.
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Die
in ihrer Länge
veränderbare
Kraftübertragungseinrichtung
ist an einem ersten drehbaren Anlenkpunkt 16 und an einem
zweiten drehbaren Anlenkpunkt 17 am die Spindel 7 und
den Motor 8 aufweisenden Linearantrieb angelenkt. Alternativ
zur dargestellten Ausführungsvariante
können
auch mehr als zwei Anlenkpunkte vorgesehen sein und/oder die Anlenkpunkte 16 und 17 statt
am Linearantrieb am Haupthebel 1 angeordnet sein. Bei einer symmetrischen
Anordnung von zwei Haupthebeln 1, wie diese in den 1 bis 3 dargestellt ist, empfiehlt es sich,
die Anlenkpunkte 16 und 17 jeweils an einem Kreuzkopf 6 und 14 anzuordnen.
Die Anlenkpunkte 16 und 17, und damit im gezeigten
Ausführungsbeispiel
auch die Kreuzköpfe 6 und 14,
sind in Bewegungsrichtung des Linearantriebs relativ zueinander verschiebbar.
Der erste Anlenkpunkt 16 ist im gezeigten Beispiel an dem
Kreuzkopf 6 angeordnet, in dessen Mutter die Spindel 7 eingreift.
Der erste Anlenkpunkt 16 ist somit direkt vom Linearantrieb
verschiebbar. Der zweite Kreuzkopf 14 und damit der zweite Anlenkpunkt 17 ist
auf einer mit dem ersten Anlenkpunkt 16 bzw. dem ersten
Kreuzkopf 6 fix verbundenen Hülse 15 verschiebbar
gelagert. Während
des Öffnungs- und Schließhubes,
also der Bewegung zwischen den in 2 und 3 gezeigten Positionen, ist
vorgesehen, dass der zweite Anlenkpunkt 17 in seiner relativen
Position zum ersten Anlenkpunkt 16 mittels einer Verriegelungseinrichtung
fixiert ist. Verschiedene Ausführungsvarianten
einer solchen Verriegelungseinrichtung sind in den 4a bis 5c gezeigt
und werden weiter unten erläutert.
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Mittels
der als zusätzlicher
Kniehebel ausgebildeten Kraftübertragungseinrichtung
kann die Entfernung zwischen dem ersten Anlenkpunkt 16 am
Linearantrieb und dem Anlenkpunkt 22 am Kniehebel, wie
auch die Entfernung zwischen dem zweiten Anlenkpunkt 17 und
dem Anlenkpunkt 22 verändert
werden. Im gezeigten Beispiel weist die Kraftübertragungseinrichtung 5 drei
miteinander drehbar verbundene Laschen 18, 19, 20 auf.
Die zweite Lasche 19 ist als sogenannte Zwischenlasche
ausgebildet, an der die anderen beiden Laschen 18 und 20 über Gelenke 21 drehbar
angelenkt sind. Der Anlenkpunkt (das Gelenk) 17 der Zwischenlasche 19 und
die Gelenke 21 mit denen die beiden anderen Laschen an der
Zwischenlasche 19 drehbar angelenkt sind, bilden ein Dreieck.
Zu Beginn des Krafthubes wird der zweite Kreuzkopf 14 von
der Verriegelungseinrichtung entriegelt, woraufhin er sich auf der
Hülse 15 in Richtung
des weiterhin von der Spindel 7 in Richtung der feststehenden
Formaufspannplatte 12 angetriebenen Kreuzkopfes 6 bewegt.
Bei dieser Relativverschiebung zwischen den beiden Kreuzköpfen 6 und 14 bzw.
zwischen den Anlenkpunkten 16 und 17 wird die
Zwischenlasche 19 um den Anlenkpunkt 17 gedreht,
wodurch ein zusätzlicher
Krafthebel und eine Längenänderung
entsteht und der Haupthebel 1 in seine in 4 dargestellte, nahezu durchgestreckte Stellung
verschoben wird. Durch die gezeigte erfindugsgemäße Anordnung wird eine zusätzliche Übersetzung
beim Durchdrücken
des Hebels 1 erreicht, wodurch die gewünschten hohen Kräfte aufgebracht sowie
gleichzeitig kleinere Spindeln 7 verwendet und damit höhere Geschwindigkeiten
erreicht werden können.
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4a bis 4c zeigen eine erste Ausführungsform
einer geeigneten Verriegelungseinrichtung, mit der der Abstand zwischen
den beiden Kreuzköpfen 6 und 14 während des Öffnungs-
und Schließhubes
fixiert ist, und beim Krafthub ein aufeinander Zubewegen der beiden
Kreuzköpfe
möglich ist.
Der Verriegelungsmechanismus besteht bei dieser Variante aus einem
Anschlag 23 und einem federbelasteten Kipphebel 24.
Die Federbelastung ist in Form von einer an einer Exzenternase 33 geführten Federeinrichtung 34 realisiert.
Bei der in 4a dargestellten
durchgestreckten Stellung des Kipphebels 24 sind die Kreuzköpfe 6 und 14 während der Öffnungs-
und Schließbewegung
in ihrem Abstand zueinander fixiert. Zu Beginn des Krafthubes (4b) erreicht der Anschlag 23 eine
schräge
Fläche
am unteren Glied des Kipphebels 24, wodurch dieser gekippt
wird. Nun können
sich die Kreuzköpfe 6 und 14 aufeinander
zu bewegen und die in 4c dargestellte
Endstellung des Krafthubes erreichen. Beim anschließenden Öffnen werden
die Kreuzköpfe wieder
in die in 4b gezeigte
Position auseinandergefahren, wodurch der Kipphebel 24 wieder
gestreckt und damit die Lage der Kreuzköpfe zueinander wieder fixiert
ist. Die Spindel 7 und die Hülse 15 sind in den 4a bis 4c der Einfachheit halber weggelassen.
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Die 5a bis 5c zeigen eine andere Ausführungsform
einer geeigneten Verriegelungseinrichtung. Diese weist einen Anschlag 23,
sowie einen in einer Hülse 35 geführten Stift 25 auf.
Der Stift 25 hat bis auf die Ausnehmungen 26 einen
konstanten Durchmesser. An seiner Mantelfläche liegen Kugeln 27 an,
welche in der in 5a gezeigten
Position (entspricht der Position während der Öffnungs- und Schließbewegung)
in Ausnehmungen 28 am Kreuzkopf 6 eingreifen.
Die den Stift 25 umgreifende Hülse 35 ist fix mit
dem zweiten Kreuzkopf 14 verbunden. Die relative Lage zwischen
den beiden Kreuzköpfen 6 und 14 ist
in dieser Stellung fixiert. Trifft der Stift 25 nun am
Ende der Schließbewegung
auf den Anschlag 23, so wird er relativ zu den Kugeln 27 verschoben,
woraufhin die Kugeln 27 in die Ausnehmung 26 am
Stift 25 zurückgeschoben
werden können.
Hierdurch sind die Kugeln 27 nicht mehr im Eingriff mit
den Ausnehmungen 28 am Kreuzkopf 6, sodass dieser
nun nicht mehr arretiert ist und die Kreuzköpfe 6 und 14 sich
aufeinander zu bewegen können. 5c zeigt die Stellung am
Ende des Krafthubes. Die Spindel 7 sowie die Hülse 15 liegen
im gezeigten Beispiel außerhalb
der in den 5a bis c dargestellten Schnittebene.
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6 zeigt im Detail die Anordnung
des zweiten Kreuzkopfes 14 auf einer fix mit dem ersten Kreuzkopf 6 verbundenen
Hülse 15 gemäß dem Ausführungsbeispiel
aus den 1 bis 3.
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Der
erfindungsgemäße Kniehebelantrieb
ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen
anhand einer Schließseite
einer Spritzgießmaschine
erläutert. In
ihrer Länge
veränderbare
Kraftübertragungseinrichtungen 5 können jedoch
auch bei anderen Kniehebelantrieben eingesetzt werden. Als Linearantrieb können unter
anderem, wie in den Ausführungsbeispielen
gezeigt, Spindelantriebe, hydraulische Antriebe, aber auch, vorzugsweise
elektrische, Linearmotoren oder dergleichen verwendet werden.