DE102006023516B3

DE102006023516B3 - Elektrische Antriebseinheit für eine Plastifizierschnecke einer Spritzgießmaschine

Info

Publication number: DE102006023516B3
Application number: DE200610023516
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Stengel; Dietmar Dipl.-Ing. Scholz; Holger Dipl.-Ing. Schmidt; Donald Dipl.-Ing. Meinert
Original assignee: Demag Ergotech GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: WO2007134961A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für eine Plastifizierschnecke einer Spritzgießmaschine mit einem aus zwei Elektromotoren (10, 16) bestehenden Schneckenantrieb, von denen ein erster Elektromotor (10) zur Durchführung der Axialbewegung der Plastifizierschnecke und ein zweiter Elektromotor (16) zur Durchführung der Drehbewegung der Plastifizierschnecke vorgesehen ist, wobei beide Elektromotore (10, 16) mit ihren Achsen fluchtend zur Achse der Schnecke anordenbar sind und mindestens ein Elektromotor (10, 16) ein Hohlwellenmotor ist.
Um bei möglichst einfachem Aufbau eine Zentralschmierung zu gewährleisten wird vorgeschlagen, dass der Rotor (14) oder die Hohlwelle eines Elektromotors (10) als Schmiermittelwanne (34) für ein Schmiermittel ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für eine Plastifizierschnecke einer Spritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche gattungsgemäßen elektrische Antriebseinheiten sind beispielsweise aus der DE 43 44 335 A1 sowie EP 1162 053 A2 bekannt.

Nachteilig bei der bisherigen Ausführung einer solchermaßen aufgebauten elektrischen Antriebseinheit ist die Schmierung der verschiedenen beweglichen Elemente sowie der komplexe Aufbau. So ist der Kugelgewindetrieb einer Spindel-Spindelmutter-Antriebseinheit (nachfolgend kurz Spindel-Mutter-Kombination genannt) sowie die Zahnprofilwelle mit Fett oder Öl zu schmieren und nach außen abzudichten. Diese Abdichtung zu den Rotoren ist in der Regel kompliziert und störanfällig. Der Einsatz eines separaten Schutzrohres oder einer gesonderten Hohlwelle zur Trennung der Schmiermittelräume garantiert keine sichere Funktion der so verwendeten Dichtelemente, da oftmals Form- und Lagetoleranzen der beteiligten mechanischen Komponenten im Bereich der Dichtungen zulässige Toleranzen überschreiten. Aus diesem Grunde ist eine sichere Montage der Dichtungen und mechanischen Komponenten ohne die Gefahr der Beschädigung der Dichtungen nicht zu garantieren, so dass es immer wieder zu Leckagen in Schmiersystemen kommt.

In der DE 11 67 431 A ist überdies eine motorgetriebene Vorrichtung zur Betätigung eines Ventilschaftes bekannt, bei der mittels eines Hohlwellenmotors und einer Mutter-Spindel-Kombination ein Ventilschaft angetrieben wird. Dabei werden die Lagerstellen der Hohlwelle geschmiert. Eine Schmierung der Spindel-Mutter-Kombination ist jedoch nicht ersichtlich.

Die DE 102 35 078 B4 beschreibt einen Spindelmotor mit einem Stator und einem Rotor, der als Hohlwelle ausgeführt ist. Die mit der Hohlwelle formschlüssig verbundene Mutter wirkt mit einer Spindel zur Erzeugung einer Axialbewegung zusammen. Mittels eines steuerbaren Fettspeichers werde die Gewinde geschmiert, wobei das Schmittmittel über eine Bohrung, die im Bereich des Außengewindes endet, eingebracht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße elektrische Antriebseinheit zu schaffen, die einfach aufgebaut und montierbar ist, eine maximale Funktionssicherheit garantiert und eine ordnungsgemäße Schmierung der gegeneinander beweglichen Teile vorsieht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Demgemäß liegt ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung darin, dass der Rotor oder die Hohlwelle eines der Elektromotore als Wanne für ein Schmiermittel ausgebildet ist. Das Schmiermittel ist damit in einer rotationsangetriebenen Einheit aufgenommen und verteilt sich beim Betrieb dieser Einheit beispielsweise im Bereich der Spindel-Mutter-Kombination oder einer Profilwellenverzahnung. Auch können eventuell vorgesehene Lager damit geschmiert werden.

Insbesondere die Ausbildung des Rotors oder der Hohlwelle des ersten Elektromotors, in dessen Bereich zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung eine Spindel-Mutter-Kombination vorgesehen sein kann, als Schmiermittelwanne ist von Vorteil.

Damit wird die Spindel-Mutter-Kombination in optimaler Weise mit Schmiermittel versorgt. Um die Schmiermittelwanne gegenüber dem restlichen Gehäuse abzudichten, sind Dichtelemente, beispielsweise Wellendichtringe, vorgesehen.

So kann innerhalb des Rotors des zweiten Elektromotors eine Hohlwelle angeordnet sein, die mit einer Dichtung, insbesondere einem Dichtring (Wellendichtring) im Bereich des Rotors des ersten Hohlwellenmotors zusammenwirkt, und zwar derart, dass im Wesentlichen kein Schmiermittel in den Außenbereich dieser Hohlwelle des zweiten Elektromotors gelangt.

Zu diesem Zweck kann die Hohlwelle, die am Rotor des zweiten Elektromotors angeflanscht ist, so weit verkürzt werden, dass die Dichtung im Rotor des Einspritzmotors gerade noch erreicht wird.

Um die Hohlwelle lagegenau einsetzen und halten zu können sind gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen Zentrierelemente vorgesehen, die beispielsweise eine Abstützung der Hohlwelle gegenüber dem Rotor des zweiten Elektromotors ermöglichen.

Auf diese Weise können die für die Dichtwirkung ausschlaggebenden Form- und Lagetoleranzen reduziert werden, so dass solche Toleranzen klein gehalten werden können und damit unkritisch für die sichere Funktion der Dichtung und der gesamten Einrichtung sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am dem zweiten Elektromotor zugewandten Ende der Spindel eine Profilwelle vorgesehen, die in ein korrespondierendes Eingriffsteil der Hohlwelle des Zweitelektromotors derart eingreift, dass eine Axialverschiebung zwischen Spindel und Hohlwelle ermöglicht ist.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend und mit Bezug auf die einzige beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit.
Die in der Figur dargestellte Antriebseinheit wird üblicherweise an einem nicht dargestellten Plastifizierzylinder einer Plastifizier- und Einspritzeinheit befestigt und dient zum rotatorischen und axialen Antrieb einer Plastifizierschnecke.
Die vorliegende Antriebseinheit kann mit einem Lagergehäuse 11, welches radial über den Außenumfang verteilt Bohrungen aufweist, an dem nicht dargestellten Plastifizierzylinder angeschraubt werden.
Im Lagergehäuse ist ein Axiallager 32 vorgesehen, welches – wie später noch deutlich wird – zur radialen und axialen Abstützung eines Rotors 14 eines ersten Elektromotors 10 dient.
Am Lagergehäuse 11 sind koaxial zueinander und hintereinander zwei Elektromotoren 10 und 16 befestigt, die jeweils einen Stator 12 bzw. 18 (erster Elektromotor 10) sowie einen Rotor 14 bzw. 20 (zweiter Elektromotor 16) besitzen. Der Stator 12 des ersten Elektromotors 10 ist an einer Stirnseite unmittelbar mit dem Lagergehäuse 11 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist der Stator 12 des Elektromotors 10 mit dem Stator 18 des Elektromotors 16 verschraubt.
An der wiederum gegenüberliegenden Stirnseite des Elektromotors 16 ist ein Deckel 24 befestigt. Somit bilden das Lagergehäuse 11, die Statoren 12 und 18 sowie der Deckel 24 im wesentlichen das Gehäuse der Gesamtanordnung.
Der Rotor 14 des ersten Elektromotors 10 ist lagergehäuseseitig mit dem Axiallager 32 verbunden, so dass die radiale und axiale Abstützung des Rotors 14 sichergestellt ist.
Radial innerhalb des Rotors 14 des ersten Hohlwellenmotors 10 ist eine Spindelmutter 29 einer Spindel-Mutter-Kombination vorgesehen, die mit dem Rotor 14 fest verbunden ist. Durch diese Spindelmutter 29 koaxial hindurch erstreckt sich eine Spindel 28, die am linken Ende der Figur über die Antriebseinheit vorsteht und an diesem Ende zur Kopplung mit einer nicht dargestellten Plastifizierschnecke ausgebildet ist.
Am in der Figur rechten Ende ist die Spindel 28 mit einem Profilwellenabschnitt 30 versehen, der mit einem korrespondierend ausgebildeten Eingriffsteil 23 einer koaxial angeordneten Hohlwelle 22, die dem zweiten Elektromotor 16 zugeordnet ist, in einer drehfesten Eingriffsverbindung steht. Obwohl drehfest ist die Eingriffsverbindung zwischen Profilwellenabschnitt 30 und Eingriffsteil 23 jedoch axial verschieblich ausgestaltet.
Die Hohlwelle 22 ist koaxial zum zweiten Elektromotor 16 ausgerichtet und mit dem Rotor 20 des zweiten Elektromotors 16 fest verbunden. Damit wird sie vom Rotor 20 drehangetrieben.
An der in der Figur rechten Seite ist die Hohlwelle 22 unter Zwischenschaltung eines Zentrierelement 26 genau zentrisch ausgerichtet gehalten. Dabei ist das Zentrierelement 26 mit dem Deckel 24 verschraubt, der wiederum mit dem Stator 18 des zweiten Elektromotors 20 verschraubt ist. Dies legt das Zentrierelement 26 rotatorisch fest. Es stützt jedoch die Hohlwelle 22, welche drehbar am Zentrierelement 26 gehalten ist ab.
Eine weitere zentrische Ausrichtung der Hohlwelle 22 ist mit einem Zentrierring 31 erreicht, der im linken Bereich zwischen dem Rotor 20 und der Hohlwelle 22 angeordnet ist und die koaxiale Ausrichtung von Hohlwelle 22 und Rotor 20 gewährleistet.
Um eine Dichtheit der gesamten Anordnung zu gewährleisten, sind verschiedene Dichtsysteme vorgesehen.
Zum einen ist ein erster Wellendichtring 36 zwischen dem Rotor 14 und dem linken stirnseitigen Abschnitt der Hohlwelle 22 angeordnet. Weiter ist ein zweiter Wellendichtring 37 zwischen dem inneren rechten stirnseitigen Ende der Hohlwelle 22 und dem Zentrierelement 26 vorgesehen. Schließlich ist ein dritter Wellendichtring 38 zwischen einem zwischen dem Rotor 14 und dem Axiallager 32 zwischengeschalteten Adapterstück und dem Lagergehäuse 11 angeordnet.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit kann wie folgt beschrieben werden:
Durch eine Drehung des Rotors 14 des ersten Elektromotors 10 wird die fest mit dem Rotor verbundene Spindelmutter 29 drehangetrieben. Abhängig von der Drehgeschwindigkeit der Spindel 28, also entsprechend der Drehdifferenz von Spindelmutter 29 und Spindel 28, kommt es aufgrund der Wirkung der Mutter-Spindel-Kombination zu einer Axialverschiebung der Spindel 28, wobei sich der Profilwellenteil 30 entsprechend axial im Eingriffsteil 23 der Hohlwelle 22 verschiebt. Je nach gewählter Betriebsweise kann die Einspritzbewegung einer Plastifizierschnecke bzw. das Zurückziehen während des Aufdosiervorganges realisiert werden.
Mit dem zweiten Elektromotor 16 wird die Spindel 28 und damit auch die mit der Spindel 28 verbundene (nicht dargestellte) Plastifizierschnecke drehangetrieben. Die Kraftübertragung erfolgt dabei vom drehenden Rotor 20 über die mit dem Rotor verbundene Hohlwelle 22 des Eingriffteils 23 auf den Profilwellenabschnitt 30 und damit die Spindel 28.
Erfindungsgemäß ist der Rotor 14 des ersten Elektromotors 10 als Schmiermittelwanne ausgebildet, in der beim zusammengebauten Zustand ein Schmiermittel aufgenommen ist.
Beim Betrieb der elektrischen Antriebseinheit wird nun nahezu in allen Betriebszuständen der Rotor 14 gedreht. Dadurch wird die „Schmiermittelwanne" ebenfalls in Rotation versetzt, wodurch sich das darin angeordnete Schmiermittel verteilt und den zu schmierenden Bereich zwischen der Spindelmutter 29 und der Spindel 28 sowie zwischen dem Profilwellenteil 30 und dem Eingriffsteil 23 erreicht.
Wie in der Figur zu erkennen ist, kann sich das Schmiermittel über Kanäle im Eingriffsteil 23 auch in den Raum innerhalb der Hohlwelle 22 verteilen. Damit wird auch der Lagerbereich zwischen dem Zentrierelement 26 und der Hohlwelle 22 geschmiert. Eine Abdichtung nach außen ist mit dem Wellendichtring 37 sichergestellt. Wird der Profilwellenabschnitt 30 in den inneren Bereich der Hohlwelle 22 hinein verfahren, so kann darin aufgenommenes Schmiermittel über die Kanäle wieder in den Bereich der Schmiermittelwanne 34 austreten. Auch der hintere Bereich der Hohlwelle 22, der am Zentrierelement 26 anliegt, wird also geschmiert.
Ein weiterer besonderer Vorteil der vorliegenden Anordnung ist dadurch gegeben, dass eine einfache, sichere und fehlerfreie Montage der einzelnen mechanischen Komponenten möglich ist.
So kann bei der Montage der gesamten Anordnung zunächst ein erster Teil des Gehäuses gebildet werden, indem die beiden Elektromotore 10 und 16 an das Lagergehäuse 11 angeschraubt werden. Damit ist die Einheit aus Lagergehäuse 11, Elektromotor 10 und Elektromotor 16 gebildet, was den Außenumfang definiert.
Sodann kann nach dem Befestigen der Spindelmutter 29 am Rotor 14 des ersten Elektromotors 10 die Spindel 28 in die Spindelmutter 29 eingeschoben werden.
Anschließend ist es möglich, die Hohlwelle 22 in die Anordnung einzuführen, wobei durch eine leicht konische Ausgestaltung des vorderen Stirnbereichs der Hohlwelle 22 sowie einen leicht konisch ausgestalteten Innenbereich des Zentrierrings 31 ein einwandfreies und passgenaues Einfügen der Hohlwelle 22 in den Dichtring 36 möglich ist, ohne dass dieser beschädigt wird.
Anschließend kann die Hohlwelle 22 am Rotor 20 befestigt werden. Durch Aufsetzen des mit dem Zentrierelement 26 versehenen Deckels 26 erfolgt auch auf der rechten Stirnseite der Hohlwelle eine genaue Ausrichtung sowie eine funktionssichere Abdichtung mit dem Wellendichtring 37.
Insgesamt können Form- und Lagetoleranzen nahezu ausgeschlossen werden, so dass sich eine sichere Funktionsweise der gesamten Anordnung ergibt. Eine Abdichtung zwischen der Schmiermittelwanne 34 und dem Außenbereich der Hohlwelle 22 ist dabei mit dem Dichtring 36 sichergestellt.
Der sehr einfache mechanische Aufbau garantiert dabei nicht nur eine kostengünstige Herstellung aufgrund der geringen Anzahl von Einzelteilen, sondern auch eine geringst mögliche Form- und Lagetoleranz im Bereich der Dichtelemente. Damit ist nicht nur die Funktionssicherheit der Dichtung, sondern auch ein geringer Verschleiß garantiert, der zu einer hohen Lebensdauer der Gesamtanordnung führt. Überdies lässt sich mit der vorliegenden Anordnung eine Zentralschmierung zumindest von Kugelgewindetrieb und Zahngetriebewelle erreichen. Zudem können auch weitere Stellen, z.B. Lagerstellen bei entsprechender Ausgestaltung geschmiert werden.

10: Erster Hohlwellenmotor
11: Lagergehäuse
12: Stator des ersten Hohlwellenmotors
14: Rotor des ersten Hohlwellenmotors
16: Zweiter Hohlwellenmotor
18: Stator des zweiten Hohlwellenmotors
20: Rotor des zweiten Hohlwellenmotors
22: Hohlwelle des zweiten Hohlwellenmotors
23: Eingriffsteil
24: Deckel
26: Zentrierelement
28: Gewindespindel
29: Gewindemutter
30: Profilwellenabschnitt
31: Zentrierring
32: Axiallager
34: Schmiermittelwanne
36: Wellendichtring
37: Wellendichtring
38: Wellendichtring

Claims

Elektrische Antriebseinheit für eine Plastifizierschnecke einer Spritzgießmaschine mit einem aus zwei Elektromotoren (10, 16) bestehenden Schneckenantrieb, von denen ein erster Elektromotor (10) zur Durchführung der Axialbewegung der Plastifizierschnecke und ein zweiter Elektromotor (16) zur Durchführung der Drehbewegung der Plastifizierschnecke vorgesehen ist, wobei beide Elektromotore (10, 16) mit Ihren Achsen fluchtend zur Achse der Schnecke anordenbar sind und mindestens ein Elektromotor (10, 16) ein Hohlwellenmotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) oder die Hohlwelle eines Elektromotors (10) als Schmiermittelwanne (34) für ein Schmiermittel ausgebildet ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) oder die Hohlwelle des ersten Elektromotors (10) als Schmiermittelwanne dient.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Elektromotor (10) eine Spindel-Mutter-Kombination (28, 29) zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Elektromotors (10) in eine Axialbewegung der Schnecke zugeordnet ist und die Spindel-Mutter-Kombination (28, 29) mit dem Schmiermittel schmierbar ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtmittel (36, 38), insbesondere ein Dichtring, vorgesehen ist, mit das Innere des als Schmiermittelwanne dienenden Rotors oder Hohlwelle gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass radial innerhalb des Rotors (20) des zweiten Elektromotors (16) eine Hohl welle (22) vorgesehen ist, die mit einer Dichtungseinrichtung (36) im Bereich des Rotors (14) des ersten Hohlwellenmotors (10) derart zusammenwirkt, dass im wesentlichen kein Schmiermittel außerhalb der Hohlwelle (22) des zweiten Elektromotors (16) gelangt.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am dem zweiten Elektromotor (16) zugewandten Ende der Spindel (28) ein Profilwellenabschnitt (30) vorgesehen ist, der in ein korrespondierendes Eingriffsteil (23) der Hohlwelle (22) des zweiten Elektromotors (16) derart eingreift, dass beide Elemente drehfest miteinander verbunden sind, jedoch eine Axialverschiebung zwischen Spindel (28) und Hohlwelle (22) ermöglicht ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (28) der Spindel-Mutter Kombination in den Innenraum der Hohlwelle (22) hinein verfahrbar ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) oder die Hohlwelle (22) des zweiten Elektromotors (16) mittels eines oder mehrerer Zentrierelemente (26) positionsgenau gehalten ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (20) des zweiten Elektromotors (16) und der Hohlwelle (22) des zweiten Elektromotors (16) ein Zentrierring (31) angeordnet ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentrierelement (26) zwischen einem Deckel (24), der am Stator (18) des zweiten Elektromotors (16) befestigt ist, und der Hohlwelle (22) des zweiten Elektromotors (16) angeordnet ist und die Hohlwelle (22) zentrierend abstützt.