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Die vorliegende Erfindung betrifft eine vertikale Schließeinheit einer Formgebungsmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schließeinheit.
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Unter Formgebungsmaschinen sind Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen zu verstehen.
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Beispielsweise aus der
JP 0639842 A ist es bekannt die unteren Kammern zumindest eines Hydraulikzylinders eines Eilhubs der beweglichen Formaufspannplatte mit einem Druckspeicher zu verbinden.
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Aus der
DE 10 2005 017 878 B3 ist es bekannt, ein Proportional- oder Regelventil vorzusehen, um den Staudruck in unteren Kammern derjenigen Hydraulikzylinder, welche nicht mit dem Druckspeicher verbunden sind, zu steuern oder zu regeln. Nachteilig an der darin offenbarten Anordnung ist der relativ hohe Regelungsaufwand, welcher durch die Staudruckregelung mittels einer Differenzdruckregelung nötig wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Alternative zu den Bauweisen des Standes der Technik zu schaffen und ein alternatives Betriebsverfahren für eine solche Schließeinheit bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Schließeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 19 gelöst
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Zum einen kann dies durch zumindest eine elektrische Achse zum Verfahren der beweglichen Formaufspannplatte relativ zur feststehenden Formaufspannplatte erreicht werden. Eine solche Ausführung erlaubt es, die Vorteile eines elektrischen Eilhubs mit der Effizienz und der Einfachheit eines hydraulischen Druckspeichers zu kombinieren.
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Andererseits kann dies dadurch erreicht werden, dass eine obere Kammer des wenigstens einen Hydraulikzylinders mit einer mittels einer Regel- oder Steuereinrichtung geregelten oder gesteuerten Pumpe zum Fördern eines Hydraulikfluids hydraulisch verbunden ist. Durch diese Maßnahme wird die aufwändige Regelung oder Steuerung eines Differenzdruckes vermieden, wobei der Differenzdruck zwischen Kammern verschiedener Hydraulikzylinder vorliegt.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird dies dadurch gelöst, dass ein mit einer unteren Kammer zumindest eines Hydraulikzylinders hydraulisch verbundener Druckspeicher soweit geladen wird, dass durch die Kraftwirkung des Hydraulikzylinders ein Gewicht einer beweglichen Formaufspannplatte zusammen mit allfällig von der Formaufspannplatte getragenen Komponenten in einer geöffneten Stellung der beweglichen Formaufspannplatte relativ zu einer feststehenden Formaufspannplatte zumindest im Wesentlichen kompensiert wird.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gewichtskompensation nach der geöffneten Stellung der beweglichen Formaufspannplatte kalibriert. Unter einer geöffneten Stellung der beweglichen Formaufspannplatte ist zu verstehen, dass es möglich sein muss, die Formteile aus dem Werkzeug zu entnehmen. Diese Maßnahme hat zum einen den Vorteil, dass für das Aufreißen des Werkzeugs nach erfolgtem Formgeben ein größerer gespeicherter Druck bereit steht. Außerdem haben Änderungen wie beispielsweise der Formhöhe weniger Einfluss auf die Kalibrierung des Druckspeichers. Durch eine leichtere Anhebung des Druckniveaus im Druckspeicher wird also eine etwas höhere Effizienz und eine leichtere Bedienung der Maschine erreicht.
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Schutz wird ebenfalls für eine Formgebungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Schließeinheit begehrt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich anhand der abhängigen Ansprüche.
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Es kann eine Vorrichtung zum Laden des Druckspeichers vorgesehen sein, welche mittels der Regel- oder Steuereinrichtung entsprechend geregelt wird. Natürlich kann die Vorrichtung zum Laden des Druckspeichers auch zum Entladen des Druckspeichers ausgebildet sein.
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Die Pumpe oder eine weitere Pumpe kann Teil der Vorrichtung zum Laden des Druckspeichers sein, wobei die Pumpe oder die weitere Pumpe mit dem Druckspeicher hydraulisch verbunden ist.
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Dies eröffnet die Möglichkeit den Druckspeicher – gesteuert oder geregelt durch die Regel- oder Steuereinrichtung – mittels der Pumpe oder der weiteren Pumpe zu überladen, um eine Öffnungsbewegung der beweglichen Formaufspannplatte zu erwirken. Die restlichen Eilhubantriebe können auf diese Weise entlastet werden.
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Die Vorrichtung zum Laden des Druckspeichers kann auch zumindest eine Druckflasche für ein gasförmiges Hydraulikfluid aufweisen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zum Laden des Druckspeichers ein Schaltventil aufweist, mittels welchem ein Strom eines Hydraulikfluids vom Druckspeicher zur Vorrichtung zum Laden des Druckspeichers hemmbar ist. Dadurch wird es vermieden, dass die Pumpe oder die weitere Pumpe ständig aktiviert sein muss, um das Druckniveau im Druckspeicher zu halten.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwei elektrische Achsen – vorzugsweise genau zwei elektrische Achsen – und/oder zwei Hydraulikzylinder – vorzugsweise genau zwei Hydraulikzylinder – vorgesehen sind.
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Die zumindest eine elektrische Achse kann vorzugweise als ein von einer elektrischen Maschine angetriebener Spindeltrieb ausgeführt sein, was eine besonders einfache Bauweise darstellt. Dabei kann die elektrische Maschine an der beweglichen Formaufspannplatte oder einem Maschinenrahmen befestigt sein. Dasselbe gilt für die Spindel.
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Es kann aber auch zumindest ein weiterer Hydraulikzylinder vorgesehen sein, welcher nicht mit dem Druckspeicher hydraulisch verbunden ist, wobei eine untere Kammer des zumindest einen weiteren Hydraulikzylinders mit der oder einer weiteren Pumpe hydraulisch verbunden ist. Dabei können bevorzugt zwei weitere Hydraulikzylinder – vorzugsweise genau zwei weitere Hydraulikzylinder – vorgesehen sein.
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Eine paarweise Anordnung von elektrischen Achsen bzw. Hydraulikzylindern kann vorteilhaft sein, da gattungsgemäße Schließeinheiten in einer Draufsicht zumeist rechteckig angeordnet sind. Denn dies ermöglicht es, die zwei elektrischen Achsen und/oder die zwei Hydraulikzylinder und/oder die zwei weiteren Hydraulikzylinder jeweils in der Draufsicht einander diagonal gegenüberliegend anzuordnen, was es erleichtert, den Massenmittelpunkt der beweglichen Formaufspannplatte samt allfälliger Komponenten auf der Maschinenachse zu halten.
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Gemäß einer optionalen Ausführung können obere Kammern des zumindest einen Hydraulikzylinders und obere Kammern des zumindest einen weiteren Hydraulikzylinders hydraulisch miteinander verbunden sein. Dies ermöglicht es, die Gegenkraft, welche notwendig ist, um die Schließeinheit gegen die Wirkung des Druckspeichers zu schließen, auf so viele verschiedene Hydraulikzylinder wie möglich zu verteilen, wodurch das Druckniveau in den oberen Kammern dieser Hydraulikzylinder niedriger gehalten werden kann. Außerdem lässt sich mit mehr Hydraulikzylindern eine höhere Zuhaltekraft erreichen, was zum Beispiel bei Formwerkzeugen mit Federvorspannung wichtig sein kann. Die entsprechende Zuhaltekraft muss dann nämlich bis zur Verriegelung aufrechterhalten werden.
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Es kann ein mit der Regel- oder Steuereinrichtung verbundenes Ventil als Stellglied für eine Regelung oder Steuerung einer Druckbeaufschlagung der oberen Kammer des zumindest einen Hydraulikzylinders durch die Pumpe vorgesehen sein, welches bevorzugt als Wegeventil ausgeführt ist.
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Alternativ kann die obere Kammer des zumindest einen Hydraullikzylinders mittels einer geregelten oder gesteuerten Pumpe direkt, d. h. ohne Verwendung eines Ventils zur Regelung oder Steuerung, mit Druck beaufschlagt werden.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die Regel- oder Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Druckbeaufschlagung der oberen Kammer des zumindest einen Hydraulikzylinders so zu regeln oder zu steuern, dass ein Mindestdruck in der oberen Kammer des zumindest einen Hydraulikzylinders nicht unterschritten wird. Wird ein solcher Mindestdruck unterschritten, kann es sein, dass es zu Kavitätenbildung in den Hydraulikleitungen oder Kammern der Hydraulikzylinder kommt. Dies wird durch diese Maßnahme vermieden.
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Das Hydraulikfluid kann ein Hydrauliköl beinhalten und/oder gasförmig sein.
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Der Druckspeicher kann als Blasenspeicher ausgebildet sein, d. h. eine Blase aus flexiblem Material aufweisen, in welcher ein komprimierbares Medium eingeschlossen ist. Der Druckspeicher kann auch mehrere Einheiten solcher Blasenspeicher beinhalten.
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Für eine besonders einfache und kompakte Ausführung des Druckspeichers kann dieser in die untere Kammer des zumindest einen Hydraulikzylinders integriert sein. Der Druckspeicher kann dann als Kolbenspeicher ausgeführt sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schließeinheit mit zwei elektrischen Achsen,
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2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schließeinheit mit zwei elektrischen Achsen,
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3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schließeinheit mit zwei elektrischen Achsen sowie
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4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schließeinheit mit zwei weiteren Hydraulikzylindern.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schließeinheit 1 mit einer feststehenden Formaufspannplatte 2 und einer beweglichen Formaufspannplatte 3. Für eine Beaufschlagung der beweglichen Formaufspannplatte 3 mit einer Schließkraft verfügt die Schließeinheit 1 über vier Holme 23 (der Übersichtlichkeit halber sind nur die zwei vorderen dargestellt), Verriegelungsvorrichtungen 22 sowie Druckkissen 21. In einer geschlossenen Stellung der Schließeinheit 1, das heißt, wenn Formhälfte, welche an der beweglichen Formaufspannplatte 3 und der feststehenden Formaufspannplatte 2 montiert sind, einander berühren, wird die bewegliche Formaufspannplatte 3 mittels der Verriegelungsvorrichtungen 22 relativ zu den Holmen 23 verriegelt. Dann kann mittels der Druckkissen 21 die relativ hohe Schließkraft aufgebracht werden. Die Druckkissen 21 sind aber nicht dafür geeignet, die Schließeinheit 1 soweit zu öffnen, dass Formteile entnommen werden können.
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Hierfür weist die Schließeinheit 1 weitere Eilhubvorrichtungen auf. Dies sind in diesem Fall zwei Hydraulikzylinder 4 und zwei elektrische Achsen 7. Die zwei Hydraulikzylinder 4 verfügen jeweils über eine untere Kammer 6 und eine obere Kammer 8, wobei die oberen Kammern 8 in diesem Ausführungsbeispiel nicht druckbeaufschlagt sind.
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Die unteren Kammern 6 der Hydraulikzylinder 4 sind mit dem als zwei Blasenspeicher ausgeführten Druckspeicher 5 hydraulisch verbunden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die bewegliche Formaufspannplatte 3 und die feststehende Formaufspannplatte 2 strichliert dargestellt sind, um eine bessere Übersichtlichkeit zu gewähren. Wie aus der Darstellung in 1 zu entnehmen ist, sind die elektrischen Achsen 7 und die Hydraulikzylinder 4 in einer Draufsicht einander diagonal gegenüber angeordnet.
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Die elektrischen Achsen 7 sind in diesem Fall als an der feststehenden Formaufspannplatte 2 montierte Spindeln ausgeführt, welche mit (nicht dargestellten) Muttern zusammenwirken, wobei die Muttern mittels der elektrischen Maschinen 18 angetrieben werden. Die Stator der elektrischen Maschinen 18 sind an der beweglichen Formaufspannplatte 3 befestigt. Alternativ können auch die Spindeln an der beweglichen Formaufspannplatte 3 und die Statoren der elektrischen Maschinen 18 an der festen Formaufspannplatte 2 befestigt sein.
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Im entriegelten Zustand der Verriegelungsvorrichtungen 22 kann die bewegliche Formaufspannplatte 23 deshalb durch die Wirkung der Hydraulikzylinder 4 – unter Unterstützung durch die Druckspeicher 5 – und der elektrischen Achsen 7 geöffnet und geschlossen werden.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche der Ausführungsform aus 1 ähnlich ist. Der Unterschied besteht darin, dass in der Ausführung gemäß 2 eine Vorrichtung 11 zum Laden des Druckspeichers 5 vorgesehen ist. Diese Vorrichtung beinhaltet eine – in dieser Ausführung elektrisch angetriebene – Pumpe 10 und ein Schaltventil 17. Während dem Laden des Druckspeichers 5 durch die Pumpe 10 wirkt das Schaltventil 17 als Rückschlagventil, sodass das Hydraulikfluid zum Laden des Druckspeichers 5 nicht zurück zur Pumpe 10 fließen kann. Solange das Laden des Druckspeichers 5 nicht notwendig ist, ist das Schaltventil 17 geschlossen.
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In einer weiteren Ausführungsform, welche in 3 dargestellt ist, sind die Hydraulikzylinder 4 so verschaltet, dass es möglich ist, die oberen Kammern 8 der Hydraulikzylinder 4 mit Druck zu beaufschlagen. Hierfür steht ein als Wegeventil ausgeführtes Ventil 16 zur Verfügung, welches entweder so geschalten wird, dass in den oberen Kammern 8 vorhandener Druck in einen Tank abgelassen wird, oder so, dass mittels der Pumpe eine Druckbeaufschlagung der oberen Kammern 8 vollzogen wird. Dadurch können die Hydraulikzylinder 8 die elektrischen Achsen 7 beim Schließen der Schließeinheit 1 unterstützen.
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4 zeigt eine Ausführungsform, welche ähnlich ist zu jener aus 3. Im Unterschied zu derjenigen aus 3 sind die elektrischen Achsen 7 durch weitere Hydraulikzylinder 12 ersetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind diese Hydraulikzylinder 12 einfachwirkend ausgeführt, das heißt, deren obere Kammern 15 sind nicht druckbeaufschlagt.
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Die unteren Kammern 13 der weiteren Hydraulikzylinder 15 sind entsprechend über das Ventil 16 mit der Pumpe 10 verbunden. Über eine zusätzliche Stellung des Ventils 16 sind zusätzlich die unteren Kammern 13 mit Druck beaufschlagbar.
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In der Ausführungsform gemäß 4 können die oberen Kammern 8 der Hydraulikzylinder 4 und die oberen Kammern 15 der weiteren Hydraulikzylinder 12 hydraulisch miteinander verbunden sein.
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Optional kann in allen Ausführungsformen in der Hydraulikleitung, welche die oberen Kammern 8 der Hydraulikzylinder 4 versorgt, ein entsperrbares Rückschlagventil 24 vorgesehen sein. Die Steuerleitung 25 ist dabei mit derjenigen Hydraulikleitung verbunden, welche die unteren Kammern 6 der Hydraulikzylinder 4 versorgt. Unterschreitet eine Druckdifferenz zwischen der Hydraulikleitung, welche die oberen Kammern 8 der Hydraulikzylinder 4 versorgt, und derjenigen, welche die unteren Kammern 6 der Hydraulikzylinder 4 versorgt, einen gewissen Grenzwert, wird die Sperrung durch das entsperrbare Rückschlagventil 24 aufgehoben und der Druck in den oberen Kammern 8 der Hydraulikzylinder 4 kann ohne Widerstand durch das entsperrbare Rückschlagventil 24 abgebaut werden.
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Durch ein entsprechendes entsperrbares Rückschlagventil 24 kann ein Formwerkzeug passiv geschlossen gehalten werden, was zum Beispiel bei federvorgespannten Formwerkzeugen vorteilhaft sein kann.
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Ein Druckaufnehmer 26 auf der unteren Kammer 13 der weiteren Hydraulikzylinder 12 ist ausreichend um die Druckspeicher 5 auf den jeweils optimalen Vorspanndruck in Abhängigkeit vom Gewicht des Formwerkzeugs und vom Öffnungshub bringen zu können.
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Das Gewicht der beweglichen Formaufspannplatte 3 wird in geöffneter Position je nach Aufladung des Druckspeichers 5 mehr oder weniger durch die Kolbenkraft der Hydraulikzylinder 4 und/oder der weiteren Hydraulikzylinder 12 gehalten. Ist der Druck in den Zylindern im offenen Zustand der Maschine auf ein Minimum bzw. sogar Null, heißt das, dass praktisch das gesamte Gewicht von den Zylindern und somit von der Speichervorspannung gehalten wird.
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Somit muss bei Maschinenstart oder nach einem Werkzeugwechsel über die Vorrichtung 11 zum Laden und Entladen des Druckspeichers 5 und eine entsprechende Pumpenansteuerung der Druckspeicher 5 so lange geladen oder entladen werden, bis der Druckaufnehmer 26 einen minimalen Druck anzeigt (z. B.: 20 bar).
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Ein gewisser Minimaldruck ist notwendig um sicherzustellen, dass:
- – die weiteren Hydraulikzylinder 12 sicher mit Öl gefüllt sind und nicht eventuell durch ein Überladen des Druckspeichers 5 sogar kolbenseitig kavitieren und
- – die Druckveränderungen die sich durch den Öffnungs- und Schließvorgang zwangsläufig im Druckspeicher 5 ergeben ausgeglichen werden können.
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Da sowohl das veränderliche Volumen der Hydraulikzylinder 4 und der weiteren Hydraulikzylinder 12 über den Hub, als auch die Anzahl von Druckspeichereinheiten, das Volumen und die Ladung des Druckspeichers 5 bekannt sind, ist auch die maximal mögliche Änderung des Druckes in den unteren Kammern 6 und 13 der Hydraulikzylinder 4 und der weiteren Hydraulikzylinder 12 über den Hub bekannt. Somit lässt sich der optimale Minimaldruck auch in Abhängigkeit vom Öffnungshub errechnen und die optimale Ladung des Druckspeichers 5 ist völlig unabhängig vom aktuellen Öffnungshub möglich.
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Berechnungsbeispiel:
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- – die Berechnung der Druckänderung im Druckspeicher 5 durch Verfahren des gesamten Hubes der Hydraulikzylinder 4 und 12 ergibt z. B.: 20 bar
- – der maximale Verfahrhub ist 1000 mm
- – der gewünschte minimale Druck in den unteren Kammern 6 und 13 der Hydraulikzylinder 4 und 12 ist 10 bar
- – der minimale Druck in den Zylindern tritt logischerweise im komplett geschlossenen (Hydraulikzylinder 4 und 12 ganz eingefahren) Zustand auf, da hier der Druckspeicher 5 am höchsten geladen sind und daher mehr Kraft von den Hydraulikzylindern 4 und 12 übernommen wird
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Mit diesen Annahmen würde im komplett geschlossen Zustand der minimal optimale Druck von 10 bar in den unteren Kammern 6 und 13 der Hydraulikzylinder 4 und 12 wirken, im komplett offenem Zustand 30 bar (unter der Voraussetzung, dass alle 4 Hydraulikzylinder 4 und 12 gleichen Kolbendurchmesser haben – hätten beispielsweise die Hydraulikzylinder 4 und die weiteren Hydraulikzylinder 12 unterschiedliche Durchmesser müssten diese Flächenverhältnisse entsprechend berücksichtigt werden). Daraus lässt sich der ideale Ladedruck bei jedem beliebigen Hub errechnen.
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Ähnliche Berechnungsmethoden können auch bei den übrigen Ausführungsformen mit elektrischen Achsen 19 eingesetzt werden. Anstelle der Druckaufnehmer 26 können dabei Drehmomentmessungen oder Dehnungsmessstreifen zum Einsatz kommen, mittels welchen die jeweils herrschende Kraft gemessen werden kann.
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In allen Ausführungsformen kommt Öl als Hydraulikmedium zum Einsatz. Der Druckspeicher 5 ist als mehrere Blasenspeicher ausgeführt.
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Allerdings ist die Erfindung nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise könnten die oberen Kammern 15 der weiteren Hydraulikzylinder 12 und die oberen Kammern 8 der Hydraulikzylinder 4 hydraulisch miteinander verbunden sein (wodurch auch die weiteren Hydraulikzylinder 12 doppelwirkend wären). Der Druckspeicher 5 könnte außerdem in die unteren Kammern 6 der Hydraulikzylinder 4 integriert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 0639842 A [0003]
- DE 102005017878 B3 [0004]
