DE102021123755A1

DE102021123755A1 - Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine und Formgebungsmaschine mit einer entsprechenden Plastifiziereinheit

Info

Publication number: DE102021123755A1
Application number: DE102021123755.6A
Authority: DE
Inventors: Florian POROD; Günter Schott
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2022-03-17
Also published as: AT524177A1; AT524177B1; CN114179315A

Abstract

Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine mit einem Plastifizieraggregat (2) zum Plastifizieren und/oder Einspritzen eines Kunststoffes und einem Rahmen, insbesondere einem Zwischenrahmen (3), zur Lagerung zumindest einer Komponente des Plastifizieraggregates (2), wobei zumindest die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates (2) durch eine Führungseinheit (11) entlang einer Längsachse (5) des Plastifizieraggregates (2) am Rahmen linear verschiebbar gelagert ist, wobei die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates (2) mittels wenigstens eines Festkörpergelenks (4) relativ zur Führungseinheit (11) um die Längsachse (5) kippbar gelagert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 16, sowie eine Formgebungsmaschine mit einer entsprechenden Plastifiziereinheit.
Gattungsgemäße Plastifiziereinheiten verfügen über ein Plastifizieraggregat zum Plastifizieren eines Kunststoffes und einen Rahmen zur Lagerung des Plastifizieraggregates, wobei die Plastifiziereinheit durch eine Führungseinheit am Rahmen linear verschiebbar gelagert ist.
Unter Formgebungsmaschinen können Spritzgießmaschinen, Spritzpressen und dergleichen verstanden werden. Im Folgenden wird der Stand der Technik anhand einer Spritzgießmaschine dargestellt. Analoges gilt in Bezug auf allgemeine Formgebungsmaschinen.
Die bei Spritzgießmaschinen eingesetzten Plastifizieraggregate weisen zumeist einen Massezylinder (wird auch als Plastifizierzylinder bezeichnet) auf, in welchem sich eine rotierbare und entlang der Längsachse verschiebbare Plastifizierschnecke befindet.
Durch Drehen der Schnecke und der dadurch auftretenden Scherwärme sowie in den meisten Fällen auch eine externe Heizung zum Zuführen weiterer Wärme wird im Plastifizierzylinder Kunststoff plastifiziert, d.h. in einen plastischen Zustand versetzt. Der plastifizierte Kunststoff kann dann über eine Längsbewegung der Plastifizierschnecke eingespritzt werden, d.h. aus dem Plastifizierzylinder ausgeschoben und dadurch in eine Formkavität eines Formwerkzeugs eingebracht werden.
Durch die hohe Viskosität des Kunststoffs auch im plastifizierten Zustand müssen sowohl für das Plastifizieren als auch für das Einspritzen relativ hohe Kräfte aufgebracht werden, die - auch durch ihre Rückwirkungen - Verformungen der Lagerung des Plastifizieraggregates und Verformungen der Lagerungen einzelner Komponenten des Plastifizieraggregates verursachen.
Insgesamt kommt es also durch Bewegungen, Beschleunigungen und ausgeübte Kräfte, welche sich im Produktionszyklus in einer Plastifiziereinheit ergeben, zu Verformungen.
Diese Verformungen können sich beispielsweise auch durch die Trägheitskräfte, welche aus der Beschleunigung oder der Abbremsung des Plastifizieraggregates an der Führungseinheit des Plastifizieraggregates oder am Rahmen, herrühren ergeben.
Aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsformen gehen beispielsweise aus der DE 32 12 670 A1 oder der DE 20 2006 012 268 U1 hervor.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Plastifiziereinheit einer Spritzgießmaschine nahezu starr über eine Führungseinheit mit einem Rahmen der Plastifiziereinheit oder einem Maschinenrahmen der Spritzgießmaschine zu verbinden.
Da das Plastifizieraggregat bei Spritzgießmaschinen gegenüber einem Rahmen oder dem Maschinenrahmen mittels einer Führungseinheit gelagert ist, wirken sich die erwähnten Verformungen natürlich auch auf die Führungseinheit aus.
Diese Verformungen sind natürlich unter Berücksichtigung der verwendeten Materialien in absoluten Zahlen eher klein, beispielsweise einige Zehntel Millimeter. Dieser kleine Verformungsbereich wirkt sich jedoch schon massiv auf die Lebensdauer von Führungen aus, da auch zu berücksichtigen ist, dass Führungen üblicherweise durch sehr harte und spröde Werkstoffe ausgebildet sind, welche oft durch Härteverfahren oder Beschichtungsverfahren an den Führungsoberflächen noch zusätzlich für den Einsatz verfestigt werden.
Diese sehr harten und spröden Materialien und Oberflächen reagieren im Dauerfestigkeitsversuchen sehr stark auf Verformungen, wobei sich schon bei sehr geringen Verformungen und niederen Lastwechselzahlen Haarrisse und/oder plastische Verformungen bilden. Dies führt gerade bei Führungselementen schon sehr schnell zu Verschleißerscheinungen wie Genauigkeitsabweichungen und/oder nicht mehr gegeben Funktionalitäten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Plastifiziereinheit und eine Formgebungsmaschine mit einer solchen Plastifiziereinheit bereitzustellen, wobei Führungen der Plastifiziereinheit geringeren Beanspruchungen ausgesetzt werden, als dies im Stand der Technik der Fall ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich einer Plastifiziereinheit einerseits mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dies geschieht indem zumindest die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregats mittels wenigstens eines Festkörpergelenks relativ zur wenigstens einen Führungseinheit um eine Längsachse des Plastifizieraggregates kippbar gelagert ist.
Durch die erfindungsgemäße Verringerung der Beanspruchung der Führungen können zunächst höhere Standzeiten derselben erreicht werden.
Die Komponente des Plastifizieraggregates kann beispielsweise ein Dosierantrieb (also ein Antrieb zum Rotieren einer Plastifizierschnecke sein) und/oder eine Zylinderplatte des Plastifizieraggregates und/oder ein Zwischenrahmen der Plastifiziereinheit sein.
Selbstverständlich kann auch das Plastifizieraggregat insgesamt (d.h. bspw. samt Plastifizierschnecke, Massezylinder, Trägerplatte, Antrieben und/oder Zylinderplatte) gemäß der Erfindung gelagert sein und dadurch die zumindest eine Komponente bildet.
Durch das Vorsehen eines Festkörpergelenks, mittels welchem die zumindest eine Komponente (beispielsweise eine Zylinderplatte des Plastifizieraggregates) des Plastifizieraggregates relativ zur wenigstens einen Führungseinheit kippbar gelagert ist, wird außerdem eine schwankende Ausgleichsbewegung zwischen Plastifizieraggregat relativ zur wenigstens einen Führungseinheit gestattet, welche das Plastifizieraggregat dermaßen gegenüber der wenigstens einen Führungseinheit lagert, dass es eine Verkippung des Plastifizieraggregates und/oder des Rahmens aufgrund von auftretenden Kräften nicht zwangsläufig mitmachen muss. Somit werden die Verformungen durch das Festkörpergelenk kompensiert und Führungen weniger beansprucht, was deren Standzeit erhöht.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst, indem zumindest die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates mittels wenigstens eines Festkörpergelenks gelagert ist, welches für zumindest zweiachsige Verformungen eingerichtet ist. Unter zweiachsigen (oder mehrachsigen) Verformungen ist dabei zu verstehen, dass zwei oder mehr verschiedene Verformungen vorgesehen sind, für die das Festkörpergelenk ausgelegt ist. Ingenieurstechnisch ist dabei jede Verformung einer Achse zugeordnet. Beispielsweise kann somit eine Verformung um die Längsachse, sowie eine Verformung um eine Querachse (Querachse zur Längsachse) des Plastifizieraggregates kompensiert werden.
Die Verformungen, welche sich auf die Führungen auswirken sind nämlich in vielen Fällen nicht nur einfache einachsige Verformungen, weil Plastifizieraggregate relativ komplex sind und über mehrere verschiedene Antriebe verfügen, die jeweils separate Verformungen induzieren. Ein Beispiel wäre die Kombination einer Torsion des Plastifizieraggregates aufgrund der Drehbewegung der Plastifizierschnecke beim Plastifizieren mit Streck- und Stauchbeanspruchungen, wie sie beim Einspritzen auftreten. Dadurch, dass die Einspritzbewegung in vielen Fällen auch noch von verschiedenen Antriebseinheiten, bspw. Hydraulikzylindern, realisiert wird, treten komplexe Verformungen auf, die sich wie beschrieben negativ auf die Führungen auswirken können.
Durch zwei- oder mehrachsig verformbare Festkörpergelenke gemäß der Erfindung können diese negativen Auswirkungen zumindest abgeschwächt, wenn nicht eliminiert werden.
Ein weiterer großer Vorteil eines Festkörpergelenks ist, dass die angesprochenen Verformungen durch eine elastische Verformung des Festkörpergelenks kompensiert werden. Diese elastische Verformung eines Festkörpergelenks weist weder Spiel auf noch benötigt sie Schmiermittel. Elastische Verformungen bei Krafteinwirkung lassen sich sehr genau und präzise berechnen, wodurch auch eine Position des Plastifizieraggregates relativ genau vorhersehbar ist.
Ein weiterer Vorteil eines Festkörpergelenks ist, dass durch die innere Reibung bei der elastischen Verformung des Festkörpergelenks sogleich eine Gegenkraft gegen die Verformung auftritt, welche eine Kraft, welche zur Verformung führt, entgegenwirkt und eine gegebenenfalls folgende (Rück-)Schwingung aufgrund der Auslenkung dämpft.
Insbesondere kann das wenigstens eine Festkörpergelenk wenigstens eine elastische Zone aufweisen. Das Festkörpergelenk kann beispielsweise durch eine geeignete Materialwahl ausgeführt sein, wobei im Gelenkbereich ein Material mit einem geringeren E-Modul eingesetzt wird und/oder es kann mittels einer geometrischen Ausgestaltung (beispielsweise einer Querschnittsverjüngung) die elastische Verformung des Festkörpergelenkes gelenkt werden.
Der im Folgenden verwendete Ausdruck „E-Modul“ bezeichnet den Elastizitätsmodul eines Werkstoffes.
Dieser ist auch unter den Synonymen Zugmodul, Elastizitätskoeffizient, Dehnungsmodul oder Youngscher-Modul bekannt und ist ein Materialkennwert aus der Werkstofftechnik, der bei linearelastischem Verhalten den proportionalen Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung bei einer Verformung eines Festkörpers beschreibt. Der Elastizitätsmodul ist die Proportionalitätskonstante im hookeschen Gesetz. Dieser Materialkennwert ist Fachleuten bekannt und in jedem Werkstoffkennwertblatt von Werkstoffen zu finden.
Weiters wird Schutz begehrt für eine Formgebungsmaschine mit zumindest einer erfindungsgemäßen Plastifiziereinheit.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates entlang einer Längsachse verschiebbar gelagert ist, wobei die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates mittels des wenigstens einen Festkörpergelenks in Richtung der Längsachse relativ zur wenigstens einen Führungseinheit kippbar gelagert ist (anders ausgedrückt: um eine Querachse zur Längsachse kippbar gelagert ist, wobei die Querachse im rechten Winkel zur Längsachse steht). Durch eine solche Verformung des Festkörpergelenks ist es beispielsweise möglich, die aus der Einspritzung oder Anpressung des Plastifizieraggregates resultierenden Verformungen durch eine Verkippung zu kompensieren, ohne die Führungseinheit erhöhten Beanspruchungen auszusetzen.
Ausführungen der Erfindung, wobei Kippverformungen sowohl um als auch entlang der Längsachse (also zumindest zweiachsige Verformungen) kompensiert werden können besonders bevorzugt sein, da die auftretenden Verformungen auf diese Weise besonders gut und vollständig kompensiert werden können, was sich in besonders langen Standzeiten der Führungen niederschlagen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Festkörpergelenke zur Lagerung der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates vorgesehen sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rahmen als Zwischenrahmen ausgebildet ist, welcher Zwischenrahmen mit einem Maschinenrahmen der Formgebungsmaschine verbunden ist, oder der Rahmen als Maschinenrahmen einer Formgebungsmaschine ausgebildet ist. Demzufolge kann es vorgesehen sein, dass die Plastifiziereinheit einen von der Formgebungsmaschine separierten Rahmen aufweist, welcher beispielsweise durch eine Führung, eine Schweiß- oder eine Schraubverbindung mit dem Maschinenrahmen verbunden ist. Jedoch ist es auch durchaus denkbar, dass der Rahmen der Plastifiziereinheit durch den Maschinenrahmen der Formgebungsmaschine selbst ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates über die wenigstens eine Führungseinheit auf dem Maschinenrahmen angeordnet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates auf einem Zwischenrahmen angeordnet ist, wobei durch Einspritz- und/oder Dosierbewegungen des Plastifizieraggregates Verformungen im Zwischenrahmen induziert werden können, die sich wie beschrieben negativ auf die Führungen einzelner Komponenten (bspw. Dosierantrieb) auswirken und erfindungsgemäß kompensiert werden können.
Der Zwischenrahmen kann beispielsweise auf einem Maschinenrahmen angeordnet sein, wobei durch eine Relativbewegung zwischen Zwischenrahmen und Maschinenrahmen das Plastifizieraggregat vorzugsweise an ein Formwerkzeug angepresst werden kann. Auch die durch solche Relativbewegungen erzeugten Verformungen, die sich auf die Führung des Zwischenrahmens auswirken, können erfindungsgemäß kompensiert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Plastifizieraggregat eine in einem Massezylinder angeordnete Plastifizierschnecke aufweist.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Dosierantrieb vorgesehen, welcher dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke rotatorisch anzutreiben.
Es kann wenigstens ein Einspritzaktuator vorgesehen sein, welcher dazu ausgebildet ist, eine lineare Einspritzbewegung des Plastifizieraggregates vorzunehmen.
Der Einspritzaktuator kann eine oder mehrere Hydraulikzylinder zum Erzeugen der Einspritzbewegung (bspw. der Plastifizierschnecke oder eines anderweitigen Einspritzkolbens) beinhalten.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Linearantrieb, vorzugsweise ein als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildeter Linearantrieb und/oder Spindelantrieb, vorgesehen ist. Ein Spindelantrieb kann beispielsweise durch eine elektrische Antriebseinheit angetrieben werden.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Linearantrieb, welcher vorzugsweise als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, das Plastifizieraggregat mit einer festen Formaufspannplatte der Formgebungsmaschine, einer Schließeinheit der Formgebungsmaschine oder einer Trägerplatte der Plastifiziereinheit verbindet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sich der Linearantrieb einerseits direkt am Plastifizieraggregat und andererseits an einer festen Formaufspannplatte, einer Schließeinheit oder einer Trägerplatte abstützt, wobei eine Relativbewegung und/oder eine Anpresskraft für das Plastifizieraggregat mittels des wenigstens einen Linearantriebs ausführbar ist.
Natürlich sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchen das Plastifizieraggregat beispielsweise direkt an eine feste Formaufspannplatte der Formgebungsmaschine angepresst wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Führungseinheit zumindest eine Führungsschiene aufweist, welche - vorzugsweise mit dem Rahmen bewegungsschlüssig verbundene - zumindest eine Führungsschiene die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates linear verschiebbar mit dem Rahmen verbindet (bevorzugt über den unten angesprochenen zumindest einen Führungswaagen).
Es kann beispielsweise eine weitere Führungsschiene vorgesehen sein, welche mit der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates bewegungsschlüssig verbunden ist, wobei die zumindest eine Führungsschiene und die zumindest eine weitere Führungsschiene zueinander linear verschiebbar sind, um - gegebenenfalls über Rollkörper - das wenigstens eine Führungselement auszubilden.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Führungseinheit zumindest einen Führungswagen aufweist, welcher - vorzugsweise mit der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates bewegungsschlüssig verbundene - zumindest eine Führungswagen linear verschiebbar an der zumindest einen Führungsschiene angeordnet ist. Dieser zumindest eine Führungswagen kann beispielsweise als Führungsschuh ausgebildet sein. Auch Ausgestaltungen mit mehreren Führungswägen sind durchaus denkbar.
Insgesamt sind also Ausführungen bevorzugt, wobei die Führungseinheit eine oder mehrere Führungsschienen, auf den jeweils ein oder mehrere Führungswägen laufen, beinhaltet. Analoges gilt für die zumindest eine weitere Führungsschiene.
Es kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass sich das wenigstens eine Festkörpergelenk während des Betriebs in einem Kraftfluss zwischen der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates und dem wenigstens einen Führungswagen befindet.
Es kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Festkörpergelenk räumlich zwischen der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates und dem zumindest einen Führungswagen angeordnet ist.
Das Festkörpergelenk kann beispielsweise als Teil des Plastifizieraggregates oder des Führungswagens ausbilden sein. Jedoch ist auch die Ausgestaltung des Festkörpergelenkes durch ein separates Bauteil durchaus vorstellbar, welches beispielsweise am Plastifizieraggregat und dem Führungswagen angeordnet wird. Diese Anordnung kann durch eine Verschweißung oder eine Verschraubung erfolgen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Festkörpergelenk zumindest bereichsweise mit einem Material mit einem geringeren E-Modul gegenüber der zumindest einen Komponente, dem Plastifizieraggregat und/oder der wenigstens eine Führungseinheit, insbesondere der zumindest einen Führungsschiene und/oder dem zumindest einen Führungswagen, ausgebildet ist.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Festkörpergelenk eine Hülse und eine in der Hülse angeordnetes inneres Teil aufweist, wobei zwischen Hülse und innerem Teil wenigstens ein Material mit geringerem E-Modul gegenüber der Hülse und/oder dem inneren Teil vorgesehen ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hülse und/oder das innere Teil zylindrisch ausgebildet sind. Das innere Teil kann beispielsweise als Achse oder Zapfen ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Hülse des wenigstens einen Festkörpergelenks bewegungsschlüssig mit der wenigstens einen Führungseinheit und der innere Teil bewegungsschlüssig mit der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates verbunden ist, wobei sich vorzugsweise eine Mittellinie der Hülse vertikal von der wenigstens einen Führungseinheit zum Plastifizieraggregat erstreckt.
Vorzugsweise kann sich ein Spalt in seinem Querschnitt zwischen der Hülse und dem inneren Teil in Umfangsrichtung des inneren Teils variieren, wobei der Spalt durch das wenigstens eine Material mit geringerem E-Modul ausgefüllt ist.
Dieser Spalt kann dermaßen ausgefüllt sein, indem das wenigstens eine Material mit geringerem E-Modul in den Spalt eingelegt wird oder der Spalt beispielsweise mit dem Material mit geringerem E-Modul ausgegossen wird.
Es kann beispielsweise der Spalt durch ein elastomeres Material ausgegossen werden, welches nach Aushärten den Spalt zwischen innerem Teil und der Hülse ausfüllt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest ein weiteres, zusätzliches Bauteil aus dem wenigstens einen Material mit geringem E-Modul zwischen inneren Teil und Hülse eingesetzt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung des inneren Teiles mehrere Teile aus wenigstens einem Material mit geringerem E-Modul eingesetzt sind, welche in Umfangsrichtung des inneren Teiles eine Verkippung in einem unterschiedlichen Ausmaß zulassen. Somit kann beispielsweise ein Verkippen des Plastifizieraggregates um eine Längsachse des Plastifizieraggregates in einem höheren Maß zugelassen werden als ein Verkippen um eine Querachse der Längsachse des Plastifizieraggregates.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:

1a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit,
1b das Ausführungsbeispiel aus 1a in einer Draufsicht,
2 ein Ausführungsbeispiel des Standes der Technik unter Kraftbeaufschlagung,
3 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
4a, 4b das Ausführungsbeispiel aus 3 unter Krafteinwirkung,
5a, 5b ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
6a, 6b ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
7a, 7b ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
8 die Ausführungsbeispiel der 5, 6 oder 7 in einer vereinfachten Seitenansicht
9 a, 9b das Ausführungsbeispiel aus 5, 6 oder 7 unter Krafteinwirkung,
10a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Festkörpergelenks,
10b das Ausführungsbeispiel aus 10a in einer Ansicht von unten,
11a ein zweites Ausführungsbeispiel eines Festkörpergelenks,
11b das Ausführungsbeispiel aus 11a in einer Ansicht von unten und
12 verschiedene Lagerungsvarianten durch ein Festkörpergelenk.

1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, wobei in 1b das Ausführungsbeispiel der 1a in einer Draufsicht dargestellt ist. Das gezeigte Ausführungsbeispiel verfügt über ein Plastifizieraggregat 2, welches über zwei Führungseinheiten 11 mit einem Zwischenrahmen 3 der Plastifiziereinheit 1 verbunden ist.
Die Führungseinheiten 11 besteht sind in diesem Ausführungsbeispiel durch Führungswägen 10, welche an Führungsschienen 9 gelagert sind.
Das Plastifizieraggregat 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Plastifizierschnecke 7 auf, welche in einem Massezylinder 6 angeordnet ist (hier ist die Plastifizierschnecke 7 nicht sichtbar, weil die sich innerhalb des Massezylinders 6 befindet). Der Massezylinder 6 weist des Weiteren Heizbänder 20 auf, welche am Umfang des Massezylinders 6 angeordnet sind und das Plastifizieren durch Wärmeenergie zusätzlich unterstützen. Zur Abschirmung und/oder Wärmeisolation ist eine Abdeckung 15 des Massezylinders 6 vorgesehen.
Die Plastifizierschnecke 7 kann mittels des Dosierantriebes 19 zur Plastifizierung eines Kunststoffes rotatorisch angetrieben werden. Dieser Dosierantrieb 19 ist wie auch die Plastifizierschnecke 7 an der Zylinderplatte 18 angeordnet.
Um ein plastifiziertes Material, genauer gesagt einen plastifizierten Kunststoff, aus dem Massezylinder 6 über die Einspritzdüse 14 auszuschieben, sind zwei Einspritzaktuatoren 25 vorgesehen.
Die Einspritzaktuatoren 25 stützen sich dabei einerseits an der Zylinderplatte 18 und andererseits an der Trägerplatte 16. Da die Trägerplatte 16 starr am Zwischenrahmen 3 angeordnet ist, kann über die Einspritzaktuatoren 25 die Zylinderplatte 18 mit der daran angeordneten Plastifizierschnecke 7 gegenüber dem Massezylinder 6, welcher an der Trägerplatte 16 befestigt ist, linear verschoben werden, wobei der plastifizierte Kunststoff über die Einspritzdüse 14 ausgepresst wird und gegebenenfalls einem Formwerkzeug oder einem Formhohlraum eines Formwerkzeuges zugeführt wird.
Der Zwischenrahmen 3 ist über zwei weitere Führungseinheiten 11a mit einem Maschinenrahmen 24 verbunden, wobei diese Führungseinheiten 11 a eine Führungsschiene 9a und einen Führungswagen 10a aufweisen.
Das Plastifizieraggregat 2 ist mittels eines Linearantriebes 8 (genauer gesagt: zweier Kolben-Zylinder-Einheiten) mit einer festen Formaufspannplatte 26 der Formgebungsmaschine verbunden und kann somit mittels des Linearantriebes 8 eine Linearbewegung entlang seiner Längsachse 5 durchführen.
Durch den Linearantrieb 8 kann weiters das Plastifizieraggregat 2 mit der Einspritzdüse 14 an die feste Formaufspannplatte 26, ein Formwerkzeug oder ein Formwerkzeugteil angepresst werden. Diese Anpresskraft wird auch als Düsenanpresskraft bezeichnet.
Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Standes der Technik unter Kraftbeaufschlagung, wobei 2 eine Draufsicht auf ein Plastifizieraggregat 2 gemäß dem Stand der Technik darstellt.
Durch den Dosierantrieb 19 wird die Plastifizierschnecke 7 in eine Rotationsbewegung versetzt und es wird ein zu plastifizierender Kunststoff durch die Plastifizierschnecke 7 plastifiziert. Diese Plastifizierung (oder auch Dosierung genannt) führt zu Verformungen.
In der Folge wird über die Einspritzdüse 14 eine plastifizierte Masse in ein Formwerkzeug eigespritzt, wobei über eine Relativbewegung zwischen der Plastifizierschnecke 7 und dem Massezylinder 6 durch die Einspritzaktuatoren 25 eine plastifizierte Masse (Kunststoff) aus dem Massezylinder 6 ausgeschoben wird. Die hierbei über die Einspritzbewegung entstehenden Verformungen sind in 2 zu erkennen.
Durch die Einspritzkraft ist eine Verkippung des Zwischenrahmens 3 im hinteren Bereich, an welchem das Plastifizieraggregat 2 über die Führungselemente 11 am Zwischenrahmen 3 aufliegt, zu erwarten, wodurch es zu einem Verkippen des Plastifizieraggregates 2 nach hinten kommt.
Durch die Rotation der Plastifizierschnecke 7 kommt es auch zu Verformungen um die Längsachse 5 des Plastifizieraggregates 2, wobei es durch die resultierenden Reaktionskräfte der aus der Rotation der Plastifizierschnecke 7 resultierenden Scherung im Massezylinder 6 zu Verformungen an den Führungselementen 11 und dem Rahmengestell 3 kommt.
Um diese Verformungen zu kompensieren, sieht ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel (wie bei 3 dargestellt) ein Festkörpergelenk 4 zwischen dem Plastifizieraggregat 2 und der Führungseinheit 11 vor.
Die Führungseinheit 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel der 3 durch Führungsschienen 9 und linear dazu verschiebbaren Führungswägen 10 ausgebildet. Die Führungsschienen 9 sind bewegungsschlüssig am Zwischenrahmen 3 und am Maschinenrahmen 24 angeordnet und die Führungswägen 10 sind über Festkörpergelenke 4 am Plastifizieraggregat 2 und am Zwischenrahmen 3 angeordnet.
4a und 4b stellen die in 3 gezeigte Ausführungsvariante unter Kraftbeaufschlagung (genauer gesagt sind die auftretenden Verformungen während der Plastifizierung dargestellt) dar, wobei schön zu erkennen ist wie die Führungseinheiten 11 wesentlich kleineren Verformungen ausgesetzt sind. Zum leichteren Verständnis sind in diesen Figuren die Festkörpergelenke 4 als Federn dargestellt.
Die Anordnung des Plastifizieraggregates 2 mittels der Festkörpergelenke 4 an den Führungswägen 10, erlaubt dem Plastifizieraggregat 2 eine Verkippung gegenüber den Führungswägen 10 und somit den Führungseinheit 11, wodurch die Verformung kompensiert werden kann und die Führungselement 11 wesentlich verringerten Kräften ausgesetzt sind, was wiederum massiv die Standzeiten der Führungselemente 11 erhöht.
5a und 5b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, wobei 5a eine Seitenansicht und 5b eine Draufsicht darstellen.
Im direkten Vergleich zu 3 ist im Ausführungsbeispiel der 5 das Plastifizieraggregat 2 anderweitig am Zwischenrahmen 3 gelagert. Der Zwischenrahmen 3 ist über die Führungselemente 11 mit dem Maschinenrahmen 24 linear beweglich verbunden.
Die Führungselemente 11 sind durch Führungsschienen 9 und linear dazu verschiebbare Führungswägen 10 ausgebildet. Die Führungsschienen 9 sind bewegungsschlüssig am Maschinenrahmen 24 angeordnet und die Führungswägen 10 sind über Festkörpergelenke 4 am Zwischenrahmen 3 und somit am Plastifizieraggregat 2 angeordnet.
Zum Antrieben der linearen Einspritzbewegung stützt sich der Linearantrieb 8 am Zwischenrahmen 3 und der festen Formaufspannplatte 26.
6a zeigt eine Seitenansicht und 6b eine Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Plastifiziereinheit 1.
Im direkten Vergleich zu 1 ist im Ausführungsbeispiel der 6 das Plastifizieraggregat 2 über zwei Zwischenrahmen 3 gelagert. Die Zwischenrahmen 3 sind über die Führungselemente 11 mit dem Maschinenrahmen 24 linear beweglich verbunden.
Die Führungselemente 11 sind durch Führungsschienen 9 und linear dazu verschiebbaren Führungswägen 10 ausgebildet. Die Führungsschienen 9 sind fest am Maschinenrahmen 24 angeordnet und die Führungswägen 10 sind über Festkörpergelenke 4 mit dem Zwischenrahmen 3 und somit dem Plastifizieraggregat 2 verbunden.
Der Linearantrieb 8 greift an der Trägerplatte 16 und der festen Formaufspannplatte 26 an.
Die Einspritzaktuatoren 25 bewirken eine Einspritzbewegung durch eine Verschiebung zwischen der Trägerplatte 16 und der Zylinderplatte 18, wobei die Trägerplatte 16 mit dem Massezylinder 6 verbunden ist und die Zylinderplatte 18 mit der Plastifizierschnecke 7 verbunden ist. Durch die Relativbewegung zwischen der Plastifizierschnecke 7 und dem Massezylinder 6 kann die plastifizierte Masse ausgeschoben werden.
7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Plastifiziereinheit 1, wobei 7a eine Seitenansicht und 7b eine Draufsicht darstellen.
Im direkten Vergleich zu 6 ist im Ausführungsbeispiel der 7 die Zylinderplatte 18 näher an der festen Formaufspannplatte 26 angeordnet und trägt den Massezylinder 6. Die Plastifizierschnecke 7 und der Dosierantrieb 19 sind an einer Motorplatte 17 befestigt.
Durch eine Linearbewegung der Motorplatte 17 relativ zur Zylinderplatte 18 durch die Einspritzaktuatoren 25 kann wie vorher Beschrieben eine Einspritzbewegung vorgenommen werden.
Der Linearantrieb 8 greift am Zwischenrahmen 3 und der festen Formaufspannplatte 26 an.
8 zeigt eine schematische Vorderansicht der Ausführungsbeispiele der 5, 6 oder 7.
9a und 9b zeigen die Ausführungsvariante der 5 unter Kraftbeaufschlagung (genauer gesagt: während der Dosierung). Zu den in der 9a und 9b analoge Verformungen treten bei den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 auf.
Wie die 1a bis 9b zeigen, ist ein Grundaspekt der Erfindung, die beispielsweise während dem Einspritzen, Dosieren oder Anpressen auftretenden Verformungen zu kompensieren und dadurch die eingangs beschriebenen negativen Effekte auf die Führungseinheiten 11 zu vermeiden.
In 10a ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Festkörpergelenkes dargestellt. 10b stellt dabei eine Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 10a von unten dar.
Das hier dargestellte Festkörpergelenk 4 verfügt über eine Hülse 12 und ein in der Hülse 12 angeordnetes inneres Teil 13. Die Hülse 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgebildet und das innere Teil 13 als rotationssymmetrischer Achszapfen.
Um eine gewisse Gelenkigkeit zwischen der Hülse 12 und dem inneren Teil 13 herzustellen, ist das innere Teil 13 in der Hülse 12 mit einer Büchse 22 verpresst, wobei die Büchse 22 aus einem Material mit einem geringeren E-Modul als das innere Teil 13 und die Hülse 12 hergestellt ist. Bevorzugt ist die Büchse 22 dieses Ausführungsbeispiels aus einem harteleastischen Kunststoff hergestellt.
Um das Festkörpergelenk 4 auch gegenüber vertikaler Beanspruchungen eine gewisse Elastizität zu verleihen, ist des Weiteren zwischen dem inneren Teil 13 und der Hülse 12 eine Scheibe 21 angeordnet, welche ebenfalls aus einem Material mit einem geringeren Elastizitätsmodul als die Hülse 12 und das innere Teil 13 besteht. Die Scheibe 21 kann beispielsweise aus dem gleichen Material wie die Büchse 22 ausgebildet sein.
Jedoch ist es auch vorstellbar, dass der sich ausbildende Spalt zwischen dem inneren Teil 13 und der Hülse 12 durch ein Material (wie beispielsweise Epoxidharz) ausgegossen wird, welches nach Aushärten im Spalt, die gleichen Funktionen übernehmen würde, wie die Büchse 22 und die Scheibe 21.
11 a und 11b zeigen, ähnlich wie zuvor, ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Festkörpergelenkes 4, wobei in direktem Vergleich zu den 10a und 10b, noch zusätzliche Verbindungselemente 23 entlang des Umfanges des inneren Teiles 13 angeordnet sind.
Diese zusätzliche Verbindungselemente 23 sind nicht nur zur Lagesicherung des inneren Teiles 13 gegenüber der Hülse 12 vorgesehen, wobei durch diese eine Rotation der zwei Bauteile zueinander verhindert wird, sondern erlauben auch eine zielgerichtete Veränderung der Verformbarkeit des Festkörpergelenkes 4 je nach Belastungsrichtung.
Da die Verbindungselemente 23 ebenfalls aus einem Material gefertigt sind, welches ein geringeres E-Modul als die Hülse 12 oder das innere Teil 13 aufweist, kann sich das Festkörpergelenk 4 des Ausführungsbeispiels der 8a und 8b, wenn eine Kraft normal zu den Verbindungselementen 23 aufgebracht wird, mehr verformen, als wenn die Kraft abseits der Verbindungselemente 23 angreift.
Auch andere geometrische Ausgestaltungen von Festkörpergelenken können zum Kompensieren zweiachsiger Verformungen beim bei einer Plastifiziereinheit verwendet werden. Wie solche geometrische Ausführungsbeispiele für Festkörpergelenke 4 aussehen können, sind durch die verschiedenen Abbildungen (A bis H) in 12 gezeigt.
Bezugszeichenliste

1: Plastifiziereinheit
2: Plastifizieraggregat
3: Zwischenrahmen
4: Festkörpergelenk
5: Längsachse
6: Massezylinder
7: Plastifizierschnecke
8: Linearantrieb
9: Führungsschiene
10: Führungswagen
11: Führungseinheit
12: Hülse
13: inneres Teil
14: Einspritzdüse
15: Abdeckung des Massezylinders
16: Trägerplatte
17: Motorplatte
18: Zylinderplatte
19: Dosierantrieb
20: Heizbänder
21: Scheibe
22: Büchse
23: Verbindungselement
24: Maschinenrahmen
25: Einspritzaktuator
26: feste Formaufspannplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3212670 A1 [0009]
DE 202006012268 U1 [0009]

Claims

Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine mit einem Plastifizieraggregat (2) zum Plastifizieren und/oder Einspritzen eines Kunststoffes und einem Rahmen, insbesondere einem Zwischenrahmen (3), zur Lagerung zumindest einer Komponente des Plastifizieraggregates (2), wobei zumindest die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates (2) durch eine Führungseinheit (11) entlang einer Längsachse (5) des Plastifizieraggregates (2) am Rahmen linear verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates (2) mittels wenigstens eines Festkörpergelenks (4) relativ zur Führungseinheit (11) um die Längsachse (5) kippbar gelagert ist.
Plastifiziereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates (2) mittels des wenigstens eines Festkörpergelenks (4) in Richtung der Längsachse (5) kippbar gelagert ist.
Plastifiziereinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Festkörpergelenke (4) zur Lagerung der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates (2) vorgesehen sind.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) mit einem Maschinenrahmen (24) einer Formgebungsmaschine verbunden ist oder der Rahmen als Maschinenrahmen (24) einer Formgebungsmaschine ausgebildet ist.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plastifizieraggregat (2) eine in einem Massezylinder (6) angeordnete Plastifizierschnecke (7) aufweist.
Plastifiziereinheit nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dosierantrieb (19) vorgesehen ist, welcher dazu ausgebildet ist, die Plastifizierschnecke (7) rotatorisch anzutreiben.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einspritzaktuator (25) vorgesehen ist, welcher dazu ausgebildet ist, eine lineare Einspritzbewegung des Plastifizieraggregates (2) durchzuführen.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Linearantrieb (8), vorzugsweise ein als Kolben-Zylinder-Einheit (17) und/oder Spindelantrieb ausgebildeter Linearantrieb (8), vorgesehen ist, welcher dazu ausgebildet ist, die Plastifiziereinheit (1) linear zu bewegen und vorzugsweise an ein Formwerkzeug anzupressen.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Führungseinheit (11) zumindest eine Führungsschiene (9) aufweist, welche - vorzugsweise mit dem Rahmen bewegungsschlüssig verbundene - zumindest eine Führungsschiene (9) die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates (2) linear verschiebbar mit dem Rahmen (3) verbindet.
Plastifiziereinheit nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Führungseinheit (11) zumindest einen Führungswagen (10) aufweist, welcher- vorzugsweise mit der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates (2) bewegungsschlüssig verbundene - zumindest eine Führungswagen (10) linear verschiebbar an der zumindest einen Führungsschiene (9) angeordnet ist.
Plastifiziereinheit nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich das wenigstens eine Festkörpergelenk (4) während des Betriebs in einem Kraftfluss zwischen der zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates (2) und dem zumindest einen Führungswagen (10) befindet.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Festkörpergelenk (4) zumindest bereichsweise durch ein Material mit geringerem E-Modul gegenüber der zumindest einen Komponente, dem Plastifizieraggregat (2) und/oder der wenigstens einen Führungseinheit (11), insbesondere der zumindest einen Führungsschiene (9) und/oder dem zumindest einen Führungswagen (10), ausgebildet ist.
Plastifiziereinheit nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Festkörpergelenk (4) eine Hülse (12) und einen in der Hülse (12) angeordneten inneren Teil (13) aufweist, wobei zwischen Hülse (12) und innerem Teil (13) wenigstens ein Material mit geringerem E-Modul gegenüber der Hülse (12) und/oder dem innerem Teil (13) vorgesehen ist.
Plastifiziereinheit nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (12) des wenigstens einen Festkörpergelenks (4) bewegungsschlüssig mit der wenigstens einen Führungseinheit (11) und der innere Teil (13) bewegungsschlüssig mit dem Plastifizieraggregat (2) verbunden ist, wobei sich vorzugsweise eine Mittelinie der Hülse (12) vertikal von der wenigstens einen Führungseinheit (11) zur zumindest einen Komponente des Plastifizieraggregates (2) erstreckt.
Plastifiziereinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt zwischen der Hülse (12) und dem inneren Teil (13) in Umfangsrichtung des inneren Teils (13) in seinem Querschnitt variiert, wobei der Spalt durch das wenigstens eine Material mit geringeren E-Modul ausgefüllt ist.
Plastifiziereinheit für eine Formgebungsmaschine, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Plastifizieraggregat (2) zum Plastifizieren und/oder Einspritzen eines Kunststoffes und einem Rahmen, insbesondere einem Zwischenrahmen (3), zur Lagerung zumindest einer Komponente des Plastifizieraggregates (2), wobei zumindest die zumindest eine Komponente des Plastifizieraggregates (2) durch eine Führungseinheit (11) entlang einer Längsachse (5) des Plastifizieraggregates (2) am Rahmen linear verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zumindest eine Komponente des zumindest einen Plastifizieraggregates (2) mittels wenigstens eines Festkörpergelenks (4) gelagert ist, welches für zumindest zweiachsige Verformungen eingerichtet ist.
Formgebungsmaschine mit zumindest einer Plastifiziereinheit (1) nach wenigstens einem der vorangegangen Ansprüche.