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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kniehebel-Schließeinheit gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Formschließen und Formöffnen sowie zum Aufbau und Abbau einer Schließkraft einer Kniehebel-Schließeinheit gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
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Bei einem Formgebungsprozess, insbesondere dem Spritzgießen, werden zwei Formwerkzeuge aufeinandergepresst. Diese Formwerkzeuge sind auf einer feststehenden und einer beweglichen Formaufspannplatte befestigt. Die bewegliche Formaufspannplatte wird durch eine Antriebseinheit bewegt. Die Bewegungen der beweglichen Formaufspannplatte teilen sich im Wesentlichen in die Bewegungen Formschließen und Formöffnen sowie Aufbau und Abbau einer Schließkraft. Die hierfür notwendige Schließeinheit ist bei Drei-Platten-Maschinen zwischen der beweglichen Formaufspannplatte und einer Abstützplatte oder einem Abstützelement angeordnet. Solche Schließeinheiten sind oftmals als Kniehebel-Schließeinheiten ausgeführt. Bei einem üblichen Formgebungszyklus wird über den Antrieb die Formschlussbewegung möglichst schnell durchgeführt wird. Diese Bewegung wird auch Eilhub genannt. Sobald die Formwerkzeuge in Kontakt miteinander getreten sind, kommt es zum Schließkraftaufbau. Diese Bewegung wird auch Krafthub genannt. Nach der Formgebung wird die Schließkraft wieder abgebaut und die Formwerkzeuge voneinander getrennt, das heißt geöffnet, indem die bewegliche Formaufspannplatte möglichst schnell von der feststehenden Formaufspannplatte wegbewegt wird. Währenddessen oder am Ende oder nach dieser Bewegung wird das Formteilteil aus der Form ausgeworfen und ein neuer Zyklus kann beginnen. Eine Schließeinheit benötigt mindestens einen Antrieb, um die Bewegungen Formschließen und Formöffnen sowie Schließkraftaufbau und Schließkraftaufbau durchführen zu können. Es gibt aber mittlerweile mehrere Lösungsansätze, bei denen Schließeinheiten mit zwei oder mehr Antriebe vorgesehen sind.
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Die Schrift
EP 2 456 607 B1 offenbart eine solche Schließeinheit mit mehr als nur einem Antrieb. Dabei betätigt ein Kugelgewindetrieb einen Kreuzkopf und damit eine Kniehebel-Schließeinheit. Zusätzlich sind noch einzelne Elektromotoren vorgesehen, die einzelne Pleuel des Kniehebelmechanismus zusätzlich betätigen können. Diese Elektromotoren können sowohl zwischen einem Pleuel und einer Abstützplatte oder zwischen einem Pleuel und der beweglichen Formaufspannplatte angeordnet sein.
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Die Schrift
JPH 10258451 A offenbart ebenfalls eine Kniehebel-Schließeinheit, deren Kreuzkopf über einen Kugelgewindetrieb bewegt werden kann. Der Kern dieser Erfindung ist eine Zwischenplatte zwischen der beweglichen Formaufspannplatte und dem Kniehebelmechanismus. In dieser Zwischenplatte ist ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen, insbesondere ein Hydraulikzylinder.
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Die Schrift
EP 3 283 269 B1 offenbart ebenfalls eine Kniehebel-Schließeinheit. Diese Kniehebel-Schließeinheit kann durch zwei verschiedene Antriebe, die beide parallel in einer Wirkverbindung mit dem Kreuzkopf der Schließeinheit stehen, betätigt werden. Dabei handelt es sich einerseits um einen hydraulischen Antrieb und andererseits um einen elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb ist besonders für die schnellen Bewegungen des Formschließens und Formöffnens, das heißt den Eilhub, vorgesehen, während der hydraulische Antrieb besonders für die Bewegungen zum Schließkraftaufbau und Schließkraftaufbau vorgesehen ist.
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Die Schriften
CN 108890997 A und
JP H08238557 A offenbaren Kniehebel-Schließeinheiten, welche über zwei serielle Antriebe betätigt werden können.
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Nachteile dieser Kniehebel-Schließeinheiten sind die nicht zufriedenstellenden Trockenlaufzeiten, zusätzlich notwendige sowie aufwändige konstruktive Maßnahmen und das dynamische Schalten der mindestens zwei Antriebe.
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Ein weiterer Nachteil kann das asynchrone Betätigen verschiedener Antriebe sein, welches Antiparallelitäten der Formaufspannplatten zur Folge haben kann.
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Ein weiterer Nachteil kann sein, dass durch den Einsatz von zwei oder mehr Antriebe zusätzliche konstruktive Maßnahmen, wie zusätzliche Zwischenplatten, notwendig sind, die für höhere Kosten sorgen.
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Ein weiterer Nachteil kann sein, dass bei Verwendung mehrerer Antriebe, die parallel geschaltet sind, Energie während der Trockenlaufzeit verschwendet oder unzureichend gespeichert wird. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn ein Antrieb einen zweiten leerlaufenden Antrieb mitziehen muss.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kniehebel-Schließeinheit bereitzustellen, die den oben genannten Stand der Technik in Bezug auf dessen Nachteile verbessert. Es soll insbesondere eine Kniehebel-Schließeinheit bereitgestellt werden, die die Trockenlaufzeit während des Formgebungszyklus reduziert.
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Hinsichtlich der vorliegenden Erfindung wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, nämlich durch Bereitstellung einer Kniehebel-Schließeinheit für eine Formgebungsmaschine, insbesondere eine Spritzgießmaschine, umfassend mindestens ein Abstützelement, eine bewegliche Formaufspannplatte, einen mit dem mindestens einen Abstützelement und der beweglichen Formaufspannplatte gelenkig verbundenen Kniehebelmechanismus, eine feststehende Formaufspannplatte und mindestens zwei Antriebe, wobei der erste Antrieb mit dem Kreuzkopf des Kniehebelmechanismus in unmittelbarer Wirkverbindung steht sowie der zweite Antrieb kinematisch zwischen dem ersten Antrieb und dem mindestens einem Abstützelement angeordnet ist, wobei der erste Antrieb einen Energiespeicher, insbesondere einen Hydraulikspeicher aufweist, wobei der Energiespeicher Energie zum Aufbau einer Schließkraft bereitstellt und/oder Energie beim Abbau einer Schließkraft speichert.
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Mit anderen Worten handelt es sich bei vorliegender Erfindung um eine Kniehebel-Schließeinheit für eine Formgebungsmaschine, insbesondere eine Spritzgießmaschine, umfassend mindestens ein Abstützelement, eine bewegliche Formaufspannplatte, einen mit dem mindestens einen Abstützelement und der beweglichen Formaufspannplatte gelenkig verbundenen Kniehebelmechanismus, eine feststehende Formaufspannplatte und mindestens zwei Antriebe, wobei die beiden Antriebe kinematisch in Serie geschalten sind.
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Mit anderen Worten handelt es sich bei vorliegender Erfindung um eine Kniehebel-Schließeinheit für eine Formgebungsmaschine, insbesondere eine Spritzgießmaschine, umfassend mindestens ein Abstützelement, eine bewegliche Formaufspannplatte, einen mit dem mindestens einen Abstützelement und der beweglichen Formaufspannplatte gelenkig verbundenen Kniehebelmechanismus, eine feststehende Formaufspannplatte und mindestens zwei Antriebe, wobei der erste Antrieb mit dem Kreuzkopf des Kniehebelmechanismus in unmittelbarer Wirkverbindung steht, der zweite Antrieb mit dem ersten Antrieb in mittelbarer oder unmittelbarer Wirkverbindung steht und die Abstützplatte mit dem zweiten Antrieb in mittelbarer oder unmittelbarer Wirkverbindung steht.
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Durch die beiden kinematisch in Serie geschalteten Antriebe können diese sehr dynamisch betrieben werden und damit die Trockenlaufzeit eines Zyklus verringern. Beispielsweise kann der Ablauf eines Zyklus wie folgt ablaufen: die schnelle Schließbewegung der beweglichen Formaufspannplatte, der Eilhub, wird über einen Kugelgewindetrieb bis zur Formanlage durchgeführt. Dabei betätigt der Kugelgewindetrieb als zweiter Antrieb den Kreuzkopf über den dazwischen liegenden ersten Antrieb und bewegt den Kreuzkopf damit linear entlang der Maschinenlängsachse, sodass die beiden Formwerkzeuge in Kontakt miteinander treten und es zu einem Formschluss kommt. Nun wird dynamisch auf den elektrisch betriebenen Kugelgewindetrieb ein zweiter hydraulischer Linearantrieb zu- oder aufgeschaltet und damit der Kniehebel verriegelt und die Schließkraft gehalten. Nach dem Plastifizieren, Einspritzen der Formmasse und dem Abkühlen des Formteils kann über den ersten Antrieb die Schließkraft wieder abgebaut werden und durch den zweiten Antrieb die Form wieder geöffnet werden. Diese Bewegungen sind für alle Eilhübe und Krafthübe im Wesentlichen identisch.
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Um die Energieeffizienz zu steigern, kann ein Energiespeicher vorgesehen sein, der im Zuge einer dynamischen Aufschaltung als Feder für den ersten Antrieb und somit zum Schließkraftaufbau genützt werden kann. Beim Schließkraftabbau kann ein Teil der dabei freiwerdenden Energie im Energiespeicher gespeichert werden. Handelt es sich beim ersten Antrieb um einen Hydraulikzylinder, so kann der Energiespeicher ein Hydraulikspeicher sein.
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Die Trockenlaufzeit ist ein wichtiger Parameter eines Formgebungsprozesses. Je kürzer die Trockenlaufzeit, desto kürzer ist auch die benötigte Zeit des Formgebungsprozesses und desto wirtschaftlicher die produzierbare Anzahl an Formteilen. Die Trockenlaufzeit umfasst alle Arbeitsgänge eines Formgebungszyklus, außer das Plastifizieren, das Werkzeugfüllen, das heißt das Injizieren des Formgebungsmaterials, und das Abkühlen des Formteils in der Kavität der geschlossenen Formwerkzeuge. Die Trockenlaufzeit beinhaltet im Wesentlichen die Zeit zum Formschließen, zum Schließkraftaufbau, zum Schließkraftabbau und zum Formöffnen sowie eventuell zum Formteilauswurf.
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Die zur Trockenlaufzeit gehörenden Bewegungen sind im Wesentlichen Linearbewegungen entlang der Maschinenlängsachse. Es kann dabei vorgesehen sein, dass zwischen den beiden zusammengehörigen Teilbewegungen, das heißt einerseits Formschließen und Schließkraftaufbau oder aber andererseits Formöffnen und Schließkraftabbau, im Wesentlichen ein Halt, das heißt ein kurzzeitiger Stillstand der beweglichen Formaufspannplatte, oder zumindest eine deutlich reduzierte Verfahrgeschwindigkeit liegt. Dabei kann das dynamische und zeitlich optimal abgestimmte Schalten der Antriebe von großer Bedeutung sein.
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Das dynamische und zeitlich optimal abgestimmte Schalten kann beispielsweise eine große Rolle spielen, wenn der Kreuzkopf eines Kniehebels durch einen Kugelgewindetrieb mit einer rotierenden Spindel als zweiten Antrieb über einen ersten Antrieb angetrieben wird. Solche Kugelgewindetriebe mit rotierenden Spindeln haben eine große Massenträgheit, die sich negativ auf die Trockenlaufzeit auswirken kann, was durch den zwischen den zweiten Antrieb und dem Kreuzkopf angeordneten ersten Antrieb kompensiert werden kann.
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Eine unmittelbare Wirkverbindung liegt dann vor, wenn Kräfte und/oder Bewegungen von einer konstruktiven Komponente direkt auf eine zweite konstruktive Komponente übertragen werden. Ist eine der beiden konstruktiven Komponenten ein Antrieb, so liegt eine unmittelbare Wirkverbindung dann vor, wenn die Kraftübertragung eines Antriebs direkt auf die anzutreibende Komponente wirkt und/oder ein Antrieb direkt die anzutreibende Komponente bewegt. Mit anderen Worten heißt das, die Betätigung, insbesondere die Bewegung, einer Komponente wird ursprünglich, durch den direkt mit der Komponente verbundenen Antrieb bewirkt. Die Betätigung, insbesondere Bewegung, einer Komponente wird also ohne einen dazwischen liegenden Wirkvermittler, der nicht Teil des Antriebes ist, bewirkt.
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Eine mittelbare Wirkverbindung liegt dann vor, wenn Kräfte und/oder Bewegungen von einer konstruktiven Komponente über einen Wirkvermittler auf eine zweite konstruktive Komponente übertragen werden. Ist eine der beiden konstruktiven Komponenten ein Antrieb, so liegt eine mittelbare Wirkverbindung dann vor, wenn die Kraftübertragung eines Antriebs über einen Wirkvermittler auf die anzutreibende Komponente wirkt und/oder ein Antrieb über einen Wirkvermittler die anzutreibende Komponente bewegt. Mit anderen Worten heißt das, eine mittelbare Wirkverbindung liegt dann vor, wenn ein Antrieb über einen Wirkvermittler eine konstruktive Komponente betätigt, insbesondere bewegt.
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Ein Wirkvermittler ist ein technisches Mittel, um Kräfte und/oder Bewegung einer Komponente auf eine zweite zu übertragen. Mit anderen Worten ist ein Wirkvermittler ein kinematisches Verbindungsglied zwischen zwei konstruktiven Komponenten.
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Mit anderen Worten ist ein Wirkvermittler eine konstruktive Komponente, die zwischen einem Antrieb und einer zweiten konstruktiven Komponente vermittelt, um Kräfte und/oder Bewegungen von dem Antrieb auf die zweite konstruktive Komponente zu übertragen.
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„B kinematisch zwischen A und C angeordnet“ bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass Bewegungen und/oder Kräfte von Komponente A auf Komponente B und dadurch weiter auf Komponente C übertragen werden (oder umgekehrt).
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Mit anderen Worten bedeutet „B kinematisch zwischen A und C angeordnet“, dass bei einer Bewegungsabfolge, die durch mindestens drei Bewegungen von mindestens drei Komponenten entsteht, Komponente A über die Komponente B die Komponente C bewegen kann und vice versa.
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Eine mittelbare Wirkverbindung liegt beispielsweise bei der beweglichen Formaufspannplatte vor, die durch einen ersten Antrieb bewegt werden kann. Der erste Antrieb wirkt dabei auf die bewegliche Formaufspannplatte, wobei der Kniehebelmechanismus als konstruktiv und kinematisch zwischen ersten Antrieb und beweglicher Formaufspannplatte angeordneter Wirkvermittler agiert.
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In gewissen Ausführungsformen der Erfindung liegt der zweite Antrieb nicht nur kinematisch, sondern auch zumindest teilweise räumlich zwischen dem ersten Antrieb und dem mindestens einen Abstützelement.
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Es kann der Kreuzkopf des Kniehebelmechanismus durch eine mittelbare Wirkverbindung betätigt, insbesondere bewegt, werden, indem ein zweiter Antrieb, von dem eine ursprüngliche Antriebskraft ausgeht, über einen ersten Antrieb, der als Wirkvermittler zwischen dem zweiten Antrieb und Kreuzkopf angeordnet ist, diesen Kreuzkopf betätigt, insbesondere in Bewegung versetzt. Eine mittelbare Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb und dem Kreuzkopf liegt gleichermaßen vor
- - wenn sich der erste Antrieb als Wirkvermittler im Leerlauf befindet,
- - wenn sich der erste Antrieb als Wirkvermittler in einem statischen Stillstand befindet,
- - wenn sich der erste Antrieb als Wirkvermittler im aktiven Betriebszustand befindet, wobei eine zusätzliche jedoch unmittelbare Antriebskraft des ersten Antriebes neben der mittelbaren Antriebskraft des zweiten Antriebes den Kreuzkopf bewegt oder
- - wenn beispielsweise der zweite Antrieb ein Kugelgewindetrieb ist, der zweite Antrieb auf der der beweglichen Formaufspannplatte abgewandten Seite des Abstützelements angeordnet ist, der zweite Antrieb über eine durch das Abstützelement verlaufende Spindel mit dem ersten Antrieb in einer Wirkverbindung steht und der erste Antrieb mit dem Kreuzkopf in Wirkverbindung steht (siehe hierzu 1),
- - wenn beispielsweise der zweite Antrieb auf der der beweglichen Formaufspannplatte abgewandten Seite des Abstützelements angeordnet ist und über durch das Abstützelement verlaufende Zugstangen oder Ähnliches mit dem Kreuzkopf verbunden ist, wobei in oder an den Zugstangen der erste Antrieb angeordnet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der erste Antrieb ein Linearantrieb ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der erste Antrieb ein hydraulischer Antrieb, insbesondere ein hydraulischer Linearantrieb, insbesondere ein Hydraulikzylinder mit Energiespeicher und/oder Hydraulikpumpe, ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der erste Antrieb einen Hub aufweist, der eine Länge bis zu zwei Dritteln, insbesondere bis zur Hälfte, insbesondere bis zu einem Drittel, des Hubes des zweiten Antriebs aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der zweite Antrieb ein Linearantrieb ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der zweite Antrieb ein elektrischer Antrieb, insbesondere ein Kugelgewindetrieb oder ein Zahnstangenantrieb, ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der zweite Antrieb mit dem Kreuzkopf des Kniehebelmechanismus in einer mittelbaren Wirkverbindung steht, wobei als dazwischen angeordneter Wirkvermittler der erste Antrieb in unmittelbarer Wirkverbindung mit sowohl dem zweiten Antrieb als auch dem Kreuzkopf des Kniehebelmechanismus steht. Mit anderen Worten heißt das, dass der zweite Antrieb direkt mit dem ersten Antrieb verbunden ist und der erste Antrieb direkt mit dem Kreuzkopf verbunden ist. Mit anderen Worten heißt das, der zweite Antrieb und der erste Antrieb sind in einer solchen Ausführungsform sowohl kinematisch als auch geometrisch in Serie vor dem Kreuzkopf geschaltet und bewirken somit eine serielle Bewegungsabfolge.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Kniehebelmechanismus ein 5-Punkte Kniehebel ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Ventil zum Steuern oder Regeln von zumindest einem Antrieb vorgesehen ist und das zumindest eine Ventil ein schnellschaltendes Sitzventil ist
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Neben der Kniehebel-Schließeinheit an sich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Formschließen und Formöffnen sowie zum Aufbau und Abbau einer Schließkraft einer Kniehebel-Schließeinheit für eine Formgebungsmaschine, insbesondere eine Spritzgießmaschine, umfassend:
- - mindestens ein Abstützelement,
- - eine bewegliche Formaufspannplatte,
- - einen mit dem mindestens einen Abstützelement und der beweglichen Formaufspannplatte gelenkig verbundenen Kniehebelmechanismus,
- - eine feststehende Formaufspannplatte und
- - mindestens zwei Antriebe,
wobei
- - der erste Antrieb mit dem Kreuzkopf des Kniehebelmechanismus in Wirkverbindung steht sowie
- - der zweite Antrieb zwischen dem ersten Antrieb und dem mindestens einem Abstützelement angeordnet ist,
wobei der erste Antrieb einen Energiespeicher, insbesondere einen Hydraulikspeicher aufweist, wobei der Energiespeicher Energie zum Aufbau einer Schließkraft bereitstellt und/oder Energie beim Abbau einer Schließkraft speichert.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Formgebungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kniehebel-Schließeinheit;
- 2 ein Diagramm zu bevorzugten Geschwindigkeitssowie Bewegungsabläufen;
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines Hydraulikschemas zur Steuerung des ersten Antriebes;
- 4 ein Ausführungsbeispiel einer Formgebungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kniehebel-Schließeinheit.
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1 zeigt eine Formgebungsmaschine. Die beiden Formaufspannplatten tragen jeweils ein Formgebungswerkzeug, die sich im Zustand des Formschlusses befinden. Die feststehenden Formaufspannplatte 5 ist mit der beweglichen Formaufspannplatte 3 über Holme verbunden. Die bewegliche Formaufspannplatte 3 ist unterseitig durch eine Führung, welche sich wiederum auf dem Maschinenbett befindet, geführt. Die bewegliche Formaufspannplatte 3 ist Teil einer Kniehebel-Schließeinheit 1 und kann durch einen Kniehebelmechanismus 4 bewegt werden. Die Kniehebel-Schließeinheit 1 besteht aus einem Abstützelement 2, der beweglichen Formaufspannplatte 4, einem Kniehebelmechanismus 4 und zwei Antrieben 6, 7. Der Kniehebelmechanismus 4 besteht aus einem zentralen Kreuzkopf 8 und jeweils zwei Augenhebeln, Zwischenhebeln sowie Laschen.
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Der Kreuzkopf 8 kann durch den ersten und zweiten Antrieb 6, 7 entlang der Maschinenlängsachse L bewegt werden. Dadurch wird auch die bewegliche Formaufspannplatte 3 entlang der Maschinenlängsachse L bewegt. In der abgebildeten Endposition des Kreuzkopfes 8 befindet sich der Kniehebelmechanismus 4 in seiner vollausgestreckten und blockierten Position, wodurch es zum Formschluss der beiden Formwerkzeuge kommt und ebenfalls bereits die für den Formgebungsprozess notwendige Schließkraft aufgebaut ist. Wird der Kreuzkopf 8 wieder entlang der Maschinenlängsachse L in die entgegengesetzte Richtung bewegt, kommt es zum Schließkraftabbau und zum Form öffnen, wobei sich die bewegliche Formaufspannplatte 3 von der feststehenden Formaufspannplatte 5 entfernt.
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Der erste Antrieb 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Hydraulikzylinder. Erfindungsgemäß ist der erste Antrieb 6 direkt, unmittelbar mit dem Kreuzkopf 8 verbunden und kann diesen bewegen. Ebenfalls erfindungsgemäß ist der zweite Antrieb 7 zwischen dem ersten Antrieb 6 und dem Abstützelement 2 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Antrieb 7 ein Kugelgewindetrieb. In diesem Ausführungsbeispiel verläuft der zweite Antrieb 7 durch das Abstützelement 2 und endet direkt im Hydraulikzylinder des ersten Antriebes 6. In diesem Fall stehen somit der zweite Antrieb 7 und der erste Antrieb 6 ebenfalls in einer unmittelbaren Wirkverbindung zueinander. Mit anderen Worten heißt das, der zweite Antrieb und der erste Antrieb sind in diesem Ausführungsbeispiel sowohl kinematisch als auch geometrisch in Serie vor dem Kreuzkopf geschaltet und bewirken somit eine serielle Bewegungsabfolge. Der erste Antrieb 6 verläuft ebenfalls durch das Abstützelement 2. Der Hydraulikzylinder des ersten Antriebes 6 befindet sich als Ganzes im Abstützelement 2. Der darin gelagerte Hydraulikkolben reicht vom Abstützelement 2 bis zum Kreuzkopf 8.
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Der zweite Antrieb 7 kann den Kreuzkopf 8 über eine mittelbare Wirkverbindung bewegen. Der Wirkvermittler zwischen dem Antrieb 7 und dem Kreuzkopf 8 ist dabei der entweder leerlaufende oder gesperrte erste Antrieb 6. Hierfür ist es notwendig, den Hydraulikkolben des ersten Antriebes 6 entweder im Leerlauf bis zum Anschlag oder zu seiner Endposition im Hydraulikzylinder zu bewegen oder die Position des Hydraulikkolbens zu blockieren, indem die Hydraulikventile gesperrt werden.
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2 zeigt ein Diagramm zu bevorzugten Geschwindigkeitssowie Bewegungsabläufen der beweglichen Formaufspannplatte 3. Die Geschwindigkeiten v mit denen die bewegliche Formaufspannplatte 3 die Wege s hinter sich bringt, können unterschiedlich sein. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Formschluss durch den Eilhub E dargestellt, welcher im Wesentlichen einen trapezförmigen Verlauf aufweist. Während des Schließkraftaufbaus, das heißt während des Krafthubs K, kann es verschiedene bevorzugte Geschwindigkeitsverläufe geben.
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Erstens kann nach dem trapezförmigen Verlauf des Eilhubs E die Geschwindigkeit v kurzzeitig null sein, es kommt somit zu einem kurzen Halt der beweglichen Formaufspannplatte 3. Daraufhin beschleunigt die bewegliche Formaufspannplatte 3 wieder und erreicht eine geringere Geschwindigkeit v während des Krafthubs K als während des Eilhubs E. Beide Geschwindigkeitsabläufe E, K sind trapezförmig im Diagramm dargestellt und entsprechen den durchgehenden Linienverläufen.
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In einem zweiten Verlauf kann bevorzugt vorgesehen sein, dass es keinen kurzzeitigen Halt der beweglichen Formaufspannplatte 3 gibt. Hier sinkt die Geschwindigkeit v der beweglichen Formaufspannplatte 3 während des trapezförmigen Verlaufs des Eilhubs E wie zuvor, doch der Krafthub K mit einer zweiten Beschleunigung der beweglichen Formaufspannplatte 3 beginnt bereits, bevor die Geschwindigkeit v am Ende des Eilhubs E null erreicht. Der Krafthub K kann dann wie zuvor ein Geschwindigkeitsplateau erreichen. Beide Geschwindigkeitsabläufe E,K sind im Wesentlichen trapezförmig im Diagramm dargestellt und entsprechen der durchgehenden Linie während des Eilhubs E und der lang-gestrichelten Linie während des Krafthubs K.
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In einem dritten und vierten Verlauf kann dem Eilhub E anstatt eines zumindest im Wesentlichen trapezförmigen Krafthubverlaufs ein zumindest im Wesentlichen dreieckigen Verlauf folgen. Dabei folgt auf die Beschleunigung im Zuge des Schließkraftaufbaus während des Krafthubs K eine Geschwindigkeitsverzögerung ohne Halten eines temporär konstanten Geschwindigkeitsplateaus. Diese Geschwindigkeitsverzögerungen sind im Diagramm mit den beiden kurz-gestrichelten Linien während des Krafthubs K dargestellt. Dieser zumindest im Wesentlichen dreieckigen Form des Krafthubs K durch eine Beschleunigung und einer sofort folgenden Verzögerung der beweglichen Formaufspannplatte 3 kann, wie bereits erwähnt, ein Eilhub E mit oder ohne einen kurzzeitigen Halt (v = 0) der beweglichen Formaufspannplatte 3 vorausgehen.
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Die hier dargestellten Geschwindigkeits- und Bewegungsabläufe sind als bevorzugte Ausführungsbeispiele zu versehen und haben keinerlei beschränkende Wirkung. Auch andere nicht offenbarte Verläufe sind möglich.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer Formgebungsmaschine mitsamt den beiden Antrieben 6 und 7 sowie einem Hydraulikschema zur Steuerung des ersten Antriebes 6. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Antrieb 6 ein Hydraulikzylinder und der zweite Antrieb 7 ein Kugelgewindetrieb. Das Abstützelement 2 ist so konstruiert, dass die Spindel des Kugelgewindetriebs darin gelagert ist. Dabei kann durch die Rotation der Spindel und ihrer Lagerung im Abstützelement 2 die Spindel eine translatorische Bewegung entlang der Maschinenlängsachse L bewirken. Da die Spindel direkt mit dem Hydraulikzylinder verbunden ist, der seinerseits direkt, das heißt unmittelbar, mit dem Kreuzkopf 8, verbunden ist, kann der Kugelgewindetrieb den Kreuzkopf 8 antreiben, unabhängig davon, ob der Hydraulikzylinder ebenfalls als Antrieb oder nur als Wirkvermittler agiert. Auf diese Weise können der Hydraulikzylinder als erster Antrieb 6 und der Kugelgewindetrieb als zweiter Antrieb 7 entweder zusammen oder einzeln den Kreuzkopf 8 entlang der Maschinenlängsachse L bewegen.
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Wenn wie in diesem Ausführungsbeispiel der erste Antrieb 6 ein Hydraulikzylinder ist, kann dieser durch ein Hydraulikschema gesteuert oder geregelt werden. Ein hierfür nötiges Hydrauliksystem kann aus einem Hydraulikspeicher 9, einer Hydraulikpumpe 10, diversen Ventilen 11 sowie Leitungen, einem Behälter beispielsweise einem hydraulischen Tank und einem Hydraulikkolben in einem Hydraulikzylinder als hydraulischer Antrieb 6 bestehen. Der Hydraulikspeicher 9 ist ein Energiespeicher, der wie eine hydraulische Feder, Energie speichern und freisetzen kann. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Hydraulikspeicher Druck zum Aufbau einer Schließkraft beisteuern und beim Schließkraftabbau Energie in Form von Druck speichern. Die Hydraulikpumpe 10 pumpt das hydraulische Medium, meist Hydrauliköl, durch das hydraulische Leitungssystem. Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten Ventil können elektrisch geregelte Absperrventile sein.
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Wenn die Hydraulikpumpe 10 Öl aus dem Behälter in das Leitungssystem fördert, kann durch entsprechende Schaltung der Ventile 11 Öl in den Hydraulikspeicher 9, in die linke Kammer oder die rechte Kammer des Hydraulikzylinders 6 gepumpt werden. Dadurch kann einerseits die Energie des Hydraulikspeichers 9 erhöht werden. Mit anderen Worten kann dadurch die hydraulische Feder aufgeladen werden. Andererseits kann durch die Hydraulikpumpe 10 der Hydraulikzylinder 6 betätigt werden. Wird in die linke Kammer des Hydraulikzylinders 6 gepumpt, folgt der Kolben infolge des Drucks der Bewegung nach rechts und drückt somit den Kreuzkopf 8 entlang der Maschinenlängsachse L nach rechts, was der Bewegung des Schließkraftaufbaus entspricht. Währenddessen ist es notwendig, dass das Hydrauliköl aus der rechten Kammer des Hydraulikzylinders 6 entweichen kann und über das hydraulische Leitungssystem mit entsprechend geöffneten Ventilen 11 in den Behälter abfließen kann. Wird hingegen in die rechte Kammer des Hydraulikzylinders gepumpt, folgt der Kolben infolge des Drucks der Bewegung nach links und drückt somit den Kreuzkopf 8 entlang der Maschinenlängsachse L nach links, was der Bewegung des Schließkraftabbaus entspricht. Währenddessen ist es notwendig, dass das Hydrauliköl aus der linken Kammer des Hydraulikzylinders 6 entweichen kann und über das hydraulische Leitungssystem mit entsprechend geöffneten Ventilen 11 in den Behälter abfließen kann. Die hierfür notwendigen Ventile sind mit durchgehenden Linien in 3 dargestellt.
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Im Sinne der Rekuperation kann ein Teil der Energie, welcher für den Schließkraftaufbau erforderlich ist, aus dem Prozesszyklus zurückgewonnen werden, indem die zusätzlichen Ventile 11, die in 3 gestrichelt dargestellt sind, entsprechend betätigt werden. Wird beispielsweise nach der Formgebung die Schließkraft der Formaufspannplatten und deren Formwerkzeuge oder der dadurch vorherrschende Hydraulikdruck des Hydraulikzylinders 6 freigesetzt, kann durch das hydraulische System ein Teil dieses Drucks im Hydraulikspeicher 9 aufgenommen werden, um diese zurückgewonnene Energie für den Schließkraftaufbau des nächsten Formgebungszyklus wieder bereitzustellen.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Formgebungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kniehebel-Schließeinheit 1. Es sind die beiden Formaufspannplatten 3 und 5 sowie der Kniehebelmechanismus 4 und das Abstützelement 2 zu erkennen. Der Kreuzkopf 8 des Kniehebelmechanismus 4 ist unmittelbar mit zwei ersten Antrieben 6 verbunden. Die ersten Antriebe 6 sind in diesem Beispiel Hydraulikzylinder. Die ersten Antriebe 6 sind parallelgeschaltet. Sie befinden sich jeweils an einem Ende einer Zugstange 14. Die beiden Zugstangen 14 verlaufen von der der beweglichen Formaufspannplatte zugewandten Seite durch das Abstützelement 2 hindurch bis zu der beweglichen Formaufspannplatte abgewandten Seite. Die beiden Zugstangen 14 sind am jeweils anderen Ende mit einem Träger 12 verbunden. Durch diesen Träger 12 läuft die Spindel des zweiten Antriebs 7. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es nur einen zweiten Antrieb 7. Dieser eine zweite Antrieb 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Kugelgewindetrieb.
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Mit Hilfe einer Mutter 13, die auf der Spindel des einen zweiten Antriebes 7 sitzt und mit dem Träger 12 verbunden ist, kann durch die sich drehende Spindel des zweiten Antriebs 7 der Träger 12, kinematisch darauffolgend die durch das Abstützelement 2 verlaufenden Zugstangen 14, kinematisch darauffolgend die beiden ersten Antriebe 6 und kinematisch darauffolgend der Kreuzkopf 8 betätigt, insbesondere bewegt, werden.
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Es liegt hier eine mittelbare Wirkverbindung zwischen dem einen zweiten Antrieb 7 und dem Kreuzkopf 8 vor. Die Wirkvermittler zwischen dem einen zweiten Antrieb 7 und dem Kreuzkopf 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel in kinematischer Reihenfolge ausgehend von der Bewegung des einen zweiten Antriebs 7: Mutter 13, Träger 12, die beiden Zugstangen 14 und die beiden ersten Antriebe 6.
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Es liegt auch dann eine mittelbare Wirkverbindung zwischen dem einen zweiten Antrieb 7 und dem Kreuzkopf 8 vor, wenn die beiden ersten Antriebe 6 im Leerlauf geschaltet sind. In diesem Fall muss der zweite Antrieb die Wirkvermittler vor den beiden ersten Antrieben 6 bis zum Anschlag der Hydraulikkolben bewegen, um in weiterer Folge den Kreuzkopf 8 bewegen zu können.
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Es liegt auch dann eine mittelbare Wirkverbindung zwischen dem einen zweiten Antrieb 7 und dem Kreuzkopf 8 vor, wenn sich die beiden ersten Antriebe 6 in einem statischen Stillstand befinden. In einem statischen Stillstand befinden sich die Hydraulikkolben der beiden ersten Antriebe 6, wenn in den beiden Druckkammern des Hydraulikzylinders der gleiche Hydraulikdruck konstant vorliegt und damit der Hydraulikkolben bewegungslos relativ zum Hydraulikzylinder vorliegt. In diesem Fall gibt es keinen Leerlauf und der eine zweite Antrieb 7 kann über die oben genannten Wirkvermittler den Kreuzkopf bewegen.
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Es liegt auch dann eine mittelbare Wirkverbindung zwischen dem einen zweiten Antrieb 7 und dem Kreuzkopf 8 vor, wenn sich die beiden ersten Antriebe 6 im aktiven Betriebszustand befinden. In diesem Fall erfüllen die beiden ersten Antriebe 6 sowohl die Funktion von Wirkvermittlern im Zuge der mittelbaren Wirkverbindung zwischen dem einen zweiten Antrieb 7 und dem Kreuzkopf 8 als auch die zusätzliche Funktion von Antrieben, die mit dem Kreuzkopf 8 in unmittelbarer Wirkverbindung stehen. Das heißt, dass zusätzliche unmittelbare Antriebskräfte der ersten Antriebe 6 neben der mittelbaren Antriebskraft des zweiten Antriebes 7 den Kreuzkopf 8 bewegen.
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In diesem Ausführungsbeispiel mit sowohl den beiden ersten Antrieben 6 als auch dem einen zweiten Antrieb 7, die den Kreuzkopf 8 bewegen können, ist jedwede gewünschte Verteilung der Antriebskräfte möglich. Beispielsweise können die beiden ersten Antriebe 6 in unterschiedlichen Stärken zugeschaltet werden, um Kippmomente auszugleichen.
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Die Erfindung ist weder auf die dargestellte Anzahl an Antrieben noch auf deren Position innerhalb der Formgebungsmaschine, insbesondere Spritzgießmaschine, beschränkt.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Kniehebel-Schließeinheit
- 2
- Abstützelement
- 3
- Bewegliche Formaufspannplatte
- 4
- Kniehebelmechanismus
- 5
- Feststehende Formaufspannplatte
- 6
- Erster Antrieb
- 7
- Zweiter Antrieb
- 8
- Kreuzkopf
- 9
- Energiespeicher
- 10
- Hydraulikpumpe
- 11
- Ventil
- 12
- Träger
- 13
- Mutter
- 14
- Zugstange
- 15
- Abdichtung
- L
- Maschinenlängsachse
- E
- Eilhub, entspricht dem Formöffnen oder Formschließen
- K
- Krafthub, entspricht dem Schließkraftaufbau oder -abbau
- v
- Geschwindigkeit
- s
- Wegstrecke der beweglichen Formaufspannplatte 3
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2456607 B1 [0003]
- JP H10258451 A [0004]
- EP 3283269 B1 [0005]
- CN 108890997 A [0006]
- JP H08238557 A [0006]
