DE10205260A1

DE10205260A1 - Ausfallsichere Kraftbegrenzung für einen Hubantrieb

Info

Publication number: DE10205260A1
Application number: DE2002105260
Authority: DE
Inventors: Mangalasseril Saju
Original assignee: Demag Ergotech GmbH; L&T Demag Plastics Machinery Pvt Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH; L&T Demag Plastics Machinery Pvt Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2022-02-09
Also published as: DE10205260B4

Abstract

Für den elektromechanischen Hubantrieb des Plastifizierzylinders einer Spritzgießmaschiene, mit einer zwischen Hubantrieb und Plastifizierzylinder wirksamen Federanordnung, durch die das düsenseitige Zylinderende in der Vorschubposition des Hubantriebs mit einer definierten Kraft an die Angussöffnung des Spritzgießwerkzeugs angedrückt wird, wird eine ausfallsichere Kraftbegrenzung vorgeschlagen. Der Hubantrieb enthält dazu einen die Vorschubbewegung mechanisch begrenzenden, parallel zur Federanordnung wirkenden Anschlag, wobei der maximale Abstand des Anschlags von dem die Vorschubbewegung ausführenden und gegen den Anschlag laufenden Teil des Hubantriebs größer als der maximale Abstand zwischen dem düsenseitigen Zylinderende und der Angussöffnung, die Differenz dieser Abstände jedoch kleiner ist als der maximale Federweg der Federanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine ausfallsichere Kraftbegrenzung für den elektromechanischen Hubantrieb des Plastifizierzylinders einer Spritzgießmaschine, mit einer zwischen Hubantrieb und Plastifizierzylinder wirksamen Federanordnung, durch die das düsenseitige Zylinderende in der Vorschubposition des Hubantriebs mit einer definierten Kraft an die Angussöffnung des Spritzgießwerkzeugs angedrückt wird.

In Verbindung mit Spritzgießmaschinen ist es bekannt, den hydraulischen Antrieb für die Vorschubbewegung des Plastifizierzylinders durch einen elektromechanischen Hubantrieb zu ersetzen. Damit das düsenseitige Ende des Plastifizierzylinders nicht zu hart und mit zu großem Druck auf die die Angussöffnung des Spritzgießwerkzeugs aufsetzt, wird der Plastifizierzylinder nicht direkt über den elektromechanischen Hubantrieb bewegt, sondern indirekt über eine dazwischen geschaltete Federanordnung. Nachdem das Zylinderende auf die Angussöffnung aufgesetzt hat, wird der Hubantrieb in dem Moment abgeschaltet, in welchem die Federanordnung die für den Einspritzvorgang erforderliche Anpresskraft auf den Plastifizierzylinder und damit zwischen Zylinderende und Angussöffnung ausübt. Hierzu wird entweder ein entsprechend positionierter Grenzschalter verwendet oder eine über den mit zunehmender Anpresskraft ansteigenden Betriebsstrom des elektrischen Antriebsmotors gesteuerte Schaltung, welche jeweils den Elektromotor abschalten. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, dass aufgrund von Trägheitskräften ein sogenanntes Überfahren des Hubantriebs auftreten kann, durch welches der Plastifizierzylinder oder das Spritzgießwerkzeug beschädigt wird. Die Abschaltung des Vorschubs über den Betriebsstroms berücksichtigt zudem nicht die in der Anlage sich aufbauende Reibung und deren zeitliche Änderung. Bei einem Versagen der jeweils verwendeten elektrischen Abschaltvorrichtung und somit einem Weiterlaufen des Elektromotors wird die zwischengeschaltete Federanordnung vollständig komprimiert, so dass der elektromechanische Antrieb dann unmittelbar auf den Plastifizierzylinder drückt und dadurch die Vorschubkraft unkontrolliert anwächst, was zu erheblichen Beschädigungen in der gesamten Anlage führen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ausfallsichere Kraftbegrenzung für einen Hubantrieb der oben genannten Art zu schaffen, mittels welcher eine vorgegebene Anpresskraft des düsenseitigen Zylinderendes auf die Angussöffnung nicht überschritten wird, auch wenn die elektrischen Sicherungseinrichtungen versagen sollten.

Diese Aufgabe wird durch eine Kraftbegrenzung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die ausfallsichere Kraftbegrenzung sieht für den die Vorschubbewegung ausführenden Teil des Hubantriebs einen mechanischen Anschlag vor, der dann zur Wirkung kommt, wenn der Hubantrieb trägheitsbedingt oder durch eine Fehlfunktion der Abschaltvorrichtungen die vorgesehene Endstellung überfährt und dabei die über die Federanordnung ausgeübte Vorschubkraft einen vorgegebenen Wert übersteigen oder gar der maximal zulässige Federweg überschritten würde. Durch den Anschlag bleibt die Federanordnung stets in ihrem elastischen Bereich und überträgt maximal nur den durch die Position des Anschlages vorgegebenen Druck auf den Plastifizierzylinder.

Bei Verwendung eines elektromechanischen Hubantriebs in Form eines Spindelantriebs, bei welchem die Spindelmutter bei einer Drehung der Spindelwelle den Vorschub bewirkt und ihre Vorschubbewegung über eine Druckfeder auf den Plastifizierzylinder überträgt, wirkt der Anschlag vorzugsweise direkt auf die Spindelmutter. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Spindelmutter an der dem Anschlag zugewandten Seite eine gesonderte Anschlaghülse aufweist, welche drehfest, jedoch axial verschiebbar gelagert und mit der Spindelmutter über eine drehmomentbegrenzende Kupplung verbunden ist. In diesem Fall kann sich bei einem Weiterlaufen des Elektromotors nach dem Auflaufen der Anschlaghülse auf den Anschlag die Spindelmutter zusammen mit der Spindelwelle weiterdrehen, ohne dass eine zusätzliche axiale Druckkraft auf den Plastifizierzylinder erzeugt oder gar die Spindelwelle und/oder die Spindelmutter beschädigt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Die Figur zeigt einen Hubantrieb 1 für einen axial verschiebbaren Plastifizierzylinder 2 einer Spritzgießmaschine, dessen vorderes, mit einer Einspritzdüse versehenes Zylinderende 3 in der Startphase des Vorschubs einen maximalen Abstand b von der Angussöffnung 4 des Spritzgießwerkzeugs aufweist. Der Plastifizierzylinder 2 ist an einer Tragbrücke 5 befestigt, welche die axialen Kräfte des Hubantriebs 1 auf den Plastifizierzylinder 2 überträgt. Zur Erzeugung der axialen Kräfte weist der Hubantrieb 1 eine Spindelwelle 6 auf, welche in Lagern 7 und 8 drehbar, jedoch axial fest, also zum Beispiel in axial eingespannten Kegellagern, gelagert ist, wobei die Lagerböcke 9 und 10 auf dem Maschinenbett angeordnet sind. Auf der Spindelwelle 6 befindet sich eine Spindelmutter 11, welche bei einer Drehung der Spindelwelle 6 mittels eines nicht dargestellten, z. B. auf eine Riemenscheibe 12 wirkenden Elektromotors eine von der Drehrichtung abhängige Axialbewegung ausführt. Die Spindelmutter 11 trägt einen Flansch 11.1, der über eine drehmomentabhängige Kupplung 12 mit einem Flansch 13.1 einer Anschlaghülse 13 verbunden ist. Der Flansch 13.1weist an seinem äußeren Umfang eine Keilwellenverzahnung 13.2 auf, welche in eine entsprechende Innenverzahnung eines an der Tragbrücke 5 befestigten Gehäuses 14 eingreift, so dass die Spindelmutter 11 zusammen mit der Anschlaghülse 13 relativ zum Gehäuse 14 axial verschiebbar ist. Zwischen dem Flansch 13.1 und der Tragbrücke 5 ist unter Vorspannung eine Druckfeder 15 eingesetzt, welche die Vorschubbewegung der Spindelmutter 11 und damit der Anschlaghülse 13, in der Darstellung also deren Axialbewegung nach links, über die Tragbrücke 5 auf den Plastifizierzylinder 2 überträgt. Die Anschlaghülse 13 läuft dabei koaxial zu einem Führungsrohr 10.1 des Lagerbocks 10, auf welchem in einem Abstand a vom Ende der Anschlaghülse 13 ein ringförmiger Anschlag 16 aufgeschraubt ist. Auf dem Anschlag 16 ist ein elektrischer Druckschalter 17 befestigt, der über eine Druckplatte 18 am Ende der Anschlaghülse 13 betätigt wird. Durch die Vorspannung der Feder 15 wird der Flansch 11.1 der Spindelmutter 11 zwischen dem Flansch 13.1 der Anschlaghülse 13 und einem Ringbund 14.1 am rückwärtigen Ende des Gehäuses 14 eingespannt, so dass der Plastifizierzylinder 2 der Axialbewegung der Spindelmutter 11 in beiden Richtungen folgt, solange das düsenseitinge Zylinderende 3 die Angussöffnung 4 nicht berührt.
Der oben beschriebene Hubantrieb und dessen Kraftbegrenzung funktionieren wie folgt:
Bei einer Vorschubbewegung der Spindelmutter 11, welche über die Kupplung 12, die Anschlaghülse 13, die Feder 15 und die Tragbrücke 5 auf den Plastifizierzylinder 2 übertragen wird, wird dieser über eine Wegstrecke der Länge b so lange nach links axial verschoben, bis das düsenseitige Zylinderende 3 die Angussöffnung 4 berührt. Eine weitere Vorschubbewegung der Spindelmutter 11 führt dazu, dass die Feder 15 zwischen der nun feststehenden Tragbrücke 5 und dem weiter nach links in der Keilwellenverzahnung 13.2 laufenden Flansch 13.1 der Anschlaghülse 13 zusammengedrückt wird. Hierdurch erhöht sich die Federspannung und damit der Anpressdruck des düsenseitigen Zylinderendes 3 auf die Angussöffnung 4. Bei Erreichen eines vorbestimmten Druckwertes hat sich die Druckplatte 18 am Ende der Anschlaghülse 13 dem Druckschalter 17 soweit genähert, dass sie diesen betätigt und damit den Elektromotor abschaltet. Im Normalfall wird nun der Einspritzvorgang beginnen und anschließend der Elektromotor die Drehrichtung wechseln, worauf die Spindelmutter 11 zusammen mit der Anschlaghülse 13 zurückfährt. Dadurch wird zuerst die Feder 15 wieder entspannt, bis der Flansch 11.1 der Spindelmutter 11 den Ringbund 14.1 am rückwärtigen Ende des Gehäuses 14 erreicht und anschließend letzteres die Tragbrücke 5 und damit auch den Plastifizierzylinder 2 wieder in seine Ausgangsposition zurückfährt.
Sollte nun z. B. trägheitsbedingt oder durch Ausfall des Schalters 17 der Hubantrieb 1 in Vorschubrichtung weiterlaufen, so trifft die Anschlaghülse 13 auf den Anschlag 16, noch bevor die Feder 15 vollständig zusammengedrückt, d. h. der maximal zur Verfügung stehende Federweg c beendet ist. Dieser funktionelle Ablauf ist immer dann gewährleistet, wenn die Ausgangswerte für a, b und c die Bedingung a > b und a - b < c erfüllen, wobei noch über die mittels einer Schraubbewegung veränderbare Position des Anschlags 16 sowie des Schalters 17 auf dem Führungsrohr 10.1 der Abstand a und damit die maximale Kraft, mit der der Plastifiziuerzylinder 2 durch die Feder 15 an die Angussöffnung 4 angedrückt wird, einstellbar ist.
Sollte nach einem Ausfall des Schalters 17 der Elektromotor in der Vorschubphase nicht stehen bleiben und somit die Anschlaghülse 13 bis zum Anschlag 16 vorgerückt sein, so würde die nun feststehende Spindelmutter 11 die Spindelwelle 6 blockieren, was eine Beschädigung beider Teile nach sich ziehen könnte. Um dies zu vermeiden, ist die drehmomentabhängige Kupplung 12 zwischen Spindelmutter 11 und Anschlaghülse 13 so eingestellt, dass sie kurz vor Überschreiten des mit dem Spindelgetriebe maximal übertragbaren Drehmomentes auslöst und damit eine Drehung der Spindelmutter 11 zusammen mit der Spindelwelle 6 ohne eine weitere Axialbewegung zulässt.
Die Erfindung ist in analoger Weise auf andere elektromechanische Antriebe übertragbar; insbesondere kann bei einer kinematischen Umkehrung eines Spindelantriebes mit angetriebener, drehbarer, axial feststehender Spindelmutter der mechanische Anschlag 16 auf eine axial verschiebbare, den Vorschub ausführende Spindelwelle wirken.

Claims

1. Ausfallsichere Kraftbegrenzung für den elektromechanischen Hubantrieb des Plastifizierzylinders einer Spritzgießmaschine, mit einer zwischen Hubantrieb und Plastifizierzylinder wirksamen Federanordnung, durch die das düsenseitige Zylinderende in der Vorschubposition des Hubantriebs mit einer definierten Kraft an die Angussöffnung des Spritzgießwerkzeugs angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubantrieb (1) einen die Vorschubbewegung mechanisch begrenzenden, parallel zur Federanordnung (15) wirkenden Anschlag (16) enthält, wobei der maximale Abstand (a) des Anschlags (16) von dem die Vorschubbewegung ausführenden und gegen den Anschlag (16) laufenden Teil (11, 13) des Hubantriebs (1) größer als der maximale Abstand (b) zwischen dem düsenseitigen Zylinderende (3) und der Angussöffnung (4), die Differenz dieser Abstände (a-b) jedoch kleiner ist als der maximale Federweg (c) der Federanordnung (15).

2. Kraftbegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubantrieb (1) ein Spindelgetriebe mit einer drehbar, jedoch axial fest gelagerten Spindelwelle (6) und einer mit der Spindelwelle verkoppelten, axial verschiebbaren Spindelmutter (11) enthält, die über eine die Federanordnung bildende Druckfeder (15) mit dem Plastifizierzylinder (2) kraftschlüssig verbunden ist, und dass die Spindelmutter (11) eine Anschlaghülse (13) aufweist, welche gegen den die Vorschubbewegung der Spindelmutter (11) mechanisch begrenzenden Anschlag (16) verfahrbar ist.

3. Kraftbegrenzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand (a) zwischen der Anschlaghülse (13) und dem mechanischen Anschlag (16) größer als der maximale Abstand (b) zwischen dem düsenseitigen Zylinderende (3) und der Angussöffnung (4), die Differenz dieser Abstände (a-b) jedoch kleiner als der maximale Kompressionsweg (c) der Druckfeder (15) ist.

4. Kraftbegrenzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand (a) zwischen der Anschlaghülse (13) und dem Anschlag (16) zur Veränderung der Anpresskraft des düsenseitigen Zylinderendes (3) auf die Angussöffnung (4) einstellbar ist.

5. Kraftbegrenzung einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlaghülse (13) drehfest, jedoch axial verschiebbar gelagert und mit der Spindelmutter (11) kraftschlüssig verbunden ist.

6. Kraftbegrenzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (11) über eine drehmomentbegrenzende Kupplung (12) mit der Anschlaghülse (13) verbunden ist.

7. Kraftbegrenzung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlaghülse (13) drehfest, jedoch axial verschiebbar mit einer Tragbrücke (5) des Plastifizierzylinders (2) verbunden und die Federanordnung (15) unter Vorspannung zwischen der Anschlaghülse (13) und der Tragbrücke (5) angeordnet ist und dass die Spindelmutter (11) mittels der Federanordnung (15) zwischen der Anschlaghülse (13) und einem mit der Tragbrücke (5) des Plastifizierzylinders (2) fest verbundenen, weiteren Anschlag (Ringbund 14.1) eingespannt ist.

8. Kraftbegrenzung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Anschlag (16) eine elektrische, durch die Anschlaghülse (13) betätigbare und den elektrischen Antrieb des Spindelgetriebes steuernde Schalteinrichtung (17) aufweist.