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Die
Erfindung betrifft zunächst
eine Antriebsvorrichtung für
ein bewegliches Teil in einem Zustellhub, einem Krafthub und einem
Rückhub,
insbesondere eine Formschließvorrichtung
für eine
Spritzgießmaschine.
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Als
Formschließvorrichtung
einer Spritzgießmaschine
bewegt die Antriebsvorrichtung die bewegliche Formaufspannplatte
der Maschine. Eine solche Antriebsvorrichtung hat zwei wichtige
unterschiedliche Forderungen zu erfüllen. Zum einen soll sie die
Formaufspannplatte zum Schließen
und zum Öffnen
der Form möglichst
schnell verfahren, damit die Zykluszeit für die Herstellung eines Formstücks klein
gehalten werden kann. Zum andern soll sie die Formaufspannplatte
und damit die ganze Form gegen den hohen Spritzdruck mit großer Kraft
zuhalten können.
Zum einen sind also Stellbewegungen mit großer Beschleunigung, mit hoher
Geschwindigkeit und starker Abbremsung auszuführen, zum anderen sind ohne
2wesentliche Bewegung hohe Kräfte
auszuüben.
Derartige Anforderungen können
sich außer
bei der Schließeinheit
auch bei den Auswerfern oder der Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine
stellen. Zum Beispiel wird beim Einspritzen von Kunststoff in die
Form die Plastifizierschnecke mit relativ hoher Geschwindigkeit
in Richtung auf die Form zu bewegt, bis die Form vollständig mit
Kunststoff gefüllt
ist. Wird im Anschluß daran
die sich in der Form befindliche Kunststoffschmelze einem sogenannten
Nachdruck ausgesetzt, so muß der
Antrieb eine hohe Kraft ohne wesentliche Bewegung der Plastifizierschnecke
aufbringen.
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Bei
einer in der prioritätsälteren
WO 02/11970 A1 gezeigten
Formschließvorrichtung
ist eine erste, nehmende hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit mit
einem ersten Druckraum, der während
des Zustellhubs und während
des Krafthubs mit Druck beaufschlagbar ist, und mit einem weiteren
Druckraum zur Druckbeaufschlagung im Rückhub vorhanden. Eine zweite,
gebende Zylinder-Kolben-Einheit hat einen Druckraum, der im Zustellhub
und im Rückhub
mit dem ersten Druckraum der ersten Zylinder-Kolben-Einheit verbunden
ist, und einen weiteren Druckraum, der dauernd mit dem weiteren
Druckraum der ersten Zylinder-Kolben-Einheit verbunden ist. Ein dritter Druckraum
der zweiten Zylinder-Kolben-Einheit ist dauernd mit dem ersten Druckraum der
ersten Zylinder-Kolben-Einheit verbunden. Insbesondere ist im Krafthub
nur der dritte Druckraum der zweiten Zylinder-Kolben-Einheit mit dem ersten Druckraum
der ersten Zylinder-Kolben-Einheit verbunden. Es wird dann nur ein
den ersten Druckraum der zweiten Zylinder-Kolben-Einheit begrenzender Kolben verschoben, während der
Druckraum der zweiten Zylinder-Kolben-Einheit, der im Zustellhub
mit dem ersten Druckraum der ersten Zylinder-Kolben-Einheit verbunden
ist, gegen diesen Druckraum im Krafthub abgesperrt ist und ein entsprechender
Kolben im Krafthub nicht bewegt wird.
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Eine
Formschließvorrichtung,
bei der die oben aufgezeigten Anforderungen zu erfüllen versucht
worden sind, ist aus der
DE
195 23 420 C1 bekannt. Bei dieser Antriebsvorrichtung ist
mit der beweglichen Formaufspannplatte der Kolbenteil einer hydraulischen
Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Hydraulikkolben, der mit einer
ersten Wirkfläche
an einen ersten Druckraum und mit einer zweiten Wirkfläche, die
kleiner als die erste Wirkfläche
und dieser entgegengerichtet ist, an einen zweiten Druckraum angrenzt,
und mit einem weiteren Hydraulikkolben, der fest mit ersten Hydraulikkolben
verbunden ist und eine dritte Wirkfläche besitzt, die an einen dritten
Druckraum angrenzt und in die gleiche Richtung wie die zweite Wirkfläche wirksam
ist. Über
eine Ventilanordnung ist der zweite Druckraum mit dem ersten Druckraum
verbindbar und vom ersten Druckraum getrennt von Druck entlastbar.
Der weitere Hydraulikkolben ist ein plungerartige Fortsatz auf der
dem zweiten Druckraum zugekehrten Seite des ersten Hydraulikkolbens.
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Während der
Stellbewegung in die Schließrichtung
sind der erste Druckraum und der zweite Druckraum miteinander verbunden,
so daß der
Zylinder-Kolben-Einheit nur die durch die Differenz zwischen der
ersten Wirkfläche
und der zweiten Wirkfläche
bedingte Druckmittelmenge zufließen muß und eine hohe Geschwindigkeit
erreicht werden kann. Für
das Aufbringen der Zuhaltekraft werden der zweite und der dritte Druckraum
von Druck entlastet, so daß die
erste Wirkfläche
voll zur Erzeugung der Zuhaltekraft verfügbar ist. Während der Stellbewegung in Öffnungsrichtung
sind bei der bekannten Formschließvorrichtung alle drei Druckräume zusammengeschaltet
und mit einer Druckmittelquelle verbunden, so daß die der Zylinder-Kolben-Einheit
für eine
gewünschte
Geschwindigkeit zuzuführende
Druckmittelmenge durch die Querschnittsfläche einer von dem ersten Hydraulikkolben
ausgehenden, nach Querung des ersten Druckraums aus dem Zylinder
austretenden und am beweglichen Teil befestigten Kolbenstange bedingt
ist.
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Bei
der bekannten Formschließvorrichtung
wird die Zylinder-Kolben-Einheit zum Schließen und Öffnen der Form in offenen hydraulischen
Kreisläufen
betrieben, wobei die Druckräume
am Ende des Schließvorgangs
und am Ende des Öffnungsvorganges
mit Tank verbunden sind und das bewegliche Teil offenbar nur durch
Reibung abgebremst wird.
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Der
Erfindung liegt das Ziel zugrunde, die Antriebsvorrichtung der bekannten
Art so weiterzuentwickeln, daß sie
mit einer hohen Dynamik betrieben werden kann.
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Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die
Antriebsvorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Danach hat eine erste, nehmende hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit
einen ersten Druckraum, der im Krafthub allein mit Druck beaufschlagbar
ist, und einen dritten Druckraum zur Druckbeaufschlagung im Rückhub. Eine
zweite, gebende Zylinder-Kolben-Einheit hat einen vierten Druckraum,
der zumindest im Zustellhub und im Rückhub mit dem dritten Druckraum
verbunden ist, und einen fünften
Druckraum, der mit dem ersten Druckraum verbindbar ist. Von einem
insbesondere elektrischen Antriebsmotor sind Kolbenteil und Zylinder
der zweiten Zylinder-Kolben-Einheit relativ zueinander verfahrbar.
Ein zweiter Druckraum der Antriebsvorrichtung befindet sich in einer
der beiden Zylinder-Kolben-Einheiten. Es ist eine Ventilanordnung
vorhanden, über
die während
des Zustellhubs Druckmedium aus dem zweiten Druckraum in den ersten
Druckraum verdrängbar
ist und während
des Krafthubs der zweite Druckraum vom ersten Druckraum getrennt
von Druck entlastbar ist. Außerdem
haben der dritte Druckraum und der vierte Druckraum einen solchen Querschnitt,
daß während des
Zustellhubs aus dem dritten Druckraum verdrängtes Druckmedium vom vierten Druckraum
aufnehmbar ist. Der vierte Druckraum kann dauernd mit dem dritten
Druckraum verbunden sein. Der vierte Druckraum kann jedoch auch
durch zwei Teildruckräume
gebildet sein, von denen während
eines Arbeitsschrittes zum Aufreißen der Form nur der eine Teildruckraum
mit dem dritten Druckraum verbunden ist. Auf diese Weise ist die
wirksame Größe der vierten
Wirkfläche
verkleinert. Man kann eine stärkere
Kraftübersetzung
erhalten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
ist gemäß Patentanspruch
14 dadurch gekennzeichnet, daß während des
Bewegens des beweglichen Teils alle fünf Druckräume mit einem erhöhten, über Atmosphärendruck
liegenden Druck beaufschlagt sind. Bevorzugt verbleibt der Druck
beim Abbremsen des beweglichen Teils in jedem der fünf Druckräume über dem
Atmosphärendruck,
so daß die
Bremskraft besonders hoch und der Bremsweg entsprechend kurz ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung kann
man den Unteransprüchen
2 bis 10 entnehmen.
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Gemäß Patentanspruch
2 kann sich der zweite Druckraum einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
an der zweiten Zylinder-Kolben-Einheit befinden.
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Besonders
bevorzugt wird jedoch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3. Danach
weist die erste hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit einen ersten
Hydraulikkolben, der mit einer ersten Wirkfläche an den ersten Druckraum
und mit einer zweiten Wirkfläche,
die kleiner als die erste Wirkfläche
und dieser entgegengerichtet ist, an den zweiten Druckraum angrenzt,
und einen weiteren Hydraulikkolben auf, der fest mit dem ersten
Hydraulikkolben verbunden ist und eine dritte Wirkfläche besitzt,
die an den dritten Druckraum angrenzt und in die gleiche Richtung
wie die zweite Wirkfläche
wirksam ist, Die zweite hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit hat einen zweiten Hydraulikkolben,
der mit einer vierten Wirkfläche
an den vierten Druckraum, der dauernd mit dem dritten Druckraum
verbunden ist, und mit einer der vierten Wirkfläche entgegengerichteten fünften Wirkfläche an den
fünften
Druckraum angrenzt. Zudem ist das Größenverhältnis zwischen der fünften Wirkfläche und
der Differenz aus der ersten und der zweiten Wirkfläche gleich
dem Größenverhältnis zwischen
der vierten Wirkfläche
und der dritten Wirkfläche.
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Besonders
bevorzugt ist der weitere Hydraulikkolben auf einfache Weise durch
einen plungerartigen Fortsatz auf der dem zweiten Druckraum zugekehrten
Seite des ersten Hydraulikkolbens bzw. zweiten Hydraulikkolbens
gebildet.
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Vorteilhafterweise
wird bei einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
die erste Zylinder-Kolben-Einheit gemäß den Patentansprüchen 7 und
8 ebenso wie bei der aus der
DE 195 23420 C1 ausgestaltet.
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Bei
einer Ausbildung gemäß Patentanspruch
9 ist eine Kraftübersetzung
zum Aufreißen
der Form einer Kunststoffspritzgießmaschine möglich.
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Bevorzugt
sind der vierte Druckraum und der dritte Druckraum gemäß Patentanspruch
10 über
ein Ventil mit einem Niederdruckreservoir verbindbar. Dadurch wird
sicher verhindert, daß beim
Aufbau eines hohen Druckes im ersten Druckraum durch Verfahren des
zweiten Hydraulikkolbens, währenddessen
sich der erste Hydraulikkolben und der weitere Hydraulikkolben allenfalls
nur noch geringfügig
bewegen, kein Unterdruck im dritten und im vierten Druckraum auftritt.
Die Gefahr von Kavitation ist dann gering. Das Niederdruckreservoir
ist zweckmäßigerweise
gemäß Patentanspruch
11 ein geschlossenes Reservoir ohne Verbindung zur Atmosphäre und mit
einem Volumenausgleich durch eine flexible Wand oder ein Gaspolster.
Auf diese Weise kann das hydraulische System der Antriebsvorrichtung
so gestaltet werden, daß das
Druckmedium keinen Kontakt mit der Atmosphäre hat. Ist das Druckmedium Öl, so wird
dadurch die Alterung verzögert.
Ist das Druckmedium Wasser, so wird kein Sauerstoff aus der Atmosphäre eingetragen
und dadurch die Korrosion der mit dem Wasser in Berührung kommenden
Metallteile gering gehalten.
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Es
ist vorteilhaft, wenn gemäß Patentanspruch
12 die fünfte
Wirkfläche
am zweiten Hydraulikkolben kleiner ist als die erste Wirkfläche am ersten
Hydraulikkolben. Der zweite Hydraulikkolben und der erste Hydraulikkolben
bilden dann einen hydraulischen Kraftübersetzer, so daß mit einer
relativ geringen Belastung des Antriebsmotors und eines diesem nachgeordneten
Rotations/Translations-Wandlers mit dem ersten Hydraulikkolben eine
hohe Kraft ausgeübt
werden kann. Natürlich
entspricht die Kraftübersetzung
einer Weguntersetzung.
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Die
Antriebsvorrichtung kann mit einer besonders hohen Dynamik betrieben
werden, wenn sie mit erhöhten
Vorspanndrücken
in den Druckräumen
betrieben wird. Um einen solchen Betrieb auf vorteilhafte Weise zu
ermöglichen
ist gemäß Patentanspruch
13 der fünfte
Druckraum am zweiten Hydraulikkolben in einer ersten Stellung eines
weiteren Ventils mit dem ersten Druckraum und in einer zweiten Stellung
des weiteren Ventils mit dem Niederdruckreservoir verbunden. In
einem Arbeitsschritt „Vorspannen” vor dem Öffnen der
Form kann nun durch Verfahren des zweiten Hydraulikkolbens in Richtung „Öffnen der
Form” Druckmittel
aus dem Niederdruckreservoir in den fünften Druckraum nachfließen, so
daß nach
Umschalten des weiteren Ventils und der Verbindung des fünften Druckraums
mit dem ersten Druckraum das Niveau der Vorspanndrücke weitgehend
erhalten bleibt. Das Niveau fällt
nur geringfügig
ab, weil das sich im fünften
Druckraum befindliche Druckmedium auf das Druckniveau des ersten
Druckraums angehoben wird.
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Vier
Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
die als Formschließvorrichtungen
konzipiert sind, sind in den Zeichnungen dargestellt. An Hand dieser
Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 das
erste Ausführungsbeispiel
in einem Zustand während
des Schließens
der Form,
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2 das
erste Ausführungsbeispiel
am Ende des Verriegelns der Form, also am Ende des Aufbaus eines
hohen Zuhaltedrucks in den Druckräumen eins und fünf,
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3 das
erste Ausführungsbeispiel
nach dem Entspannen der Form, also nach dem Abbau des hohen Zuhaltedrucks
in den Druckräumen
eins und fünf,
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4 das
erste Ausführungsbeispiel
nach dem Aufbau von Vorspanndrücken
in den Druckräumen eins
bis vier,
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5 das
erste Ausführungsbeispiel
in einem Zustand zu Beginn des Öffnens
der Form,
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6 das
zweite Ausführungsbeispiel
in einem Zustand während
des Schließens
der Form,
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7 das
dritte Ausführungsbeispiel
in einem Zustand während
des Schließens
der Form und
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8 das
vierte Ausführungsbeispiel
in einem Zustand während
des Schließens
der Form.
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Gemäß den 1 bis 5 besitzt
das dort nur skizzenhaft gezeigte erste Ausführungsbeispiel einer Formschließvorrichtung
eine erste, nehmende Zylinder-Kolben-Einheit 10,
die mechanisch mit der beweglichen Formaufspannplatte 11 einer
Zweiplatten-Kunststoffspritzgieß-maschine
gekoppelt ist, einen rotativen Elektromotor 12 als Antriebsmotor
und eine in der Kraftkette zwischen dem Elektromotor 12 und
der ersten Zylinder-Kolben-Einheit angeordnete zweite, gebende Zylinder-Kolben-Einheit 13.
Der Zylinder 14 der ersten Zylinder-Kolben-Einheit 10 ist
fest mit dem Gestell der Maschine verbunden und bildet einen ersten
im Querschnitt kreiszylindrischen Hohlraum 15 und einen
zweiten im Querschnitt kreiszylindrischen Hohlraum 16 aus, dessen
Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Hohlraums 15 ist
und der zum Hohlraum 15 hin offen ist.
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Die
Zylinder-Kolben-Einheit 10 umfaßt zwei in derselben Achse
angeordnete Hydraulikkolben 17 und 18, die zu
einem Stufenkolben zusammengefaßt
sind. Der erste Hydraulikkolben 17 befindet sich in dem
Hohlraum 15 und teilt diesen abgedichtet in einen ersten
Druckraum 19 und in einen zweiten Druckraum 20 auf, der
sich auf der dem Hohlraum 16 zugewandten Seite des Hydraulikkolbens 17 befindet.
Auf der anderen Seite ragt von dem Hydraulikkolben 17 eine
Kolbenstange 21 weg, die den Druckraum 19 quert,
aus dem Zylinder 14 nach außen tritt und an der am Maschinengestell
beweglich geführten
Formaufspannplatte 11 befestigt ist. Der weitere Hydraulikkolben 18 ragt
plungerartig von der dem Hohlraum 16 zugewandten Seite
des Hydraulikkolbens 17 weg und taucht abgedichtet in den
Hohlraum 16 ein. An den Druckraum 19 grenzt der
Hydraulikkolben 17 mit einer ringförmigen Wirkfläche 22 (erste
Wirkfläche
der Antriebsvorrichtung) an, deren Größe von dem Durchmesser des
Hohlraums 15 und dem Durchmesser der Kolbenstange 21 bestimmt
ist. An den Druckraum 20 grenzt der Hydraulikkolben 17 mit
einer ringförmigen
Wirkfläche 23 (zweite
Wirkfläche
der Antriebsvorrichtung) an, deren Größe von dem Durchmesser des
Hohlraums 15 und von dem Durchmesser des Plungerkolbens 18 bestimmt
ist. Der Durchmesser des Plungerkolbens 18 ist größer als
der Durchmesser der Kolbenstange 21, so daß die Wirkfläche 22 größer. als
die Wirkfläche 23 ist.
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Der
Plungerkolben 18 grenzt mit einer dritten Wirkfläche 24,
deren Größe gleich
dem Querschnitt des Plungerkolbens ist und die in dieselbe Richtung
wie die zweite Wirkfläche 23 zeigt,
an einen dritten Druckraum 25 an. Die Wirkfläche 24 ist
bei der gezeigten Ausbildung der Hydraulikkolben 17 und 18 natürlich größer als die
Differenz zwischen der ersten Wirkfläche 22 und der zweiten
Wirkfläche 23.
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Die
zweite, gebende Zylinder-Kolben-Einheit 13 ist bei dem
Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 5 ein einfacher
Differentialzylinder mit einem Zylinder 29 und mit einem
Hydraulikkolben 30 und mit einer Kolbenstange 31.
Der Zylinderraum des Differentialzylinders wird durch den Hydraulikkolben 30 abgedichtet aufgeteilt
in einen kolbenstangenabseitigen, im Querschnitt kreiszylindrischen
Druckraum 32 (vierter Druckraum der Antriebsvorrichtung),
an den der Hydraulikkolben 30 mit einer kreiszylindrischen
Wirkfläche 33 (vierte Wirkfläche der
Antriebsvorrichtung) angrenzt, und in einen kolbenstangenseitigen,
im Querschnitt ringzylindrischen Druckraum 34 (fünfter Druckraum
der Antriebsvorrichtung), an den der Hydraulikkolben 30 mit
einer ringzylindrischen Wirkfläche 35 (fünfte Wirkfläche der
Antriebsvorrichtung) angrenzt. Die Größen der fünf Wirkflächen sind so gewählt, daß das Größenverhältnis zwischen
der fünften
Wirkfläche 35 und
der Differenz zwischen der ersten Wirkfläche 22 und der zweiten
Wirkfläche 23 gleich
dem Größenverhältnis zwischen
der vierten Wirkfläche 33 und
der dritten Wirkfläche 24 ist.
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Die
Kolbenstange 31 ist mit einer Gewindespindel 36 verbunden,
die gegen Verdrehen gesichert ist. Der Elektromotor 12 ist
ein Hohlläufer
mit einer Hohlwelle 37, die mit einem Innengewinde versehen
ist, mit dem die Gewindespindel 36 direkt oder über Kugeln
in Eingriff steht. Die Hohlwelle ist also die Spindelmutter eines
aus Spindelmutter und Gewindespindel bestehenden Rotations/Translations-Wandlers 38.
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Nach
den Figuren sind die beiden Druckräume 25 und 32 über eine
Leitung 39 dauernd miteinander verbunden. An diese Leitung 39 ist
ein 2/2 Wegesitzventil 40 angeschlossen, das in Durchgangsstellung,
die es in den 2 und 3 einnimmt,
die Leitung 39 mit einem Niederdruckreservoir 41 für ein Druckmedium verbindet.
Das Druckmedium kann Hydrauliköl
oder Wasser sein. Unabhängig
davon ist das Niederdruckreservoir zur Atmosphäre hin völlig verschlossen. Ein Ausgleich
für unterschiedlich
große
aufzunehmende Druckmediummengen wird durch eine biegeschlaffe oder
elastische Wand 42 ermöglicht.
Je nach der Spannung, unter der die Wand steht, ist der Druck in
dem Reservoir gleich dem Atmosphärendruck
oder liegt leicht darüber.
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Die
gezeigte Formschließvorrichtung
umfaßt
neben dem 2/2 Wegeventil 40 noch zwei Wegeschaltventile 45 und 46 mit
drei Anschlüssen
und mit zwei Schaltstellungen, die, wie im übrigen auch das Ventil 40,
vorzugsweise durch einen Elektromagneten gegen eine Feder von der
einen Schaltstellung in die andere Schaltstellung gebracht werden
können
und durch die Feder wieder zurückgestellt
werden. Von den drei Anschlüssen
eines ersten 3/2 Wegeschaltventil 45 ist ein Anschluß mit dem
ersten Druckraum 19, ein Anschluß mit dem zweiten Druckraum 20 und
ein Anschluß mit
der Leitung 39 verbunden, wobei in einer ersten Schaltstellung des
Ventils 45, die es in der Darstellung nach den 1, 4 und 5 einnimmt,
die beiden Druckräume 19 und 20 zueinander
offen sind. Der mit der Leitung 39 verbundene Anschluß ist gegen
die beiden anderen Anschlüsse
abgesperrt. In der anderen Schaltstellung des Ventils 45,
die in den 2 und 3gezeigt
ist, ist der Druckraum 20 mit der Leitung 39 verbunden,
während
der am Druckraum 19 liegende Anschluß abgesperrt ist.
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Das
weitere Ventil 46 verbindet den fünften Druckraum 34 in
der einen Schaltstellung, die in den 1, 2, 3 und 5 gezeigt
ist, mit dem ersten Druckraum 19 und in der anderen Schaltstellung,
die in 4 gezeigt ist, mit dem Niederdruckreservoir 41.
Der für
die Verbindung jeweils nicht benötigte
weitere Anschluß ist
abgesperrt.
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Die
beiden Ventile 40 und 45, die jeweils zum gleichen
Zeitpunkt geschaltet werden, können
auch zu einem einzigen 4/2 Wegeventil zusammengefaßt werden,
wobei dieses Ventil im Vergleich zum Ventil 45 einen vierten,
mit dem Niederdruckreservoir 41 verbundenen Anschluß hätte.
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In 1 wird
die Form gerade geschlossen. Das Ventil 40 befindet sich
in Sperrstellung, das Ventil 45 verbindet die beiden Druckräume 19 und 20 und
das Ventil 46 die beiden Druckräume 34 und 19 miteinander. Der
Elektromotor 12 wird während
des Schließens
der Form in eine solche Drehrichtung betrieben, daß sich die
Gewindespindel 36, die Kolbenstange 31 und der
Hydraulikkolben 30, nach 1 betrachtet,
nach rechts bewegt. Dadurch wird Druckmedium aus dem Druckraum 34 über das
Ventil 46 in den Druckraum 19 der Zylinder-Kolben-Einheit
verdrängt.
Der Hydraulikkolben 17 bewegt sich nach rechts und nimmt über die
Kolbenstange 21 die Formaufspannplatte 11 mit.
Für einen
bestimmten Weg des Hydraulikkolbens 17 muß dabei
nur ein Volumen an Druckmedium aus dem Druckraum 34 dem
Druckraum 19 zufließen,
das gleich der Flächendifferenz
zwischen den beiden Wirkflächen 22 und 23 multipliziert
mit dem Weg des Hydraulikkolbens 17 ist. Die übrige Volumenzunahme
des Druckraums 19 wird durch aus dem Druckraum 20 verdrängtes Druckmedium
gefüllt.
Da die Differenz zwischen den beiden Wirkflächen 22 und 23 wesentlich
kleiner als die Wirkfläche 35 ist,
legt der Hydraulikkolben 17 bei einem bestimmten Weg des
Hydraulikkolbens 30 einen viel größeren Weg zurück. Das
aus dem Druckraum 25 verdrängte Druckmedium wird ganz
von dem Druckraum 32 aufgenommen, da das Größenverhältnis der
Wirkfläche 33 und
damit des Querschnitts des Druckraums 32 zur Wirkfläche 24 und
damit zum Querschnitt des Druckraums 25 gleich dem Größenverhältnis der
Wirkfläche 35 und damit
des Querschnitts des Druckraums 34 zur Differenz zwischen
den Wirkflächen 22 und 23 und
damit zur Differenz zwischen den Querschnitten der Druckräume 19 und 20 ist.
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Da
die Druckräume 19, 20 und 34 zusammengeschaltet
sind, herrscht in ihnen, sieht man von geringen Strömungsverlusten
ab, derselbe Druck. In den Druckräumen 25 und 32 liegt
der Druck, einen statischen Zustand betrachtet, weit über dem
Atmosphärendruck.
Deshalb ist auch der Druck in den Druckräumen 19, 20 und 34 erhöht. Man
spricht von einem vorgespannten System. Diese Vorspannung bringt
es mit sich, daß bei einer
Bewegung des Hydraulikkolbens 30 aus der Ruhe heraus nicht
nur wegen der Verkleinerung des Druckraums 34 in den Druckräumen 19, 20 und 34 der
Druck ansteigt, sondern auch wegen der Verkleinerung des Druckraums 32 in
den Druckräumen 25 und 32 abfällt, da
die Hydraulikkolben 17 und 18 wegen ihrer eigenen und
der Masseträgheit
der beweglichen Formaufspannplatte 11 dem Hydraulikkolben 30 zunächst nicht
folgen können.
Weil die in Schließrichtung
wirkende Kraft ansteigt und die entgegengerichtete Kraft abnimmt,
ergibt sich eine große
Kraftresultierende für
die Beschleunigung der Formaufspannplatte 11.
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Kurz
bevor die Form geschlossen ist, bleibt der Hydraulikkolben 30 stehen.
Aufgrund der Masseträgheit
bewegen sich die Hydraulikkolben 17 und 18 weiter,
so daß der
Druck in den Druckräumen 25 und 32 stark ansteigt
und in den Druckräumen 19, 20 und 34 stark
abfällt.
Es ergibt sich eine große
Kraft, mit der die Formaufspannplatte 11 abgebremst wird.
Die Vorspanndrücke
sind so groß,
daß weder
beim Beschleunigen noch beim Abbremsen der Formaufspannplatte in
einem der Druckräume
der Druck unter den Atmosphärendruck fällt. Auf
diese Weise wird Kavitation verhindert. Es wird außerdem jeweils
eine sehr große
resultierende Kraft erhalten. Würde
nämlich
Atmosphärendruck
erreicht, so könnte
ein weiterer Druckabfall praktisch nichts mehr dazu beitragen, die
Kraftresultierende zu vergrößern.
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Wenn
die Form geschlossen ist, werden die beiden Ventile 40 und 45 umgeschaltet
und nehmen dann die in 2 gezeigten Positionen ein.
Die Druckräume 20, 25 und 32 sind
dann mit dem Niederdruckreservoir 41 verbunden, so daß in ihnen
ein Druck gleich oder nahe dem Atmosphärendruck herrscht. Das Ventil 46 verbindet
weiterhin die beiden Druckräume 19 und 34 miteinander.
Bei der weiteren Bewegung des Hydraulikkolbens 30 nach
rechts, während
der sich die Hydraulikkolben 17 und 18 und die
Formaufspannplatte 11 allenfalls noch geringfügig bewegen,
wird nun in den Druckräumen 34 und 19 ein
hoher Zuhaltedruck aufgebaut. Dieser Druck erzeugt einerseits an
der relativ kleinen Wirkfläche 35 des
Hydraulikkolbens 30 nur eine kleine Kraft, die von dem
Rotations/Translations-Wandler 38 aufgenommen werden muß, und andererseits
an der gegenüber der
Wirkfläche 35 größeren und
wegen der Entlastung der Druckräume 20 und 25 nun
voll wirksamen Wirkfläche 22 des
Hydraulikkolbens 17 eine große Zuhaltekraft für die Form.
Die Vergrößerung des
Druckraums 32 wird durch Zufluß von Druckmedium aus dem Niederdruckreservoir 41 ausgeglichen.
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Wenn
der Einspritzvorgang beendet ist, wird zunächst der hohe Druck in den
Druckräumen 19 und 34 bis
auf den Druck oder nahe bis zu dem Druck im Niederdruckreservoir 41 abgebaut,
indem durch Betrieb des Elektromotors 12 in die entsprechende
Drehrichtung der Hydraulikkolben 30 nach links verfahren
wird. Dabei wird Druckmedium aus dem Druckraum 32 über das
Ventil 40 in das Niederdruckreservoir 41 verdrängt.
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Nach
dem Druckabbau werden alle drei Ventile 40, 45 und 46 umgeschaltet,
so daß entsprechend
der Darstellung nach 4 über das Ventil 46 der
Druckraum 34 mit dem Niederdruckreservoir 41 und über das Ventil 45 die
beiden Druckräume 19 und 20 miteinander
verbunden sind. Es folgt nun eine Phase, in der die Vorspanndrücke für das Verschieben
der beweglichen Formaufspannplatte 11aufgebaut werden.
Dazu wird der Hydraulikkolben 30 weiter nach links bewegt
und dadurch der Druckraum 32 verkleinert und das Druckmedium
in den Druckräumen 25 und 32 komprimiert.
Der Druck im Druckraum 25 erzeugt an der Wirkfläche 24 des
Hydraulikkolbens 18 eine Kraft, die auf die Baueinheit
aus den Hydraulikkolben 17 und 18 im Sinne eines Ausschiebens
der Kolbenstange 21 aus und eines Einschiebens des Hydraulikkolbens 18 in
den Hohlraum 15 des Zylinders 14 und damit, weil
der Querschnitt des Hydraulikkolbens 18 größer ist
als der Querschnitt der Kolbenstange 21, im Sinne einer
Verkleinerung des freien Volumens des Hohlraums 15 wirkt.
Sieht man von der Kompressibilität
ab, bewegen sich die Hydraulikkolben 17 und 18 deshalb
nicht. Der Druck in den Druckräumen 19 und 20 steigt
vielmehr auf einen solchen Wert an, daß die am Hydraulikkolben 17 angreifende
Kraft gleich der am Hydraulikkolben 18 angreifenden Kraft
ist. Während
des Aufbaus des Vorspanndrucks strömt Druckmedium aus dem Niederdruckreservoir 41 über das
Ventil 46 in den sich vergrößernden Druckraum 34.
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An
den Druckraum 19 ist ein Drucksensor 47 angeschlossen,
mit dem der Vorspanndruck und der Zuhaltedruck überwacht wird. Anstelle des
oder zusätzlich
zu dem an den Druckraum 19 angeschlossenen Drucksensor
könnte
jeweils auch ein Drucksensor zur Erfassung des Drucks in den Druckräumen 32 und 34 vorhanden
sein.
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Ist
der gewünschte
Vorspanndruck erreicht, wird das Ventil 46 umgeschaltet.
Dies kann langsam geschehen, damit der Druckausgleich zwischen den
Druckräumen 19 und 20 einerseits
und dem Druckraum 34 andererseits leise vonstatten geht.
Der Hydraulikkolben 30 wird von der in 4 gezeigten
Position aus weiter nach links bewegt. Die Hydraulikkolben 17 und 18,
die Kolbenstange 21 und die Formaufspannplatte 11 folgen dieser
Bewegung, weil nun das Druckmedium, das aus dem Druckraum 19 verdrängt wird,
in dem die Aufnahmefähigkeit
des Druckraums 20 übersteigenden
Maße in
den sich vergrößernden
Druckraum 34 fließen
kann. Beim Beschleunigen und Abbremsen der Formaufspannplatte 11 wirken
wieder große
Kräfte,
da sich der Druck beim Beschleunigen in dem Druckraum 25erhöht und in
den Druckräumen 19 und 20 erniedrigt
und beim Abbremsen in den Druckräumen 19 und 20 erhöht und im
Druckraum 25 erniedrigt.
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In
der Phase des Aufbaus der Vorspanndrücke, für die die Stellungen der Ventile 40, 45 und 46 in 4 gezeigt
sind, wird der Hydraulikkolben 30 nach links bewegt, so
daß er
auch unter Berücksichtigung
von eventuellen Leckagen beim Ausführen der Stellbewegungen und
beim Zuhalten nach links driften könnte. Diese Drift kann bei
Bedarf oder regelmäßig in jedem
Arbeitszyklus durch eine Referenzfahrt ausgeglichen werden, für die die
Position des Hydraulikkolbens 30 direkt durch einen nicht
näher dargestellten
Weggeber oder indirekt durch einen Winkelgeber am Elektromotor 12 erfasst
wird. Die Referenzfahrt kann zum Beispiel vor dem Aufbau der Vorspanndrücke gemacht
werden. Es werden dazu das Ventil 46 in die in 4 gezeigte
Stellung und das Ventil 40 in die Durchgangsstellung gebracht,
nachdem der Druckabbau nach einem Einspritzvorgang beendet ist.
Dann kann der Hydraulikkolben nach rechts in die Ausgangslage für die Vorspannphase gebracht
werden, wobei Druckmedium aus dem Druckraum 34 verdrängt wird
und über
die Ventile 46 und 40 dem Druckraum 32 zufließt. Die
Referenzfahrt kann auch nach dem Schließen der Form und vor dem Aufbau des
Zuhaltedrucks gemacht werden, wobei wiederum die beiden Ventile 40 und 46 in
die genannten Stellungen gebracht werden. Vorteilhaft ist hier,
daß die
Bewegungsrichtung des Hydraulikkolbens 30 zwischen dem Schließen und
Zuhalten der Form nicht gewechselt werden muß.
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Bei
dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen
Komponenten und Druckräume, soweit
sie Komponenten und Druckräumen
des Ausführungsbeispiels
nach den 1 bis 5 entsprechen mit
den gleichen Bezugszahlen versehen. Gemäß 6 besitzt
die dort nur skizzenhaft gezeigte Formschließvorrichtung genauso wie das
erste Ausführungsbeispiel
eine erste, nehmende Zylinder-Kolben-Einheit 10, die mechanisch
mit der beweglichen Formaufspannplatte 11 einer Zweiplatten-Kunststoffspritzgießmaschine
gekoppelt ist, einen rotativen Elektromotor 12 als Antriebsmotor
und eine in der Kraftkette zwischen dem Elektromotor 12 und
der ersten Zylinder-Kolben-Einheit angeordnete, zweite, gebende
Zylinder-Kolben-Einheit 13. Wiederum ist der Zylinder 14 der
ersten Zylinder-Kolben-Einheit 10 fest mit dem Gestell
der Maschine verbunden. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 5 ist
die nehmende Zylinder-Kolben-Einheit 10 nun ein einfacher
Gleichgangzylinder, dessen Hydraulikkolben 17 auf der einen
Seite die mit der beweglichen Formaufspannplatte 11 verbundene
Kolbenstange 21 aufweist und auf dieser Seite mit der (ersten) Wirkfläche 22 an
den ersten Druckraum 19 angrenzt. Auf der anderen Seite
des Hydraulikkolbens 17 befindet sich ein Druckraum, der
dem dritten Druckraum 25 des Ausführungsbeispiels nach den 1 bis 5 entspricht,
der aufgrund einer zusätzlichen
Kolbenstange 55 im Querschnitt genauso groß wie der
Druckraum 19 ist und an den der Hydraulikkolben 17 mit
einer (dritten) Wirkfläche 24 angrenzt,
die genauso groß wie
die Wirkfläche 22 ist.
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Anstelle
der nehmenden Zylinder-Kolbern-Einheit 10 umfaßt nun die
zweite, gebende Zylinder-Kolben-Einheit 13 zwei in derselben
Achse angeordnete Hydraulikkolben, die zu einem Stufenkolben zusammengefaßt sind.
Der eine Hydraulikkolben 30 (zweiter Hydraulikkolben der
Antriebsvorrichtung) teilt den im Durchmesser größeren Teil des Zylinders 29 in
einen ringförmigen
(vierten) Druckraum 32 und in einen weiteren Druckraum
auf. Letzterer entspricht dem zweiten Druckraum 20 der
ersten Zylinder-Kolben-Einheit des ersten Ausführungsbeispiels und ist deshalb
mit der gleichen Bezugszahl versehen. An den Druckraum 32 grenzt
der Hydraulikkolben 30 mit einer (vierten) Wirkfläche 33 an,
die aufgrund einer den Druckraum 32 querenden Kolbenstange 56,
die denselben Durchmesser wie die Kolbenstange 55 hat,
und aufgrund desselben Zylinderdurchmessers genauso groß wie die
Wirkfläche 24 des
Hydraulikkolbens 17 ist. Der Druckraum 32 ist über die Leitung 39 dauernd
mit dem Druckraum 25 verbunden.
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Wie
beim ersten Ausführungsbeispiel
ist an diese Leitung 39 ist ein 2/2 Wegesitzventil 40 angeschlossen,
das in Durchgangsstellung die Leitung 39 mit einem Niederdruckreservoir 41 mit
einer biegeschlaffen oder elastischen Wand verbindet.
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Auf
der der Kolbenstange 56 abgewandten Seite ist an den Hydraulikkolben 30 ein
im Durchmesser kleinerer Hydraulikkolben 58 angesetzt,
dessen Durchmesser größer als
der Durchmesser der Kolbenstange 56 ist und der plungerartig
in den im Durchmesser kleineren Teil des Zylinders 29 abgedichtet
eintaucht. Der Druckraum 20 ist also wie der Druckraum 32 ringförmig. Ebenso
ist die an den Druckraum 20 angrenzende Wirkfläche 23 des
Hydraulikkolbens 30 ringförmig. Weil der Durchmesser
des Plungerkolbens 58 größer ist als der Durchmesser
der Kolbenstange 56, ist die Wirkfläche 33 größer als
die Wirkfläche 23.
Der Plungerkolben 58 grenzt mit einer (fünften) Wirkfläche 35,
deren Größe gleich
dem Querschnitt des Plungerkolbens ist und die in dieselbe Richtung
wie die zweite Wirkfläche 23 zeigt,
an einen (fünften)
Druckraum 34 an, der dauernd mit dem Druckraum 19 verbunden
ist.
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Vom
Plungerkolben 58 ragt eine Kolbenstange 31 weg,
die den Druckraum 34 quert, denselben Durchmesser wie die
Kolbenstange 56 hat und mit einer Gewindespindel 36 verbunden
ist, die gegen Verdrehen gesichert ist und mit der mit einem Innengewinde
versehenen Hohlwelle 37 des Elektromotors 12 direkt
oder über Kugeln
in Eingriff steht. Die Hohlwelle ist also die Spindelmutter eines
aus Spindelmutter und Gewindespindel bestehenden Rotations/Translations-Wandlers 38.
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Beim
zweiten Ausführungsbeispiel
sind die Größen der
fünf Wirkflächen 22, 23, 24, 33 und 35 so
gewählt,
daß das
Größenverhältnis zwischen
der Summe aus der fünften
Wirkfläche 35 und
der zweiten Wirkfläche 23 und
der ersten Wirkfläche 22 gleich
dem Größenverhältnis zwischen
der vierten Wirkfläche 33 und
der dritten Wirkfläche 24 ist.
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Die
in 6 gezeigte Formschließvorrichtung umfaßt ebenso
wie diejenige aus den 1 bis 5 neben
dem 2/2 Wegeventil 40 noch zwei Wegeschaltventile 45 und 46 mit
drei Anschlüssen
und mit zwei Schaltstellungen. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel
ist von den drei Anschlüssen
des Ventil 45 ist ein Anschluß mit dem ersten Druckraum 19,
ein Anschluß mit
dem zweiten Druckraum 20 und ein Anschluß mit der Leitung 39 verbunden,
wobei in einer ersten Schaltstellung des Ventils 45, die
es in der Darstellung nach 6 einnimmt,
die beiden Druckräume 19 und 20 zueinander
offen sind. Der mit der Leitung 39 verbundene Anschluß ist gegen
die beiden anderen Anschlüsse
abgesperrt. In der anderen Schaltstellung des Ventils 45,
die in den 2 und 3 gezeigt
ist, ist der Druckraum 20 mit der Leitung 39 verbunden,
während
der am Druckraum 19 liegende Anschluß abgesperrt ist.
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Das
weitere Ventil 46 verbindet den fünften Druckraum 34 in
der einen Schaltstellung, die 6 gezeigt
ist, mit dem ersten Druckraum 19 und in der anderen Schaltstellung
mit dem Niederdruckreservoir 41. Der für die Verbindung jeweils nicht
benötigte
weitere Anschluß ist
abgesperrt.
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Auch
beim zweiten Ausführungsbeispiel
können
die beiden Ventile 40 und 45, die jeweils zum
gleichen Zeitpunkt geschaltet werden, zu einem einzigen 4/2 Wegeventil
zusammengefaßt
werden, wobei dieses Ventil im Vergleich zum Ventil 45 einen
vierten, mit dem Niederdruckreservoir 41 verbundenen Anschluß hätte.
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Beim
Schließen
der Form nehmen die Ventile 45 und 46 die in 6 gezeigten
Schaltstellungen ein. Das Ventil 45 verbindet die beiden
Druckräume 19 und 20 und
das Ventil 46 die beiden Druckräume 19 und 34 miteinander.
Das Ventil 40 befindet sich in Sperrstellung. Der Elektromotor 12 wird
während
des Schließens der
Form in eine solche Drehrichtung betrieben, daß sich die Gewindespindel 36,
die Kolbenstange 31 und die Hydraulikkolben 30 und 58,
nach 6 betrachtet, nach rechts bewegt. Dadurch wird
Druckmedium aus den Druckräumen 20 und 34 der
zweiten Zylinder-Kolben-Einheit 13 in den Druckraum 19 der
Zylinder-Kolben-Einheit 10 verdrängt. Der
Hydraulikkolben 17 bewegt sich nach rechts und nimmt über die
Kolbenstange 21 die Formaufspannplatte 11 mit.
Weil die Kolbenstangen 21 und 31 gleiche Durchmesser
haben, sind die Wege der Hydraulikkolben 30 und 58 einerseits
und des Hydraulikkolbens 17 andererseits gleich groß. Das aus
dem Druckraum 25 verdrängte
Druckmedium wird ganz von dem Druckraum 32 aufgenommen,
da diese beiden Druckräume
gleich groß sind.
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Kurz
bevor die Form geschlossen ist, bleiben die Hydraulikkolben 30 und 58 stehen.
Aufgrund der Masseträgheit
bewegt sich der Hydraulikkolben 17 weiter, so daß der Druck
in den Druckräumen 25 und 32 stark
ansteigt und der Hydraulikkolben 17 abgebremst wird.
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Wenn
die Form geschlossen ist, werden die beiden Ventile 40 und 45 umgeschaltet.
Die Druckräume 20, 25 und 32 sind
dann mit dem Niederdruckreservoir 41 verbunden, so daß in ihnen
ein Druck gleich oder nahe dem Atmosphärendruck herrscht. Bei der
weiteren Bewegung der Hydraulikkolben 30 und 58 nach rechts,
während
der sich der Hydraulikkolben 17 und die Formaufspannplatte 11 allenfalls
noch geringfügig
bewegen, wird nun in den Druckräumen 34 und 19 ein
hoher Zuhaltedruck aufgebaut. Dieser Druck erzeugt einerseits an
der relativ kleinen Wirkfläche 35 des
Hydraulikkolbens 30 nur eine kleine Kraft, die von dem
Rotations/Translations-Wandler 38 aufgenommen werden muß, und andererseits
an der gegenüber
der Wirkfläche 35 größeren Wirkfläche 22 des
Hydraulikkolbens 17 eine große Zuhaltekraft für die Form.
Die Vergrößerung des
Druckraums 32 wird durch Zufluß von Druckmedium aus dem Druckraum 20 und
aus dem Niederdruckreservoir 41 ausgeglichen.
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Wenn
der Einspritzvorgang beendet ist, wird zunächst der hohe Druck in den
Druckräumen 19 und 34 bis
auf den Druck oder nahe bis zu dem Druck im Niederdruckreservoir 41 abgebaut,
indem durch Betrieb des Elektromotors 12 in die entsprechende
Drehrichtung die Hydraulikkolben 30 und 58 nach
links verfahren werden. Dabei wird Druckmedium aus dem Druckraum 32 über das
Ventil 40 in das Niederdruckreservoir 41 verdrängt.
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Nach
dem Druckabbau werden die beiden Ventile 40 und 46 umgeschaltet,
so daß über das
Ventil 46 der Druckraum 34 mit dem Niederdruckreservoir 41 verbunden
ist und die Druckräume 20, 25 und 32 vom
Niederdruckreservoir getrennt sind. Es folgt nun eine Phase, in
der die Vorspanndrücke
für das
Verschieben der beweglichen Formaufspannplatte 11 aufgebaut
werden. Dazu wird der Hydraulikkolben 30 weiter nach links bewegt
und dadurch der Druckraum 32 verkleinert und dadurch das
Druckmedium in den Druckräumen 20, 25 und 32 komprimiert.
Der Druck im Druckraum 25 erzeugt an der Wirkfläche 24 des
Hydraulikkolbens 17 eine Kraft, die im Sinne eines Ausschiebens
der Kolbenstange 21 aus dem Zylinder 14 und im
Sinne einer Verkleinerung des Druckraums 19 wirkt. Da aus
dem Druckraum 19 kein Druckmedium entweichen kann, stellt
sich im Druckraum 19 derselbe Druck wie in den Druckräumen 20, 25 und 32 ein.
Während
des Aufbaus des Vorspanndrucks strömt Druckmedium aus dem Niederdruckreservoir 41 über das
Ventil 46 in den sich vergrößernden Druckraum 34.
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An
den Druckraum 19 ist ein Drucksensor 47 angeschlossen,
mit dem der Vorspanndruck und der Zuhaltedruck überwacht werden. Anstelle des
oder zusätzlich
zu dem an den Druckraum 19 angeschlossenen Drucksensor
könnte
jeweils auch ein Drucksensor zur Erfassung des Drucks in den Druckräumen 32 und 34 vorhanden
sein.
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Ist
der gewünschte
Vorspanndruck erreicht, werden die Ventile 45 und 46 umgeschaltet,
so daß wieder die
in 6 gezeigte Konstellation der Ventile vorliegt.
Die Umschaltung kann langsam geschehen, damit der Druckausgleich
zwischen den Druckräumen 19 und 20 einerseits
und dem Druckraum 34 andererseits leise vonstatten geht.
Der Hydraulikkolben 30 und mit ihm der Hydraulikkolben 58 wird
weiter nach links bewegt. Der Hydraulikkolben 17, die Kolbenstange 21 und
die Formaufspannplatte 11 folgen dieser Bewegung, weil nun
das Druckmedium, das aus dem Druckraum 19 verdrängt wird,
in die sich vergrößernden
Druckräume 20 und 34 fließen kann.
Beim Beschleunigen und Abbremsen der Formaufspannplatte 11 wirken
wieder große Kräfte, da
sich der Druck beim Beschleunigen in dem Druckraum 25 erhöht und in
den Druckräumen 19 und 20 erniedrigt
und beim Abbremsen in den Druckräumen 19 und 20 erhöht und im
Druckraum 25 erniedrigt.
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Beim
zweiten Ausführungsbeispiel
erscheinen zum Beispiel folgende Werte für die einzelnen Wirkflächen günstig:
Erste
Wirkfläche 22: | 100
Flächeneinheiten; |
zweite
Wirkfläche 23: | 90
Flächeneinheiten; |
dritte
Wirkfläche 24: | 100
Flächeneinheiten; |
vierte
Wirkfläche 33: | 100
Flächeneinheiten; |
fünfte Wirkfläche 35: | 10
Flächeneinheiten. |
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Das
in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel ist insofern
gleich dem Ausführungsbeispiel
aus 6, als sich auch hier nur der erste Druckraum 19 und
der dritte Druckraum 25 an der nehmenden Kolben-Zylinder-Einheit 10 und
der zweite Druckraum 20, der vierte Druckraum 32 und
der fünfte
Druckraum 34 an der gebenden Kolben-Zylinder-Einheit 13 befinden.
Außer
den Druckräumen
sind auch die einzelnen Komponenten des Ausführungsbeispiels nach 7,
soweit sie Komponenten der Ausführungsbeispiele
nach den 1 bis 6 entsprechen,
mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Die nehmende Kolben-Zylinder-Einheit 10 ist gemäß 7 ein
Differentialzylinder mit einem Zylinder 14, der fest mit
dem Gestell einer Maschine verbunden ist, und mit einem als Differenzkolben
ausgebildeten Hydraulikkolben 17, der über eine Kolbenstange 21 mit der
beweglichen Formaufspannplatte 11 verbunden ist. Kolbenstangenseitig
des Hydraulikkolbens 17 befindet sich der ringförmige erste
Druckraum 19, kolbenstangenabseitig der vollzylindrische
und damit gegenüber
dem ersten Druckraum um den Querschnitt der Kolbenstange 21 größere, dritte
Druckraum 24. Der Hydraulikkolben 17 grenzt an
den ersten Druckraum 19 mit der ersten Wirkfläche 22 und
an den dritten Druckraum 25 mit der dritten Wirkfläche 24 an.
-
Anders
als bei dem Ausführungsbeispiel
nach 6 umfaßt
nun die zweite, gebende Zylinder-Kolben-Einheit 13 zwei
parallel nebeneinander angeordnete Differentialzylinder 59 und 60 mit
einem gemeinsamen Zylindergehäuse 61,
in dem sich zwei Zylinderräume
mit unterschiedlich großen
Querschnitten befinden. Der vom größeren Zylinderraum aufgenommene
Hydraulikkolben entspricht im wesentlichen dem Hydraulikkolben 30 und
der von dem kleineren Zylinderraum aufgenommene Hydraulikkolben
im wesentlichen dem Hydraulikkolben 58 des Ausführungsbeispiels
aus 6. Beide Hydraulikkolben 30 und 58 sind
Differenzkolben, von denen in die gleiche Richtung Kolbenstangen 62 und 63 abgehen,
die fest miteinander und mit der von dem Elektromotor 12 antreibbaren
Gewindespindel 36 verbunden sind. Kolbenstangenseitig des
Hydraulikkolbens 30 und durch die Wirkfläche 23 des
Hydraulikkolbens 30 begrenzt befindet sich ein ringförmiger Druckraum,
der der zweite Druckraum 20 der Antriebsvorrichtung ist.
Der sich kolbenstangenseitig des Hydraulikkolbens 58 befindliche
und durch die Wirkfläche 35 des
Hydraulikkolbens 58 begrenzte ringförmige Druckraum ist der fünfte Druckraum 34,
der gemäß 7 über eine
Leitung 64 dauernd mit dem ersten Druckraum 19 verbunden
ist.
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Die
beiden Hydraulikkolben 30 und 58 entsprechen deshalb
nicht vollständig
den gleich bezeichneten Hydraulikkolben aus 6, weil
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 7 die beiden kolbenstangenabseitig der beiden
Hydraulikkolben 30 und 58 befindlichen und fluidisch
zueinander offenen vollzylindrischen Druckräume zusammen den vierten Druckraum 32 der
Kolben-Zylinder-Einheit 13 bilden, also nur Teilräume 32' und 32'' des vierten Druckraums sind. Dieser
ist wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wiederum über eine
Leitung 39 mit dem dritten Druckraum 25 der Kolben-Zylinder-Einheit 10 verbunden.
Die beiden an die beiden Teilräume
angrenzenden Kolbenflächen 33' und 33'' bilden zusammen die vierte Wirkfläche 33 der Kolben-Zylinder-Einheit 13.
Die Querschnitte der Zylinderräume
in den Kolben-Zylinder-Einheiten 10 und 13 sowie
die Querschnitte der Kolbenstangen 21, 62 und 63 sind
so gewählt,
daß wie
beim zweiten Ausführungsbeispiel
das Größenverhältnis der
Summe aus der fünften
Wirkfläche 35 und
der zweiten Wirkfläche 23 zur ersten
Wirkfläche 22 gleich
dem Größenverhältnis der
vierten Wirkfläche 33 zur
dritten Wirkfläche 24 ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 7 sind die beiden Ventile 40 und 45 der
vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele
zu einem einzigen Wegeventil 65 mit zwei Schaltstellungen
und vier Anschlüssen
zusammengefaßt.
Ein Anschluß ist
mit dem Niederdruckreservoir 41, ein Anschluß mit dem
Druckraum 20, ein Anschluß mit dem Druckraum 25 und
ein letzter Anschluß mit
dem Druckraum 19 verbunden. In einer federbewirkten Ruhestellung,
die in 7 gezeichnet ist, verbindet das Ventil 65 über zwei
seiner Anschlüsse
die beiden Druckräume 19 und 20 miteinander,
während
die beiden anderen Anschlüsse
abgesperrt sind. In seiner anderen Schaltstellung ist der mit dem
Druckraum 19 verbundene Anschluß abgesperrt, während über die
drei anderen Anschlüsse
die Druckräume 20, 25 und 32 mit
dem Niederdruckreservoir verbunden sind.
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Ein
dem Ventil 46 der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechendes
Ventil ist bei dem Ausführungsbeispiel
nach 7 nicht vorhanden.
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Beim
Schließen
der Form nimmt das Ventil 65 die in 7 gezeigte
Schaltstellung ein. Der Elektromotor 12 wird während des
Schließens
der Form in eine solche Drehrichtung betrieben, daß sich die
Gewindespindel 36, die Kolbenstangen 62 und 63 und
die Hydraulikkolben 30 und 58, nach 7 betrachtet,
nach rechts bewegen. Dadurch wird Druckmedium aus den Druckräumen 20 und 34 der
zweiten Zylinder-Kolben-Einheit 13 in den Druckraum 19 der
Zylinder-Kolben-Einheit 10 verdrängt. Der
Hydraulikkolben 17 bewegt sich nach rechts und nimmt über die
Kolbenstange 21 die Formaufspannplatte 11 mit.
Das aus dem Druckraum 25 verdrängte Druckmedium wird ganz
von dem Druckraum 32 aufgenommen.
-
Kurz
bevor die Form geschlossen ist, bleiben die Hydraulikkolben 30 und 58 stehen.
Aufgrund der Masseträgheit
bewegt sich der Hydraulikkolben 17 weiter, so daß der Druck
in den Druckräumen 25 und 32 stark
ansteigt und der Hydraulikkolben 17 abgebremst wird.
-
Wenn
die Form geschlossen ist, wird das Ventil 65 umgeschaltet.
Die Druckräume 20, 25 und 32 sind dann
mit dem Niederdruckreservoir 41 verbunden, so daß in ihnen
ein Druck gleich oder nahe dem Atmosphärendruck herrscht. Bei der
weiteren Bewegung der Hydraulikkolben 30 und 58 nach
rechts, während
der sich der Hydraulikkolben 17 und die Formaufspannplatte 11 allenfalls
noch geringfügig
bewegen, wird nun in den Druckräumen 34 und 19 ein
hoher Zuhaltedruck aufgebaut. Dieser Druck erzeugt einerseits an
der relativ kleinen Wirkfläche 35 des
Hydraulikkolbens 58 nur eine kleine Kraft, die von dem
Rotations/Translations-Wandler 38 aufgenommen
werden muß,
und andererseits an der gegenüber
der Wirkfläche 35 größeren Wirkfläche 22 des
Hydraulikkolbens 17 eine große Zuhaltekraft für die Form.
Die Vergrößerung des
Druckraums 32 wird durch Zufluß von Druckmedium aus dem Druckraum 20 und
aus dem Niederdruckreservoir 41 ausgeglichen.
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Wenn
der Einspritzvorgang beendet ist, wird zunächst der hohe Druck in den
Druckräumen 19 und 34 bis
auf den Druck oder nahe bis auf den Druck im Niederdruckreservoir 41 abgebaut,
indem durch Betrieb des Elektromotors 12 in die entsprechende
Drehrichtung die Hydraulikkolben 30 und 58 nach
links verfahren werden. Dabei wird Druckmedium aus dem Druckraum 32 über das
Ventil 65 in das Niederdruckreservoir 41 verdrängt.
-
Nach
dem Druckabbau wird das Ventil 65 wieder in die in 7 gezeigte
Schaltstellung gebracht. Die Hydraulikkolben 30 und 58 werden
weiter nach links bewegt. Der Hydraulikkolben 17, die Kolbenstange 21 und die
Formaufspannplatte 11 folgen dieser Bewegung, weil Druckmedium
aus dem Druckraum 32 der Kolben-Zylinder-Einheit 13 in
den Druckraum 25 der Kolben-Zylinder-Einheit 10 verdrängt wird.
Das Druckmedium, das aus dem Druckraum 19 der Kolben-Zylinder Einheit 10 verdrängt wird,
strömt
in die sich vergrößernden
Druckräume 20 und 34 der
Kolben-Zylinder-Einheit 13.
-
Anstelle
von nur einem Differentialzylinder 60 können in Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels nach 7 auch
zwei oder mehr Differentialzylinder 60 vorhanden sein,
die mehrzählig
symmetrisch zur Achse der Gewindespindel angeordnet sind, wobei
deren Achse dann mit der Achse des Differentialzylinders 59 zusammenfällt.
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Das
in 8 gezeigte Ausführungsbeispiel hat dieselbe
erste Kolben-Zylinder-Einheit 10 wie
das Ausführungsbeispiel
nach 7. Die nehmende Kolben-Zylinder-Einheit 10 ist ein
Differentialzylinder mit einem Zylinder 14, der fest mit
dem Gestell einer Maschine verbunden ist, und mit einem als Differenzkolben
ausgebildeten Hydraulikkolben 17, der über eine Kolbenstange 21 mit
der beweglichen Formaufspannplatte 11 verbunden ist. Kolbenstangenseitig
des Hydraulikkolbens 17 befindet sich der ringförmige erste
Druckraum 19, kolbenstangenabseitig der vollzylindrische
und damit gegenüber
dem ersten Druckraum um den Querschnitt der Kolbenstange 21 größere, dritte
Druckraum 24. Der Hydraulikkolben 17 grenzt an
den ersten Druckraum 19 mit der ersten Wirkfläche 22 und
an den dritten Druckraum 25 mit der dritten Wirkfläche 24 an.
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Die
zweite, gebende Zylinder-Kolben-Einheit 13 weist einen
Zylinder 69 auf, in dessen Achse sich eine Zylinderstange 70 befindet,
so daß der
Zylinderraum ringförmig
ist. In dem Zylinderraum ist ein Ringkolben 71 verschiebbar,
an dessen einer Seite eine büchsenförmige Kolbenstange 72 wegragt,
die durch eine ringförmige Öffnung in
der einen Stirnseite des Zylinders 69 nach außen tritt
und mechanisch mit der Gewindespindel 36 verbunden ist.
Der Innendurchmesser der Kolbenstange ist größer als der Durchmesser der
Zylinderstange 70, so daß ein am einen Ende der Zylinderstange
befindlicher Hydraulikkolben 73 das Innere der Kolbenstange 72 in
zwei Räume
aufteilt. Der axial zwischen dem die Kolbenstange 72 nach
innen überragenden
Teil des Ringkolbens 71 und dem Hydraulikkolben 73 und
radial zwischen der Kolbenstange 72 und der Zylinderstange 70 begrenzte
Raum entspricht dem jeweiligen Druckraum 34 der vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiele,
ist also der fünfte
Druckraum 34 der Antriebsvorrichtung nach 8 und über die
Leitung 64 dauernd mit dem Druckraum 19 verbunden.
Der die Kolbenstange 72 nach innen überragende Teil des Ringkolbens 71 weist dementsprechend
die fünfte
Wirkfläche 35 auf.
Der andere Raum innerhalb der Kolbenstange 72 ist ein Teilraum
des vierten Druckraums 32, und zwar der dem Teilraum 32'' aus 7 entsprechende
Teilraum. Dieser Teilraum 32'' ist über eine
Leitung 39 dauernd mit dem Druckraum 25 der ersten
Kolben-Zylinder-Einheit 10 verbunden.
Die entsprechende Wirkfläche
innen an der Kolbenstange 72 ist mit 33'' bezeichnet.
-
Der
axial zwischen der einen Stirnseite des Zylinders 69 und
dem die Kolbenstange 72 nach außen überragenden Teil des Ringkolbens 71 und
radial zwischen der Kolbenstange 72 und dem Zylinder 69 begrenzte
Raum entspricht dem jeweiligen Druckraum 20 der vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiele,
ist also der zweite Druckraum 20 der Antriebsvorrichtung
nach 8. Der die Kolbenstange 72 nach außen überragende Teil
des Ringkolbens 71 weist dementsprechend die zweite Wirkfläche 23 auf.
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Der
axial zwischen der anderen Stirnseite des Zylinders 69 und
dem Ringkolben 71 begrenzte Raum entspricht dem Teilraum 32' des Ausführungsbeispiels
nach 7, gehört
also zum vierten Druckraum 32. Die angrenzende Wirkfläche des
Ringkolbens 71 ist die Wirkfläche 33'. Die Querschnitte der Druckräume sind
wiederum so gewählt,
daß wie
beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel
das Größenverhältnis der
Summe aus der fünften
Wirkfläche 35 und
der zweiten Wirkfläche 23 zur
ersten Wirkfläche 22 gleich
dem Größenverhältnis der
vierten Wirkfläche 33 zur
dritten Wirkfläche 24 ist.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 8 ist ein Ventil 45 mit drei Anschlüssen und
mit zwei Schaltstellungen vorhanden, das dem Ventil 45 der
in den 1bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele
entspricht, also den Druckraum 20 in der einen Schaltstellung,
die in 8 gezeichnet ist, mit dem Druckraum 19 und
in der anderen Schaltstellung mit dem Niederdruckreservoir 41 verbindet.
-
Es
ist ein weiteres Ventil 75 mit drei Anschlüssen und
drei Schaltstellungen vorhanden, das unter anderem auch die Funktion
des Ventils 40 der Ausführungsbeispiele
nach den 1 bis 6 erfüllt, indem
es in der einen seitlichen Schaltstellung beide Teilräume 32' und 32'' des Druckraums 32 mit
dem Niederdruckreservoir 41 verbindet. In der Mittelstellung
verbindet es nur den Teilraum 32' mit dem Niederdruckreservoir 41. In
der gezeigten, anderen seitlichen Schaltstellung verbindet das Ventil 75 den
Teilraum 32' mit
der Leitung 39 und damit den gesamten Druckraum 32 mit
dem Druckraum 25.
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Beim
Schließen
der Form nehmen die Ventile 45 und 75 die in 8 gezeigten
Schaltstellungen ein. Der Elektromotor 12 wird während des
Schließens
der Form in eine solche Drehrichtung betrieben, daß sich die
Gewindespindel 36, die Kolbenstange 72 und der
Hydraulikkolben 71, nach 8 betrachtet,
nach rechts bewegen. Dadurch wird Druckmedium aus den Druckräumen 20 und 34 der
zweiten Zylinder-Kolben-Einheit 13 in den Druckraum 19 der
Zylinder-Kolben-Einheit 10 verdrängt. Der
Hydraulikkolben 17 bewegt sich nach rechts und nimmt über die
Kolbenstange 21 die Formaufspannplatte 11 mit.
Das aus dem Druckraum 25 verdrängte Druckmedium wird ganz
von dem Druckraum 32 aufgenommen.
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Wenn
die Form geschlossen ist, wird das Ventil 45 umgeschaltet
und das Ventil 75 in die andere seitliche Schaltstellung
gebracht. Die Druckräume 20, 25 und 32 sind
dann mit dem Niederdruckreservoir 41 verbunden, so daß in ihnen
ein Druck gleich oder nahe dem Atmosphärendruck herrscht. Bei der
weiteren Bewegung des Hydraulikkolbens 71 nach rechts,
während
der sich der Hydraulikkolben 17 und die Formaufspannplatte 11 allenfalls
noch geringfügig
bewegen, wird nun in den Druckräumen 34 und 19 ein
hoher Zuhaltedruck aufgebaut. Dieser Druck erzeugt einerseits an
der relativ kleinen Wirkfläche 35 des
Hydraulikkolbens 71 nur eine kleine Kraft, die von dem
Rotations/Translations-Wandler 38 aufgenommen werden muß, und andererseits
an der gegenüber
der Wirkfläche 35 größeren Wirkfläche 22 des
Hydraulikkolbens 17 eine große Zuhaltekraft für die Form.
Die Vergrößerung des
Druckraums 32 wird durch Zufluß von Druckmedium aus dem Druckraum 20 und
aus dem Niederdruckreservoir 41 ausgeglichen.
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Wenn
der Einspritzvorgang beendet ist, wird zunächst der hohe Druck in den
Druckräumen 19 und 34 bis
auf den Druck oder nahe bis auf den Druck im Niederdruckreservoir 41 abgebaut,
indem durch Betrieb des Elektromotors 12 in die entsprechende
Drehrichtung der Hydraulikkolben 71 nach links verfahren
wird. Dabei wird Druckmedium aus dem Druckraum 32 über das
Ventil 75 in das Niederdruckreservoir 41 und in
den Druckraum 20 verdrängt.
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In
einem besonderen Arbeitsschritt zum Aufreißen der Form wird das Ventil 75 in
seine Mittelstellung gebracht, in der der Druckraum 32' mit dem Niederdruckreservoir
verbunden ist. Wird nun der Hydraulikkolben 71 nach links
bewegt, so baut sich in den Räumen 32'' und 25 ein Druck auf,
der am Hydraulikkolben 17 eine Kraft zum Aufreißen der
Form erzeugt. Wegen der relativ kleinen Wirkfläche 33'',
an der der Druck eine Kraft auf die Kolbenstange 72 erzeugt,
wird dabei der Rotations/Translations-Wandler nicht überlastet.
Aus dem Raum 32' verdrängtes Druckmedium
gelangt über
das Ventil 75 in das Niederdruckreservoir 41 und über beide Ventile 45 und 75 in
den Druckraum 20.
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Nach
dem Aufreißen
werden die beiden Ventile 45 und 75 wieder in
die in 8 gezeigten Schaltstellungen gebracht. Der Hydraulikkolben 71 wird
weiter nach links bewegt. Der Hydraulikkolben 17, die Kolbenstange 21 und
die Formaufspannplatte 11 folgen dieser Bewegung, weil
Druckmedium aus dem Druckraum 32 der Kolben-Zylinder-Einheit 13 in
den Druckraum 25 der Kolben-Zylinder-Einheit 10 verdrängt wird.
Das Druckmedium, das aus dem Druckraum 19 der Kolben-Zylinder-Einheit 10 verdrängt wird,
strömt
in die sich vergrößernden
Druckräume 20 und 34 der
Kolben-Zylinder-Einheit 13.