DE10243248A1

DE10243248A1 - Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine

Info

Publication number: DE10243248A1
Application number: DE2002143248
Authority: DE
Inventors: Kerstin Dipl.-Ing. Henke; Holger Dipl.-Ing. Schmidt; Dietmar Dipl.-Ing. Scholz; Volker Dipl.-Ing. Wellhöfer
Original assignee: Demag Ergotech GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: DE10243248B4

Abstract

Beschrieben wird eine Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine mit einer in einem Spritzzylinder (20) angeordneten Schnecke (19), mit einem gemeinsamen Antriebsmotor für die rotatorische und translatorische Bewegung der Schnecke (19), wobei für die translatorische Bewegung der Schnecke (19) eine mit dem Antriebsmotor verbundene Druckmittelpumpe (12) und wenigstens ein von dieser bewegter Gleichgangzylinder (11) vorgesehen sind, die die Ein- und Ausgänge der Gleichgangzylinder (11) und der Druckmittelpumpe (12) miteinander verbinden, so dass ein geschlossener Hydraulikkreis gebildet wird, und wobei die Druckmittelpumpe (12) auch als Druckmittelmotor arbeiten kann und Elemente (15) zur Veränderung ihrer Pumpen- bzw. Motorschluckmenge besitzt, die an eine Regeleinrichtung (16) angeschlossen sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass als gemeinsamer Antriebsmotor ein Hohlwellenmotor (1) vorgesehen ist, dessen Rotor-Hohlwelle (2) unmittelbar an die Antriebswelle (5) der Schnecke (19) gekuppelt ist. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die bewegte Masse und vor allem das Massenträgheitsmoment der rotierenden Antriebselemente gegenüber bekannten Systemen deutlich kleiner ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der gattungsbildenden EP 0 785 059 B1 ist eine Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine bekannt, bei der für die lineare und die rotatorische Bewegung der Plastifizierschnecke ein gemeinsamer servoelektrischer Antriebsmotor verwendet wird. Dieser Antriebsmotor ist für die Linearbewegung an eine förderrichtungsumkehrbare Hydraulikpumpe gekoppelt, die in einem geschlossenen Hydraulikkreis förderrichtungsabhängig die Linearbewegung der Schnecke über Gleichgangzylinder durchführt. Der Rotationsantrieb wird über ein Getriebe zur Anpassung des Antriebsmomentes an das geforderte Antriebsmoment auf die Schnecke geleitet. Die gleichzeitig zum Rotationsantrieb erforderliche passive Linearkraft an der Schnecke, die einen Staudruck auf die geförderte Masse ausübt, erzeugt am Gleichgangzylinder des Linearantriebs einen Ölstrom zur Hydraulikpumpe, die in dieser Phase als Ölmotor arbeitet und das entstehende Drehmoment, durch starre Kopplung der Pumpe mit dem Motor, als Antriebsmoment auf diesen geleitet wird. Durch diese Art der Kopplung wird in einfacher Weise Leistung zurückgewonnen. Die Pumpe wird quasi als Bremse im Linearkreis eingesetzt und die Bremsenergie wird wieder für de Rotationsbetrieb mitverwendet. Die Staudruckregelung und als Folge die Größe der Bremsenergie erfolgt durch Veränderung der Pumpen- bzw. Motorschluckmenge, die einem separaten Regelkreis unterliegt.
Nachteilig an dieser bekannten Plastifizier- und Einspritzeinheit ist die Verwendung eines mechanischen Getriebes für die Untersetzung der Motordrehzahl des Servomotors auf die für die Plastifizierschnecke höchstzulässige Drehzahl. Für kleine Plastifizierschneckendurchmesser ist die Massenträgheit des gesamten mehrstufigen Getriebes im Verhältnis zu der Massenträgheit der Schnecke viel zu hoch. Die Folge ist z. B. ein Nachlaufen des Getriebes und damit der Schneckenkupplungswelle bei Dosierstop. Dies hat zur Folge, dass die Konstanz der aufgeschmolzenen Kunststoffmenge sehr ungenügend ist. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Gesamtmasse der Einspritzeinheit, die den Spritzhub mit ausführen muss, ist die Regelgüte der Prozessparameter ebenfalls unzufriedenstellend. Versuche haben gezeigt, dass die Regelbarkeit des Einspritz- und Plastifizierprozesses mit der aus der EP 0 785 059 bekannten Einspritzeinheit dann nicht beherrschbar ist, wenn nur wenige Gramm Material zu verarbeiten sind.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine anzugeben, mit der eine höhere Konstanz der aufgeschmolzenen Kunststoffmenge erreicht wird, insbesondere bei kleinen Schussgewichten und mit der darüberhinaus ein sehr geräuscharmer und energieeffizienter Betrieb möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Plastifizier- und Einspritzeinheit gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.
Dadurch, dass ein Hohlwellen-Motor vorgesehen ist, der direkt an die Schneckenantriebswelle gekuppelt ist, kann auf einen üblichen Servomotor und ein mechanisches Getriebe verzichtet werden. Die bewegte Masse und vor allem das Massenträgheitsmoment der rotierenden Antriebselemente ist gegenüber dem zitierten Stand der Technik signifikant kleiner und die Dynamik des Systems damit signifikant höher. Ferner ist das Bauvolumen der Einspritzeinheit durch den Einsatz des Direktantriebs erheblich kleiner und die Herstellungskosten liegen niedriger. Ausserdem eignet sich die erfindungsgemäße Plastifizier- und Einspritzeinheit in besonderer Weise für kleine Spritzgießmaschinen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert werden.
Gemäß der 1 weist die Erfindung für die lineare und rotatorische Bewegung einen gemeinsamen Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor 1 auf. Dieser Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor ist über die Rotor-Hohlwelle 2 einerseits mittels einer Mitnehmerwelle 3 und dem Freilauf oder einer schaltbaren Kupplung 4 mit der Schneckenantriebswelle 5 direkt verbunden. Ein unkontrolliertes Zurückdrehen der Schneckenantriebswelle 5, die in den Lagern 9 und 10 axial und radial geführt ist, wird mit der Rücklaufsperre 6, die mit dem Antriebswellenlagergehäuse 7 verbunden ist, verhindert, z. B. während des Einspritzvorganges. Gleichzeitig steht die Rotor-Hohlwelle 2 ständig über die Mitnehmerwelle 3 und der Kupplung 8 mit der förderrichtungsumkehrbaren Hydraulikpumpe 12 im Eingriff, die in einem geschlossenen Hydraulikkreislauf förderrichtungsabhängig die Linearbewegung der Schnecke über Gleichgangzylinder 11 durchführt. Die Staudruckregelung erfolgt durch Veränderung der Pumpen- bzw. Motorschluckvolumen, die einem separaten Regelkreis 15, 16, 17 und 18 unterliegt. Der Linearantrieb der Schnecke wird über Gleichgangzylinder 11 im geschlossenen Kreis mit Pumpen, die mit einer schwenkwinkelabhängigen Förderrichtungsumkehr ausgestattet sein können, durchgeführt. Für den aktiven Linearantrieb, der immer eine Pumpendrehrichtung entgegen des Rotationsantriebes bedeutet, wird entsprechend der Bewegungsrichtung die Fördermenge der Pumpe verstellt. Die Regelung von Druck und Menge der Pumpe kann sowohl durch Schwenkwinkeländerung der Pumpe, als auch durch Drehzahl- und Antriebsmomentenbeeinflussung durch den Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor erfolgen.
Der Staudruck zwischen Schnecke und Spritzzylinder wird direkt auf den Gleichgangzylinder und damit auf den geschlossenen Hydraulikkreislauf übertragen. Durch Einsatz einer Pumpe, bei der die Förderströmrichtung des hydraulischen Mediums beliebig einstellbar ist, kann mit einfachen Mitteln unabhängig von der Drehrichtung des Elektromotors der Staudruck der Kunststoffmasse exakt eingestellt werden.

1: Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor
2: Rotor-Hohlwelle
3: Mitnehmerwelle
4: Freilauf oder Kupplung, schaltbar
5: Schneckenantriebswelle
6: Rücklaufsperre
7: Antriebswellenlagergehäuse
8: Kupplung
9: Lager axial
10: Lager radial
11: Gleichgangzylinder
12: Druckmittelpumpe
13: erste hydraulische Leitung vor
14: zweite hydraulische Leitung zurück
15: Element zur Verstellung
16: Regeleinrichtung
17: Drucksensor
18: Messleitung
19: Schnecke
20: Spritzzylinder

Claims

Plastifizier- und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine mit einer in einem Spritzzylinder (20) angeordneten Schnecke (19), mit einem gemeinsamen Antriebsmotor für die rotatorische und die translatorische Bewegung der Schnecke (19), wobei für die translatorische Bewegung der Schnecke (19) eine mit dem Antriebsmotor verbundene Druckmittelpumpe (12) und wenigstens ein von dieser bewegter Gleichgangzylinder (11) vorgesehen sind, wobei Hydraulikleitungen (13, 14) vorgesehen sind, die die Ein- und Ausgänge der Gleichgangzylinder (11) und der Druckmittelpumpe (12) miteinander verbinden, so dass ein geschlossener Hydraulikkreis gebildet wird, und wobei die Druckmittelpumpe (12) auch als Druckmittelmotor arbeiten kann und Elemente (15) zur Veränderung ihrer Pumpen- bzw. Motorschluckmenge besitzt, die an eine Regeleinrichtung (16) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass als gemeinsamer Antriebsmotor ein Hohlwellenmotor (1) vorgesehen ist, dessen Rotor-Hohlwelle (2) unmittelbar an die Antriebswelle (5) der Schnecke (19) gekuppelt ist.
Plastifizier- und Einspritzeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Anriebsmotor ein Hochmomenten-Hohlwellen-Servomotor (1) vorgesehen ist.
Plastifizier- und Einspritzeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hohlwellenmotor (1) und der Antriebswelle (5) der Schnecke (19) eine Kupplungseinrichtung (4), beispielsweise eine Schaltkupplung oder ein Freilauf angeordnet ist.
Plastifizier- und Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rücklaufsperre (6) vorgesehen ist.
Plastifizier- und Einspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikleitungen (13, 14) vorgesehen sind, die die Ein- und Ausgänge der Gleichgangzylinder (11) und der Druckmittelpumpe (12) in einem geschlossenen Hydraulikkreis unmittelbar miteinander verbinden.