Die Erfindung betrifft eine Plastifizier-
und Einspritzeinheit einer Kunststoffspritzgießmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.The invention relates to a plasticizing
and injection unit of a plastic injection molding machine according to the preamble
of claim 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.From the generic EP 0 785 059 B1 is known a plasticizing and injection unit of a plastic injection molding machine, in which a common servo-electric drive motor is used for the linear and rotary movement of the plasticizing screw. For the linear movement, this drive motor is coupled to a hydraulic pump which is reversible in the direction of conveyance and which carries out the linear movement of the screw via synchronous cylinders in a closed hydraulic circuit depending on the conveying direction. The rotary drive is directed to the screw via a gearbox to adapt the drive torque to the required drive torque. The passive linear force on the worm, which is simultaneously required for the rotary drive and exerts a dynamic pressure on the conveyed mass, generates an oil flow to the hydraulic pump at the synchronous cylinder of the linear drive, which in this phase works as an oil motor and the resulting torque through rigid coupling of the pump to the motor , as drive torque is directed to this. This type of coupling makes it easy to recover power. The pump is used as a brake in the linear circuit and the braking energy is used again for the rotation operation. The dynamic pressure control and, as a result, the size of the braking energy is carried out by changing the pump or motor intake quantity, which is subject to a separate control circuit.
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.A disadvantage of this known plasticizing and injection unit is the use of a mechanical gear for reducing the motor speed of the servo motor to the maximum permissible speed for the plasticizing screw. For small plasticizing screw diameters, the mass inertia of the entire multi-stage gear is far too high in relation to the mass inertia of the screw. The result is e.g. B. a running of the gear and thus the worm clutch shaft at dosing stop. As a result, the consistency of the melted amount of plastic is very inadequate. Due to the relatively high total mass of the injection unit, which must also carry out the injection stroke, the control quality of the process parameters is also unsatisfactory. Tests have shown that the controllability of the injection and plasticizing process with that of the EP 0 785 059 known injection unit is then not controllable if only a few grams of material can be processed.
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.The invention is based on this
based on the task of a plasticizing and injection unit
plastic injection molding machine
specify with which a higher
Consistency of the melted amount of plastic is achieved, in particular
with small shot weights and with which it is also very quiet
and energy efficient operation possible
is.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
durch eine Plastifizier- und Einspritzeinheit gemäß Anspruch
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich
in den Unteransprüchen.This task is solved
by a plasticizing and injection unit according to claim
1. There are advantageous refinements and developments
in the subclaims.
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.The fact that a hollow shaft motor
is provided, which is coupled directly to the worm drive shaft
is can on a usual
Servomotor and a mechanical gear can be dispensed with. The
moving mass and especially the moment of inertia of the rotating
Drive elements is opposite
the cited prior art significantly smaller and the dynamics
the system significantly higher.
Furthermore, the volume of the injection unit is due to the use
of the direct drive considerably smaller and the manufacturing costs
are lower. The plasticizing agent according to the invention is also suitable
and injection unit in a special way for small injection molding machines.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
und unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert werden.In the following, the invention is to be illustrated using an exemplary embodiment and with reference to FIG 1 are explained in more detail.
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.According to the 1 the invention has for the linear and rotary movement a common high-torque hollow shaft servo motor 1 on. This high torque hollow shaft servo motor is via the rotor hollow shaft 2 on the one hand by means of a drive shaft 3 and the freewheel or a switchable clutch 4 with the worm drive shaft 5 directly connected. An uncontrolled turning back of the worm drive shaft 5 that in the camps 9 and 10 is guided axially and radially, with the backstop 6 that with the drive shaft bearing housing 7 is connected, e.g. B. during the injection process. At the same time there is the hollow rotor shaft 2 constantly on the drive shaft 3 and the clutch 8th with the reversible hydraulic pump 12 engaged, the linear movement of the screw via synchronous cylinders in a closed hydraulic circuit depending on the conveying direction 11 performs. The dynamic pressure control takes place by changing the pump or motor intake volume, which is a separate control loop 15 . 16 . 17 and 18 subject. The linear drive of the worm is via a synchronous cylinder 11 in a closed circuit with pumps that can be equipped with a swivel angle-dependent reversal of the conveying direction. For the active linear drive, which always means a pump rotation direction opposite to the rotary drive, the delivery rate of the pump is adjusted according to the direction of movement. The pressure and quantity of the pump can be controlled by changing the swivel angle of the pump as well as by influencing the speed and drive torque through the high-torque hollow shaft servo motor.
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.The dynamic pressure between the screw and the injection cylinder is directly on the synchronous cylinder and thus transferred to the closed hydraulic circuit. By using a pump in which the direction of flow of the hydraulic medium can be set as desired, the dynamic pressure of the plastic mass can be precisely adjusted with simple means regardless of the direction of rotation of the electric motor.
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11
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Hochmomenten-Hohlwellen-ServomotorHigh torque hollow shaft servomotor
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22
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Rotor-HohlwelleRotor hollow shaft
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33
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Mitnehmerwelleclutch shaft
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44
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Freilauf
oder Kupplung, schaltbarfreewheel
or clutch, switchable
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55
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SchneckenantriebswelleWorm drive shaft
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66
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RücklaufsperreBackstop
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77
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AntriebswellenlagergehäuseDrive shaft bearing housing
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88th
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Kupplungclutch
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99
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Lager
axialcamp
axial
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1010
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Lager
radialcamp
radial
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1111
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GleichgangzylinderRod cylinders
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1212
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DruckmittelpumpeHydraulic pump
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1313
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erste
hydraulische Leitung vorfirst
hydraulic line before
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1414
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zweite
hydraulische Leitung zurücksecond
hydraulic line back
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1515
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Element
zur Verstellungelement
for adjustment
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1616
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Regeleinrichtungcontrol device
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1717
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Drucksensorpressure sensor
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1818
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MessleitungMeasurement line
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1919
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Schneckeslug
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2020
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Spritzzylinderinjection cylinder